甘孜日報 2024年05月29日
◎劉發(fā)為
生物多樣性讓地球充滿(mǎn)生機，是人類(lèi)賴(lài)以生存和發(fā)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(shù)不斷被應用到實(shí)踐中，其中，遙感技術(shù)具有高時(shí)空分辨率、高精度、多尺度動(dòng)態(tài)監測的優(yōu)勢，逐步成為國內外生物多樣性監測的重要技術(shù)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(wǎng)
“以前，對生物多樣性的調查和監測大多通過(guò)人工在地面進(jìn)行，范圍有限、耗時(shí)耗力、效率不高。”全國政協(xié)委員、生態(tài)環(huán)境部衛星環(huán)境應用中心（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“衛星中心”）首席科學(xué)家高吉喜告訴記者，“近年來(lái)，我們創(chuàng )新搭建起‘五基’體系，這一技術(shù)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(guò)非接觸的方式獲取物體信息的一種技術(shù)手段。“當前大家熟知的遙感技術(shù)主要停留在衛星遙感上。”高吉喜說(shuō)，“五基”體系將天基衛星、空基遙感、低空無(wú)人機、走航巡護、地基移動(dòng)/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(chē)輛為搭載平臺，加上地面觀(guān)測，能夠直觀(guān)監測到植物群落，識別并跟蹤大型哺乳動(dòng)物的活動(dòng)軌跡，“‘五基’體系在生物多樣性監測中非常有優(yōu)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(wàn)華偉，十多年前就曾做過(guò)相關(guān)的嘗試。當時(shí)，她和團隊成員注意到外來(lái)入侵物種互花米草在廣西擴散的消息后，聯(lián)合當地團隊，通過(guò)高分辨率衛星和無(wú)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(xué)治理提供了技術(shù)支撐。
也是在幾年前，萬(wàn)華偉還曾和北京大學(xué)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(jìn)行監測，通過(guò)獲取高精度地表覆蓋狀況及人類(lèi)活動(dòng)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(jìn)一步開(kāi)展地面雪豹監測和生態(tài)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(zhù)我國高分系列衛星的發(fā)射，高分辨率的地表觀(guān)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(shù)的提高也為物種多樣性直接監測提供了可能。再加上定點(diǎn)音視頻、紅外相機、無(wú)人機高清相機等地基監測技術(shù)與設備，可從物種、群落、景觀(guān)和生態(tài)系統等不同角度對生物多樣性進(jìn)行長(cháng)時(shí)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(lèi)群的中長(cháng)期變化態(tài)勢十分有幫助。”
天上有衛星，高塔上有觀(guān)測設備，低空中飛起無(wú)人機，再加上移動(dòng)走航車(chē)和地面監測設備，一張生物多樣性監測的立體網(wǎng)搭建起來(lái)了。
“‘五基’體系并不是由多種監測平臺、載荷和技術(shù)方法簡(jiǎn)單羅列、堆積構建的監測體系，而是從生態(tài)遙感監測需求出發(fā)，通過(guò)裝備、數據和應用等多種協(xié)同技術(shù)，將監測過(guò)程中每個(gè)節點(diǎn)相互聯(lián)結，構建形成的多維度、多節點(diǎn)、非線(xiàn)性的復雜監測網(wǎng)絡(luò )。”高吉喜說(shuō)，這需要多方協(xié)作，整合利用各級、各類(lèi)、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(tài)化生物多樣性保護監督監測機制。
一個(gè)數據庫
怎樣對一個(gè)地方的生物多樣性實(shí)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(diǎn)，在許多人不能至的地方，僅靠傳統的近距離觀(guān)測很難實(shí)現。此時(shí)，遙感的優(yōu)勢就充分顯現了出來(lái)。
有了“五基”體系搭建的立體網(wǎng)，監測更加容易了，但也有一個(gè)新的問(wèn)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(shù)訓練更準確的模型，才能讓物種識別更加準確。
目前，在業(yè)內用無(wú)人機或固定點(diǎn)位紅外相機拍照識別動(dòng)物物種已經(jīng)有諸多探索，但用無(wú)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(méi)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(jué)得這是十分值得做的一件事情。”高吉喜說(shuō)。
初次見(jiàn)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(jīng)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(shí)間“泡”在內蒙古。“去年前前后后加起來(lái)，我差不多有一個(gè)半月的時(shí)間是在內蒙古進(jìn)行監測工作。”王永財說(shuō)。
在內蒙古草原，王永財和同事們主要的工作就是進(jìn)行數據收集，對草原草種、草場(chǎng)長(cháng)勢及其健康狀況等進(jìn)行跟蹤監測，并建立草原基礎數據庫，實(shí)現對草原牧草生長(cháng)、植被覆蓋度及草原“三化”情況的動(dòng)態(tài)監測，及時(shí)準確掌握各階段草原植被生長(cháng)及草原利用情況，科學(xué)評價(jià)草原生態(tài)狀況。
截至目前，相關(guān)數據已經(jīng)收集了相當一部分，基于數據庫搭建的平臺已經(jīng)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(jīng)開(kāi)發(fā)完成。
“根據已有數據庫，對內蒙古草原試點(diǎn)地區內超半數的植物物種，識別準確率已經(jīng)能超過(guò)八成。”萬(wàn)華偉說(shuō)。
數據的多少直接影響著(zhù)數據庫的質(zhì)量，數據庫的質(zhì)量直接影響著(zhù)識別的準確率。為了在更短時(shí)間內充實(shí)這個(gè)數據庫，衛星中心又有了新行動(dòng)。“我們準備在試點(diǎn)區域建設小型無(wú)人機機場(chǎng)，目前選址已經(jīng)完成，機場(chǎng)建好后，我們可以在北京遠程遙控無(wú)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(shuō)。
一批新工具
衛星遙感功能更加精細完善，無(wú)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(wú)人機實(shí)驗室，呈現在記者眼前的，是大小不同、形態(tài)各異的無(wú)人機及載荷設備：有續航可以達到4個(gè)多小時(shí)的中型固定翼無(wú)人機，也有可以垂直起降、靈活多變的多旋翼無(wú)人機；有常見(jiàn)的CCD光學(xué)成像設備，也有高精尖的高光譜設備。這個(gè)展廳，是生態(tài)環(huán)境低空遙感監測設備的一個(gè)縮影。
“通過(guò)不同的飛行平臺搭配相應的載荷，可以滿(mǎn)足不同的生態(tài)環(huán)境監測需求，使生態(tài)環(huán)境遙感監測更加靈活多變、快速高效。”衛星中心航空部技術(shù)人員吳強說(shuō)。
除了不斷升級迭代的無(wú)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(mén)口，停著(zhù)一輛外觀(guān)看來(lái)并無(wú)特殊的越野車(chē)。“這是由高吉喜率領(lǐng)團隊自主研制的多功能生態(tài)移動(dòng)巡護車(chē)，2022年8月完成了研制工作，到目前一直在結合業(yè)務(wù)需求進(jìn)行迭代升級。我們自主研發(fā)了多模態(tài)動(dòng)物識別模型和超分辨率重建小目標識別模型，可對野生動(dòng)物種群進(jìn)行智能識別、計數與追蹤。”衛星中心生態(tài)環(huán)境空間數據中心負責人曹飛說(shuō)，移動(dòng)巡護車(chē)已陸續赴北京、內蒙古、青海、山東等地開(kāi)展現場(chǎng)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(jìn)，記者眼前這個(gè)新工具，能夠在內蒙古草原植物多樣性調查時(shí)替科研人員“跑腿”，實(shí)現對草原植物的觀(guān)測、拍照和圖像回傳，提高監測效率。萬(wàn)華偉說(shuō)，這是由衛星中心牽頭研制的草地生物多樣性移動(dòng)監測平臺，頂部搭載360度可見(jiàn)光相機，通過(guò)獲取高清照片進(jìn)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(jìn)技術(shù)升級迭代，提升設備負載能力、移動(dòng)里程，增加適用場(chǎng)景，同時(shí)配套開(kāi)發(fā)物種AI識別模型，更好開(kāi)展生物多樣性保護的智能化調查與監測。
新理念、新技術(shù)正給生物多樣性監測帶來(lái)更多令人欣喜的改變。“我們希望通過(guò)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(shí)處。”周海麗說(shuō)。
轉載自《人民日報》海外版
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