生态环境部(bu)卫星环境应用中(zhong)心科研人(ren)员(yuan)在野外使用无(wu)人(ren)机采(cai)集物(wu)种数据。
受访者供图
“五基”体(ti)系模型。
本报记者 刘发为摄
生态环境部(bu)卫星环境应用中(zhong)心科研人(ren)员(yuan)在野外监测生物(wu)多样性。
受访者供图
在江(jiang)苏(su)省盐城市大丰区黄海湿地野鹿荡，成群麋(mi)鹿正在嬉戏、觅食。
张连华摄（人(ren)民(min)图片）
生物(wu)多样性让(rang)地球充满生机，是人(ren)类赖以生存和发展的基础。生物(wu)多样性监测是生物(wu)多样性保护的基础。目前，在生物(wu)多样性监测方面(mian)，有(you)许多技术不断(duan)被应用到实践中(zhong)，其(qi)中(zhong)，遥感(gan)技术具有(you)高时空分辨率、高精度、多尺(chi)度动态监测的优势(shi)，逐步成为国内外生物(wu)多样性监测的重要技术手段，覆盖天地空的立体(ti)“慧(hui)眼”为生物(wu)多样性保护贡献了科技力量。
一张立体(ti)网
“以前，对生物(wu)多样性的调查和监测大多通过(guo)人(ren)工(gong)在地面(mian)进行，范围有(you)限、耗时耗力、效率不高。”全国政协委员(yuan)、生态环境部(bu)卫星环境应用中(zhong)心（以下简称“卫星中(zhong)心”）首席(xi)科学家高吉喜告(gao)诉记者，“近年来(lai)，我们创新搭建起‘五基’体(ti)系，这一技术理念(nian)和手段在生物(wu)多样性调查和监测中(zhong)效率更高、范围更大，也更可持续(xu)。”
遥感(gan)是通过(guo)非接触的方式获取物(wu)体(ti)信息的一种技术手段。“当前大家熟(shu)知的遥感(gan)技术主要停留在卫星遥感(gan)上。”高吉喜说(shuo)，“五基”体(ti)系将天基卫星、空基遥感(gan)、低空无(wu)人(ren)机、走(zou)航巡(xun)护、地基移动/固定平台融为一体(ti)，拓展了传统(tong)遥感(gan)的应用范围，其(qi)中(zhong)，空基遥感(gan)以高塔为搭载平台，走(zou)航巡(xun)护以车辆为搭载平台，加上地面(mian)观测，能(neng)够直观监测到植物(wu)群落，识(shi)别(bie)并(bing)跟踪大型哺乳动物(wu)的活动轨迹，“‘五基’体(ti)系在生物(wu)多样性监测中(zhong)非常有(you)优势(shi)”。
“五基”体(ti)系的搭建并(bing)非一日之功(gong)，卫星中(zhong)心持续(xu)做(zuo)了多年探索。卫星中(zhong)心生物(wu)多样性遥感(gan)监测评估中(zhong)心主任万华伟，十多年前就曾做(zuo)过(guo)相关的尝试。当时，她和团队(dui)成员(yuan)注意到外来(lai)入侵物(wu)种互花米草在广西扩散的消息后，联合当地团队(dui)，通过(guo)高分辨率卫星和无(wu)人(ren)机遥感(gan)手段摸清(qing)了互花米草的分布范围和扩散趋势(shi)，为科学治理提(ti)供了技术支撑(cheng)。
也是在几年前，万华伟还曾和北京大学吕植团队(dui)合作，利用高分辨率卫星遥感(gan)数据对雪豹栖息地进行监测，通过(guo)获取高精度地表(biao)覆盖状况及(ji)人(ren)类活动情况，结合已有(you)的地面(mian)调查，分析出(chu)哪些地方更适宜雪豹生活以及(ji)这些适宜栖息地之间的连通状况，为进一步开展地面(mian)雪豹监测和生态廊道规划等出(chu)谋划策。
卫星中(zhong)心副主任周海丽告(gao)诉记者：“随着我国高分系列卫星的发射，高分辨率的地表(biao)观测数据频次不断(duan)增加，高光谱、激光雷达等新型载荷的出(chu)现为天空地一体(ti)化(hua)监测提(ti)供了卫星数据保障，数据处理技术的提(ti)高也为物(wu)种多样性直接监测提(ti)供了可能(neng)。再加上定点音(yin)视频、红外相机、无(wu)人(ren)机高清(qing)相机等地基监测技术与设备，可从物(wu)种、群落、景观和生态系统(tong)等不同角度对生物(wu)多样性进行长时序、多层次的全面(mian)监测与系统(tong)研究，对更全面(mian)掌握生物(wu)多样性状况，以及(ji)分析典型区域、重要类群的中(zhong)长期(qi)变化(hua)态势(shi)十分有(you)帮助。”
天上有(you)卫星，高塔上有(you)观测设备，低空中(zhong)飞起无(wu)人(ren)机，再加上移动走(zou)航车和地面(mian)监测设备，一张生物(wu)多样性监测的立体(ti)网搭建起来(lai)了。
“‘五基’体(ti)系并(bing)不是由多种监测平台、载荷和技术方法简单罗列、堆积构建的监测体(ti)系，而是从生态遥感(gan)监测需求出(chu)发，通过(guo)装备、数据和应用等多种协同技术，将监测过(guo)程中(zhong)每个节点相互联结，构建形成的多维度、多节点、非线性的复杂监测网络。”高吉喜说(shuo)，这需要多方协作，整合利用各级、各类、各区域已有(you)生物(wu)多样性地面(mian)调查和监测的数据，借助天空地一体(ti)化(hua)生物(wu)多样性立体(ti)监测方法，形成常态化(hua)生物(wu)多样性保护监督监测机制(zhi)。
一个数据库
怎样对一个地方的生物(wu)多样性实施更有(you)针对性的保护？首先要对这里的生物(wu)物(wu)种有(you)全面(mian)准确的了解和掌握。而要做(zuo)到这一点，在许多人(ren)不能(neng)至的地方，仅(jin)靠传统(tong)的近距离观测很难(nan)实现。此(ci)时，遥感(gan)的优势(shi)就充分显现了出(chu)来(lai)。
有(you)了“五基”体(ti)系搭建的立体(ti)网，监测更加容易了，但也有(you)一个新的问题摆在面(mian)前，如何让(rang)监测的结果更加准确？
监测数据组(zu)成的数据库必(bi)须体(ti)量足够大，在此(ci)基础上利用人(ren)工(gong)智能(neng)技术训练更准确的模型，才能(neng)让(rang)物(wu)种识(shi)别(bie)更加准确。
目前，在业内用无(wu)人(ren)机或固定点位红外相机拍照识(shi)别(bie)动物(wu)物(wu)种已经有(you)诸多探索，但用无(wu)人(ren)机拍照识(shi)别(bie)植物(wu)物(wu)种信息，还少有(you)人(ren)尝试。
这两年，为了这件(jian)事，卫星中(zhong)心的许多人(ren)没少往内蒙古自治区的大草原跑。
“要做(zuo)好这件(jian)事情不容易，但我们都觉得这是十分值得做(zuo)的一件(jian)事情。”高吉喜说(shuo)。
初(chu)次见到卫星中(zhong)心生物(wu)多样性遥感(gan)监测评估中(zhong)心的王永财，小麦色(se)的皮肤是给记者留下的第(di)一印象，这是他经常到野外工(gong)作留下的印记。最近这几年，王永财每年夏天都花大把时间“泡”在内蒙古。“去年前前后后加起来(lai)，我差不多有(you)一个半月的时间是在内蒙古进行监测工(gong)作。”王永财说(shuo)。
在内蒙古草原，王永财和同事们主要的工(gong)作就是进行数据收集，对草原草种、草场长势(shi)及(ji)其(qi)健康状况等进行跟踪监测，并(bing)建立草原基础数据库，实现对草原牧草生长、植被覆盖度及(ji)草原“三化(hua)”情况的动态监测，及(ji)时准确掌握各阶段草原植被生长及(ji)草原利用情况，科学评价草原生态状况。
截至目前，相关数据已经收集了相当一部(bu)分，基于数据库搭建的平台已经有(you)了初(chu)步的架构——草地植物(wu)智能(neng)识(shi)别(bie)系统(tong)、草地参数遥感(gan)反演系统(tong)都已经开发完成。
“根据已有(you)数据库，对内蒙古草原试点地区内超半数的植物(wu)物(wu)种，识(shi)别(bie)准确率已经能(neng)超过(guo)八成。”万华伟说(shuo)。
数据的多少直接影响着数据库的质量，数据库的质量直接影响着识(shi)别(bie)的准确率。为了在更短时间内充实这个数据库，卫星中(zhong)心又有(you)了新行动。“我们准备在试点区域建设小型无(wu)人(ren)机机场，目前选址已经完成，机场建好后，我们可以在北京远程遥控无(wu)人(ren)机起降，数据采(cai)集的能(neng)力将大幅提(ti)升。”卫星中(zhong)心生物(wu)多样性遥感(gan)监测评估中(zhong)心肖翠博(bo)士说(shuo)。
一批新工(gong)具
卫星遥感(gan)功(gong)能(neng)更加精细完善，无(wu)人(ren)机近地面(mian)遥感(gan)方兴未(wei)艾，一批又一批新工(gong)具不断(duan)涌现，守护生物(wu)多样性的“慧(hui)眼”更加立体(ti)、更加明亮。
在卫星中(zhong)心无(wu)人(ren)机实验室，呈现在记者眼前的，是大小不同、形态各异的无(wu)人(ren)机及(ji)载荷设备：有(you)续(xu)航可以达到4个多小时的中(zhong)型固定翼(yi)无(wu)人(ren)机，也有(you)可以垂直起降、灵活多变的多旋翼(yi)无(wu)人(ren)机；有(you)常见的CCD光学成像(xiang)设备，也有(you)高精尖的高光谱设备。这个展厅，是生态环境低空遥感(gan)监测设备的一个缩影。
“通过(guo)不同的飞行平台搭配相应的载荷，可以满足不同的生态环境监测需求，使生态环境遥感(gan)监测更加灵活多变、快速高效。”卫星中(zhong)心航空部(bu)技术人(ren)员(yuan)吴(wu)强说(shuo)。
除了不断(duan)升级迭(die)代的无(wu)人(ren)机设备，这些年，卫星中(zhong)心应用于生物(wu)多样性监测的其(qi)他工(gong)具也不断(duan)出(chu)新。
在卫星中(zhong)心大楼门口，停着一辆外观看来(lai)并(bing)无(wu)特殊的越野车。“这是由高吉喜率领团队(dui)自主研制(zhi)的多功(gong)能(neng)生态移动巡(xun)护车，2022年8月完成了研制(zhi)工(gong)作，到目前一直在结合业务需求进行迭(die)代升级。我们自主研发了多模态动物(wu)识(shi)别(bie)模型和超分辨率重建小目标识(shi)别(bie)模型，可对野生动物(wu)种群进行智能(neng)识(shi)别(bie)、计数与追踪。”卫星中(zhong)心生态环境空间数据中(zhong)心负责(ze)人(ren)曹飞说(shuo)，移动巡(xun)护车已陆续(xu)赴北京、内蒙古、青海、山东等地开展现场试验，均取得良好效果。
按下遥控器上的按钮，搭载监测设备的四足机器人(ren)便可自主行进，记者眼前这个新工(gong)具，能(neng)够在内蒙古草原植物(wu)多样性调查时替(ti)科研人(ren)员(yuan)“跑腿”，实现对草原植物(wu)的观测、拍照和图像(xiang)回(hui)传，提(ti)高监测效率。万华伟说(shuo)，这是由卫星中(zhong)心牵头研制(zhi)的草地生物(wu)多样性移动监测平台，顶部(bu)搭载360度可见光相机，通过(guo)获取高清(qing)照片进行入侵物(wu)种、退化(hua)指示物(wu)种、珍稀濒危物(wu)种等重要物(wu)种的识(shi)别(bie)，获取生物(wu)多样性状况，目前正推进技术升级迭(die)代，提(ti)升设备负载能(neng)力、移动里程，增加适用场景，同时配套开发物(wu)种AI识(shi)别(bie)模型，更好开展生物(wu)多样性保护的智能(neng)化(hua)调查与监测。
新理念(nian)、新技术正给生物(wu)多样性监测带来(lai)更多令(ling)人(ren)欣喜的改变。“我们希望通过(guo)不断(duan)努力，提(ti)高生物(wu)多样性的监测水平，助力昆明—蒙特利尔全球生物(wu)多样性框架落到实处。”周海丽说(shuo)。（本报记者 刘发为）
《 人(ren)民(min)日报海外版 》（ 2024年05月21日 第(di)08 版）
责(ze)编(bian)：王陈逍(xiao)遥、卢思宇