2024年11月22日《中国环境报》第4版刊发了《草原生态有了“智慧眼”》的文章，报道了无人机遥感技术引领草地生物多样性监测新潮流，目前在内蒙古三大草原采集到了大量草地植物形态和光谱数据，形成了海量样本库。未来，卫星中心将进一步加强生物多样性无人机遥感监测技术示范，助力建设互联互通的生物多样性数据共享平台，提升我国生物多样性监测数智化水平。
报道全文如下：
2024年11月22日《中国环境报》第4版
研究人员在锡林郭勒草原采集草地植物高光谱数据。
“工作人员只需点下鼠标，停放在内蒙古自治区呼伦贝尔草原的无人机就会起飞，并按照预设要求进行采集，我们能即刻远程看到采集的数据。”生态环境部卫星环境应用中心（以下简称卫星中心）副主任周海丽说。
无人机遥感是继航空、航天遥感后的第3代遥感技术，以灵活、高效率和低成本等优势，在生态环境监测领域得到广泛应用，与地面调查和卫星遥感形成有益互补。卫星中心自2021年起承担了“十四五”重点研发项目，草地生物多样性智慧化遥感监测为其重点研究内容之一。卫星中心首席科学家高吉喜告诉记者：“我们以草地生物多样性为研究对象，充分发挥无人机新质生产力作用，服务生态质量评价与生态安全管理。”
用无人机识别植物，提高生物多样性监测预警能力
我国草地面积广阔，约占国土面积的40%，且草地类型多样，包括草甸草原、典型草原、荒漠草原等。高吉喜介绍：“传统草地生物多样性监测主要以人工调查为主，不仅工作量大、耗时长、监测成本高，且非常依赖专家知识，较难实现标准化，亟须提高自动化、智能化水平。”
据了解，传统草地生物多样性监测，需要专业人员到现场布设一批1平方米的草地样方，采用人工方式对植物种类进行记录，再将植物刈割带回实验室获取生物量等数据，这样不仅会对草地造成一定程度破坏，且部分偏远样地难以到达，影响监测结果的代表性。
《关于进一步加强生物多样性保护的意见》明确提出，“加快卫星遥感和无人机航空遥感技术应用，探索人工智能应用，推动生物多样性监测现代化”。目前，用无人机或固定点位红外相机拍照识别动物物种已有诸多探索，但用无人机拍照识别植物，还鲜有涉及。
“我们充分应用无人机技术，联合相关载荷研制单位，牵头研制了草地生物多样性调查专用机载多光谱相机、高光谱相机及配套软件。” 卫星中心生物多样性遥感监测评估中心部门主任万华伟介绍，科研人员根据不同草原的代表性，在内蒙古呼伦贝尔草甸草原、锡林郭勒典型草原、鄂尔多斯荒漠化草原等地建立试验区，反复调校拍摄高度、精度，以确定可以进行草地植物物种识别所需要的无人机调查最优方式，并形成了标准化流程。
据了解，目前通过无人机已采集了包括可见光、激光雷达点云、各尺度的多光谱影像等，配套地面获取的样方、物种高清照片，已形成一套覆盖典型草原植物物种的数据集。借助遥感影像处理和机器学习技术，对无人机获取的遥感影像进行物种分类、关键生态参数反演等分析，就能够获得丰富的草地植物多样性量化信息。
“我们对草原植物组成、草场长势及其健康状况等进行跟踪监测，并建立基础数据库，实现对草原牧草的动态监测，及时准确掌握各阶段草原植被生长及草原利用情况，科学评估草原生态系统健康状况。”卫星中心生物多样性遥感监测评估中心卢龙辉说。
经过反复试验，无人机遥感技术能快速采集大面积区域草地可见光、多光谱与高光谱影像数据，结合建立的生物多样性信息提取模型，进一步得到关键物种组成和分布信息，在大范围植物多样性调查中具有高效、精确和覆盖面广的优势。万华伟说，借助这项技术未来可有效提高生物多样性监测预警能力，更好服务区域生态质量评价和生态安全评估工作。
AI、大数据加持，草地物种识别准确率超85%
“无人机能够获取毫米级数据，目前我们在内蒙古三大草原采集到了大量草地植物形态和光谱数据，形成了海量样本库。”卫星中心生物多样性遥感监测评估中心肖翠介绍。物种多样性信息提取的精确程度、自动化程度和效率主要取决于样本库的代表性和模型构建，而这离不开大数据、AI等技术加持。
据了解，卫星中心牵头构建的地面调查植物形态和光谱特征数据库中，无人机采集草地物种图片1.9万张，截取的单个物种植物图片最终形成超40万张的无人机遥感调查草地植物形态和光谱特征数据集。而这些数据，需要通过数据分析模型，将无人机采集到的信息与观测目标联系起来，定量反演或推算草地生态属性信息。
“建立草地物种智能识别模型与生物多样性关键参数反演模型，基于激光雷达、无人机多光谱、可见光等数据，可实现对草地物种高精度识别及草地植被高度、覆盖度、生物量等关键生态参数的反演。”卫星中心生物多样性遥感监测评估中心王永财介绍。
据介绍，卫星中心草地物种智能识别模型与生态关键参数反演模型，利用AI目标检测、深度学习网络模型、回归分析法等模型方法建构完成。目前，已在内蒙古多个草原开展示范应用，实现草地物种识别准确率超过85%。
“为进一步深化无人方式草地生物多样性调查技术应用，我们还专门研制了履带式无人车与四足机器人等草地生物多样性地面移动观测平台，突破了多项关键技术融合。”卫星中心生态部高海峰介绍，这为进一步在更复杂区域、更多植被类型中利用进行生物多样性调查提供了技术探索。
目前，卫星中心开发的草地生物多样性参数反演软件系统已融合卫星、航空、地面激光雷达等多源数据，形成了包括“样带—样地—样方”数据管理、遥感数据预处理、物种智能识别与草地参数反演模块，各模块均可独立运算和工作。
提升无人机遥感监测规范化、标准化
卫星中心承担着全国生态环境遥感监测的政策规划、管理制度、标准规范的研究与拟订，负责生态环境遥感监测业务体系、技术体系的建设与运行。未来，卫星中心将进一步推动生物多样性无人机遥感监测的规范化与标准化，同时系统布设一批无人机遥感监测生物多样性大样地，并加强基层无人机遥感监测能力的培育。
据了解，为强化生物多样性无人机监测，卫星中心牵头起草并于去年底发布了《草地植物多样性无人机调查技术规范》（以下简称《技术规范》），其中规定了草地植物多样性无人机调查的程序、准备、数据采集与预处理、植物多样性调查参数获取、成果整理与归档等技术要求，为规范化开展草地生物多样性无人机快速调查和监测提供了技术依据。
在《技术规范》基础上，卫星中心还将进一步围绕全国生态质量评价与生态安全中有关生物多样性遥感监测和监管需求，建立生物多样性无人机遥感监测技术行业标准，推动全国范围内生物多样性监测数据的标准化，提高数据的一致性与共享水平。
“形成稳定、高效的无人机遥感监测能力，依赖相关技术的研发应用，也依赖丰富的基础数据。”万华伟表示，无人机遥感监测技术也可大幅减少地方生态环境部门实施生物多样性监测的人力成本，因此，开展无人机操作技术与遥感数据处理分析技术培训，通过系统实践提高基层部门无人机遥感监测技能和数据分析能力，将有助于形成生物多样性无人机遥感监测业务化应用体系。
“未来，卫星中心将进一步加强生物多样性无人机遥感监测技术示范，构建集数据采集、处理、分析和展示于一体的生物多样性无人机遥感监测系统，助力建设互联互通的生物多样性数据共享平台，提升我国生物多样性监测数智化水平。”周海丽说。
制作：杨苏雯
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