生态环境部卫星环境应用中心科研人员(yuan)在野(ye)外(wai)使用无人机采(cai)集物(wu)种数据。
受访者供图
“五基”体系模型。
本报记者 刘发(fa)为摄
生态环境部卫星环境应用中心科研人员(yuan)在野(ye)外(wai)监测生物(wu)多样性。
受访者供图
在江苏省盐城市大丰区黄海湿地野(ye)鹿荡(dang)，成群麋鹿正在嬉戏、觅食。
张连华摄（人民图片）
生物(wu)多样性让地球充满生机，是人类赖以生存和发(fa)展的(de)基础(chu)。生物(wu)多样性监测是生物(wu)多样性保护的(de)基础(chu)。目前，在生物(wu)多样性监测方(fang)面，有许多技(ji)术不断被应用到实践中，其(qi)中，遥感技(ji)术具有高时空分(fen)辨率、高精度、多尺度动态监测的(de)优势，逐步成为国(guo)内外(wai)生物(wu)多样性监测的(de)重要技(ji)术手段，覆盖天地空的(de)立体“慧眼”为生物(wu)多样性保护贡献了科技(ji)力量。
一张立体网
“以前，对生物(wu)多样性的(de)调查和监测大多通过人工在地面进行，范围(wei)有限、耗时耗力、效率不高。”全(quan)国(guo)政协委员(yuan)、生态环境部卫星环境应用中心（以下简称“卫星中心”）首席科学家高吉喜告(gao)诉记者，“近年来，我(wo)们创新搭(da)建起‘五基’体系，这(zhe)一技(ji)术理念和手段在生物(wu)多样性调查和监测中效率更高、范围(wei)更大，也(ye)更可持(chi)续。”
遥感是通过非接触的(de)方(fang)式获取物(wu)体信(xin)息(xi)的(de)一种技(ji)术手段。“当前大家熟知(zhi)的(de)遥感技(ji)术主要停留(liu)在卫星遥感上。”高吉喜说(shuo)，“五基”体系将天基卫星、空基遥感、低空无人机、走航巡护、地基移动/固定平台融为一体，拓(tuo)展了传统遥感的(de)应用范围(wei)，其(qi)中，空基遥感以高塔(ta)为搭(da)载平台，走航巡护以车辆(liang)为搭(da)载平台，加上地面观测，能(neng)够直观监测到植物(wu)群落，识别并(bing)跟踪大型哺乳动物(wu)的(de)活动轨(gui)迹(ji)，“‘五基’体系在生物(wu)多样性监测中非常有优势”。
“五基”体系的(de)搭(da)建并(bing)非一日之功，卫星中心持(chi)续做了多年探索。卫星中心生物(wu)多样性遥感监测评估中心主任万华伟(wei)，十多年前就曾做过相关的(de)尝试。当时，她和团队成员(yuan)注意到外(wai)来入侵物(wu)种互(hu)花(hua)米(mi)草在广西扩散(san)的(de)消(xiao)息(xi)后，联合当地团队，通过高分(fen)辨率卫星和无人机遥感手段摸清了互(hu)花(hua)米(mi)草的(de)分(fen)布范围(wei)和扩散(san)趋势，为科学治理提供了技(ji)术支撑。
也(ye)是在几年前，万华伟(wei)还曾和北(bei)京大学吕植团队合作，利用高分(fen)辨率卫星遥感数据对雪豹栖息(xi)地进行监测，通过获取高精度地表覆盖状况及人类活动情况，结合已有的(de)地面调查，分(fen)析出哪(na)些地方(fang)更适宜雪豹生活以及这(zhe)些适宜栖息(xi)地之间的(de)连通状况，为进一步开展地面雪豹监测和生态廊道规划(hua)等出谋划(hua)策。
卫星中心副(fu)主任周海丽告(gao)诉记者：“随(sui)着我(wo)国(guo)高分(fen)系列卫星的(de)发(fa)射，高分(fen)辨率的(de)地表观测数据频次不断增加，高光(guang)谱、激(ji)光(guang)雷达等新型载荷的(de)出现为天空地一体化监测提供了卫星数据保障，数据处理技(ji)术的(de)提高也(ye)为物(wu)种多样性直接监测提供了可能(neng)。再加上定点音视频、红(hong)外(wai)相机、无人机高清相机等地基监测技(ji)术与设备(bei)，可从物(wu)种、群落、景(jing)观和生态系统等不同角度对生物(wu)多样性进行长(chang)时序、多层次的(de)全(quan)面监测与系统研究，对更全(quan)面掌握生物(wu)多样性状况，以及分(fen)析典型区域、重要类群的(de)中长(chang)期变化态势十分(fen)有帮助。”
天上有卫星，高塔(ta)上有观测设备(bei)，低空中飞起无人机，再加上移动走航车和地面监测设备(bei)，一张生物(wu)多样性监测的(de)立体网搭(da)建起来了。
“‘五基’体系并(bing)不是由多种监测平台、载荷和技(ji)术方(fang)法简单罗列、堆(dui)积构建的(de)监测体系，而是从生态遥感监测需求出发(fa)，通过装备(bei)、数据和应用等多种协同技(ji)术，将监测过程中每个节点相互(hu)联结，构建形成的(de)多维度、多节点、非线性的(de)复杂监测网络。”高吉喜说(shuo)，这(zhe)需要多方(fang)协作，整合利用各级、各类、各区域已有生物(wu)多样性地面调查和监测的(de)数据，借助天空地一体化生物(wu)多样性立体监测方(fang)法，形成常态化生物(wu)多样性保护监督(du)监测机制。
一个数据库
怎样对一个地方(fang)的(de)生物(wu)多样性实施(shi)更有针对性的(de)保护？首先要对这(zhe)里的(de)生物(wu)物(wu)种有全(quan)面准确的(de)了解和掌握。而要做到这(zhe)一点，在许多人不能(neng)至的(de)地方(fang)，仅靠传统的(de)近距离(li)观测很难实现。此时，遥感的(de)优势就充分(fen)显现了出来。
有了“五基”体系搭(da)建的(de)立体网，监测更加容(rong)易了，但也(ye)有一个新的(de)问题摆在面前，如(ru)何让监测的(de)结果更加准确？
监测数据组成的(de)数据库必须体量足够大，在此基础(chu)上利用人工智能(neng)技(ji)术训(xun)练更准确的(de)模型，才能(neng)让物(wu)种识别更加准确。
目前，在业内用无人机或固定点位红(hong)外(wai)相机拍照识别动物(wu)物(wu)种已经有诸多探索，但用无人机拍照识别植物(wu)物(wu)种信(xin)息(xi)，还少有人尝试。
这(zhe)两年，为了这(zhe)件事，卫星中心的(de)许多人没少往内蒙古自(zi)治区的(de)大草原跑。
“要做好这(zhe)件事情不容(rong)易，但我(wo)们都(dou)觉得这(zhe)是十分(fen)值得做的(de)一件事情。”高吉喜说(shuo)。
初次见(jian)到卫星中心生物(wu)多样性遥感监测评估中心的(de)王永财，小麦色的(de)皮(pi)肤是给记者留(liu)下的(de)第一印象(xiang)，这(zhe)是他经常到野(ye)外(wai)工作留(liu)下的(de)印记。最近这(zhe)几年，王永财每年夏天都(dou)花(hua)大把时间“泡”在内蒙古。“去年前前后后加起来，我(wo)差不多有一个半月的(de)时间是在内蒙古进行监测工作。”王永财说(shuo)。
在内蒙古草原，王永财和同事们主要的(de)工作就是进行数据收(shou)集，对草原草种、草场(chang)长(chang)势及其(qi)健康状况等进行跟踪监测，并(bing)建立草原基础(chu)数据库，实现对草原牧草生长(chang)、植被覆盖度及草原“三化”情况的(de)动态监测，及时准确掌握各阶段草原植被生长(chang)及草原利用情况，科学评价(jia)草原生态状况。
截(jie)至目前，相关数据已经收(shou)集了相当一部分(fen)，基于(yu)数据库搭(da)建的(de)平台已经有了初步的(de)架(jia)构——草地植物(wu)智能(neng)识别系统、草地参数遥感反(fan)演系统都(dou)已经开发(fa)完成。
“根据已有数据库，对内蒙古草原试点地区内超半数的(de)植物(wu)物(wu)种，识别准确率已经能(neng)超过八成。”万华伟(wei)说(shuo)。
数据的(de)多少直接影响着数据库的(de)质量，数据库的(de)质量直接影响着识别的(de)准确率。为了在更短时间内充实这(zhe)个数据库，卫星中心又有了新行动。“我(wo)们准备(bei)在试点区域建设小型无人机机场(chang)，目前选址已经完成，机场(chang)建好后，我(wo)们可以在北(bei)京远(yuan)程遥控无人机起降(jiang)，数据采(cai)集的(de)能(neng)力将大幅提升。”卫星中心生物(wu)多样性遥感监测评估中心肖翠博士说(shuo)。
一批新工具
卫星遥感功能(neng)更加精细完善，无人机近地面遥感方(fang)兴未(wei)艾，一批又一批新工具不断涌现，守护生物(wu)多样性的(de)“慧眼”更加立体、更加明亮。
在卫星中心无人机实验室，呈现在记者眼前的(de)，是大小不同、形态各异的(de)无人机及载荷设备(bei)：有续航可以达到4个多小时的(de)中型固定翼无人机，也(ye)有可以垂直起降(jiang)、灵活多变的(de)多旋翼无人机；有常见(jian)的(de)CCD光(guang)学成像设备(bei)，也(ye)有高精尖的(de)高光(guang)谱设备(bei)。这(zhe)个展厅，是生态环境低空遥感监测设备(bei)的(de)一个缩影。
“通过不同的(de)飞行平台搭(da)配(pei)相应的(de)载荷，可以满足不同的(de)生态环境监测需求，使生态环境遥感监测更加灵活多变、快速高效。”卫星中心航空部技(ji)术人员(yuan)吴强说(shuo)。
除了不断升级迭代的(de)无人机设备(bei)，这(zhe)些年，卫星中心应用于(yu)生物(wu)多样性监测的(de)其(qi)他工具也(ye)不断出新。
在卫星中心大楼门口，停着一辆(liang)外(wai)观看来并(bing)无特殊的(de)越野(ye)车。“这(zhe)是由高吉喜率领团队自(zi)主研制的(de)多功能(neng)生态移动巡护车，2022年8月完成了研制工作，到目前一直在结合业务需求进行迭代升级。我(wo)们自(zi)主研发(fa)了多模态动物(wu)识别模型和超分(fen)辨率重建小目标(biao)识别模型，可对野(ye)生动物(wu)种群进行智能(neng)识别、计数与追踪。”卫星中心生态环境空间数据中心负责人曹飞说(shuo)，移动巡护车已陆续赴北(bei)京、内蒙古、青海、山东等地开展现场(chang)试验，均取得良好效果。
按(an)下遥控器上的(de)按(an)钮，搭(da)载监测设备(bei)的(de)四足机器人便可自(zi)主行进，记者眼前这(zhe)个新工具，能(neng)够在内蒙古草原植物(wu)多样性调查时替科研人员(yuan)“跑腿”，实现对草原植物(wu)的(de)观测、拍照和图像回传，提高监测效率。万华伟(wei)说(shuo)，这(zhe)是由卫星中心牵头研制的(de)草地生物(wu)多样性移动监测平台，顶部搭(da)载360度可见(jian)光(guang)相机，通过获取高清照片进行入侵物(wu)种、退化指示(shi)物(wu)种、珍稀濒危物(wu)种等重要物(wu)种的(de)识别，获取生物(wu)多样性状况，目前正推进技(ji)术升级迭代，提升设备(bei)负载能(neng)力、移动里程，增加适用场(chang)景(jing)，同时配(pei)套开发(fa)物(wu)种AI识别模型，更好开展生物(wu)多样性保护的(de)智能(neng)化调查与监测。
新理念、新技(ji)术正给生物(wu)多样性监测带来更多令(ling)人欣喜的(de)改变。“我(wo)们希望通过不断努力，提高生物(wu)多样性的(de)监测水平，助力昆明—蒙特利尔全(quan)球生物(wu)多样性框架(jia)落到实处。”周海丽说(shuo)。（本报记者 刘发(fa)为）
《 人民日报海外(wai)版 》（ 2024年05月21日 第08 版）
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