生態環境部衛星環境應用中心科研人員在野外使用無人機采集物種數據。受訪者供圖

“五基”體系模型。本報記者 劉發為攝

生態環境部衛星環境應用中心科研人員在野外監測生物多樣性。受訪者供圖

在江蘇省鹽城市大豐區黃海濕地野鹿蕩，成群麋鹿正在嬉戲、覓食。張連華攝（人民圖片）

生物多樣性讓地球充滿生機，是人類賴以生存和發展的基礎。生物多樣性監測是生物多樣性保護的基礎。目前，在生物多樣性監測方面，有許多技術不斷被應用到實踐中，其中，遙感技術具有高時空分辨率、高精度、多尺度動態監測的優勢，逐步成為國內外生物多樣性監測的重要技術手段，覆蓋天地空的立體“慧眼”為生物多樣性保護貢獻了科技力量。

一張立體網

“以前，對生物多樣性的調查和監測大多通過人工在地面進行，范圍有限、耗時耗力、效率不高。”全國政協委員、生態環境部衛星環境應用中心（以下簡稱“衛星中心”）首席科學家高吉喜告訴記者，“近年來，我們創新搭建起‘五基’體系，這一技術理念和手段在生物多樣性調查和監測中效率更高、范圍更大，也更可持續。”

遙感是通過非接觸的方式獲取物體信息的一種技術手段。“當前大家熟知的遙感技術主要停留在衛星遙感上。”高吉喜說，“五基”體系將天基衛星、空基遙感、低空無人機、走航巡護、地基移動/固定平臺融為一體，拓展了傳統遙感的應用范圍，其中，空基遙感以高塔為搭載平臺，走航巡護以車輛為搭載平臺，加上地面觀測，能夠直觀監測到植物群落，識別并跟蹤大型哺乳動物的活動軌跡，“‘五基’體系在生物多樣性監測中非常有優勢”。

“五基”體系的搭建并非一日之功，衛星中心持續做了多年探索。衛星中心生物多樣性遙感監測評估中心主任萬華偉，十多年前就曾做過相關的嘗試。當時，她和團隊成員注意到外來入侵物種互花米草在廣西擴散的消息后，聯合當地團隊，通過高分辨率衛星和無人機遙感手段摸清了互花米草的分布范圍和擴散趨勢，為科學治理提供了技術支撐。

也是在幾年前，萬華偉還曾和北京大學呂植團隊合作，利用高分辨率衛星遙感數據對雪豹棲息地進行監測，通過獲取高精度地表覆蓋狀況及人類活動情況，結合已有的地面調查，分析出哪些地方更適宜雪豹生活以及這些適宜棲息地之間的連通狀況，為進一步開展地面雪豹監測和生態廊道規劃等出謀劃策。

衛星中心副主任周海麗告訴記者：“隨著我國高分系列衛星的發射，高分辨率的地表觀測數據頻次不斷增加，高光譜、激光雷達等新型載荷的出現為天空地一體化監測提供了衛星數據保障，數據處理技術的提高也為物種多樣性直接監測提供了可能。再加上定點音視頻、紅外相機、無人機高清相機等地基監測技術與設備，可從物種、群落、景觀和生態系統等不同角度對生物多樣性進行長時序、多層次的全面監測與系統研究，對更全面掌握生物多樣性狀況，以及分析典型區域、重要類群的中長期變化態勢十分有幫助。”

天上有衛星，高塔上有觀測設備，低空中飛起無人機，再加上移動走航車和地面監測設備，一張生物多樣性監測的立體網搭建起來了。

“‘五基’體系并不是由多種監測平臺、載荷和技術方法簡單羅列、堆積構建的監測體系，而是從生態遙感監測需求出發，通過裝備、數據和應用等多種協同技術，將監測過程中每個節點相互聯結，構建形成的多維度、多節點、非線性的復雜監測網絡。”高吉喜說，這需要多方協作，整合利用各級、各類、各區域已有生物多樣性地面調查和監測的數據，借助天空地一體化生物多樣性立體監測方法，形成常態化生物多樣性保護監督監測機制。

一個數據庫

怎樣對一個地方的生物多樣性實施更有針對性的保護？首先要對這里的生物物種有全面準確的了解和掌握。而要做到這一點，在許多人不能至的地方，僅靠傳統的近距離觀測很難實現。此時，遙感的優勢就充分顯現了出來。

有了“五基”體系搭建的立體網，監測更加容易了，但也有一個新的問題擺在面前，如何讓監測的結果更加準確？

監測數據組成的數據庫必須體量足夠大，在此基礎上利用人工智能技術訓練更準確的模型，才能讓物種識別更加準確。

目前，在業內用無人機或固定點位紅外相機拍照識別動物物種已經有諸多探索，但用無人機拍照識別植物物種信息，還少有人嘗試。

這兩年，為了這件事，衛星中心的許多人沒少往內蒙古自治區的大草原跑。

“要做好這件事情不容易，但我們都覺得這是十分值得做的一件事情。”高吉喜說。

初次見到衛星中心生物多樣性遙感監測評估中心的王永財，小麥色的皮膚是給記者留下的第一印象，這是他經常到野外工作留下的印記。最近這幾年，王永財每年夏天都花大把時間“泡”在內蒙古。“去年前前后后加起來，我差不多有一個半月的時間是在內蒙古進行監測工作。”王永財說。

在內蒙古草原，王永財和同事們主要的工作就是進行數據收集，對草原草種、草場長勢及其健康狀況等進行跟蹤監測，并建立草原基礎數據庫，實現對草原牧草生長、植被覆蓋度及草原“三化”情況的動態監測，及時準確掌握各階段草原植被生長及草原利用情況，科學評價草原生態狀況。

截至目前，相關數據已經收集了相當一部分，基于數據庫搭建的平臺已經有了初步的架構——草地植物智能識別系統、草地參數遙感反演系統都已經開發完成。

“根據已有數據庫，對內蒙古草原試點地區內超半數的植物物種，識別準確率已經能超過八成。”萬華偉說。

數據的多少直接影響著數據庫的質量，數據庫的質量直接影響著識別的準確率。為了在更短時間內充實這個數據庫，衛星中心又有了新行動。“我們準備在試點區域建設小型無人機機場，目前選址已經完成，機場建好后，我們可以在北京遠程遙控無人機起降，數據采集的能力將大幅提升。”衛星中心生物多樣性遙感監測評估中心肖翠博士說。

一批新工具

衛星遙感功能更加精細完善，無人機近地面遙感方興未艾，一批又一批新工具不斷涌現，守護生物多樣性的“慧眼”更加立體、更加明亮。

在衛星中心無人機實驗室，呈現在記者眼前的，是大小不同、形態各異的無人機及載荷設備：有續航可以達到4個多小時的中型固定翼無人機，也有可以垂直起降、靈活多變的多旋翼無人機；有常見的CCD光學成像設備，也有高精尖的高光譜設備。這個展廳，是生態環境低空遙感監測設備的一個縮影。

“通過不同的飛行平臺搭配相應的載荷，可以滿足不同的生態環境監測需求，使生態環境遙感監測更加靈活多變、快速高效。”衛星中心航空部技術人員吳強說。

除了不斷升級迭代的無人機設備，這些年，衛星中心應用于生物多樣性監測的其他工具也不斷出新。

在衛星中心大樓門口，停著一輛外觀看來并無特殊的越野車。“這是由高吉喜率領團隊自主研制的多功能生態移動巡護車，2022年8月完成了研制工作，到目前一直在結合業務需求進行迭代升級。我們自主研發了多模態動物識別模型和超分辨率重建小目標識別模型，可對野生動物種群進行智能識別、計數與追蹤。”衛星中心生態環境空間數據中心負責人曹飛說，移動巡護車已陸續赴北京、內蒙古、青海、山東等地開展現場試驗，均取得良好效果。

按下遙控器上的按鈕，搭載監測設備的四足機器人便可自主行進，記者眼前這個新工具，能夠在內蒙古草原植物多樣性調查時替科研人員“跑腿”，實現對草原植物的觀測、拍照和圖像回傳，提高監測效率。萬華偉說，這是由衛星中心牽頭研制的草地生物多樣性移動監測平臺，頂部搭載360度可見光相機，通過獲取高清照片進行入侵物種、退化指示物種、珍稀瀕危物種等重要物種的識別，獲取生物多樣性狀況，目前正推進技術升級迭代，提升設備負載能力、移動里程，增加適用場景，同時配套開發物種AI識別模型，更好開展生物多樣性保護的智能化調查與監測。

新理念、新技術正給生物多樣性監測帶來更多令人欣喜的改變。“我們希望通過不斷努力，提高生物多樣性的監測水平，助力昆明—蒙特利爾全球生物多樣性框架落到實處。”周海麗說。

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