國家公園需要天空地監(jiān)測與新技術(shù)應(yīng)用

耿國彪　符超

近年來，感知系統(tǒng)建設(shè)成為國家公園建設(shè)管理的一大亮點，也成為首批國家公園重點探索的技術(shù)領(lǐng)域。8月19日，在第二屆國家公園論壇中舉行了天空地監(jiān)測與新技術(shù)應(yīng)用主題論壇。作為本屆國家公園論壇一大亮點，天空地監(jiān)測和新技術(shù)應(yīng)用主題論壇，圍繞航天航空、互聯(lián)網(wǎng)先進(jìn)技術(shù)等在國家公園建設(shè)方面的成功案例、應(yīng)用前景和下一步設(shè)想作了充分交流和溝通，為構(gòu)建自主研發(fā)走在世界前列、應(yīng)用水平全球領(lǐng)先的國家公園天空地一體化監(jiān)測體系貢獻(xiàn)了智慧。

論壇上，北京航空航天大學(xué)校長助理、科研院院長楊立軍，中國科學(xué)院空天院航遙中心副主任陳正超，國家公園研究院院長唐小平，航天五院研究員王劍，中國林業(yè)科學(xué)研究院研究員張懷清，俄勒岡州立大學(xué)理學(xué)院副教授克爾斯滕·格羅德·科爾維特，杭州西溪國家濕地公園管理局局長俞暉，中國廣電網(wǎng)絡(luò)股份有限公司副總經(jīng)理萬濤，分別圍繞“國家公園空地協(xié)同智慧感知及監(jiān)測預(yù)警體系”“浮空器與AI技術(shù)服務(wù)于國家公園全域監(jiān)測應(yīng)用”“國家公園監(jiān)測與生態(tài)感知系統(tǒng)”“衛(wèi)星通信技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及國家公園領(lǐng)域典型應(yīng)用”“國家公園數(shù)字孿生與元宇宙應(yīng)用”“通過海洋保護(hù)地開展生物多樣性保護(hù)、造福當(dāng)?shù)厣鐓^(qū)”“保護(hù)原生態(tài)探索新路徑打造世界濕地數(shù)字化保護(hù)與利用的典范”“發(fā)揮廣電網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢，助力國家公園建設(shè)”作主旨演講。

第一批國家公園正式設(shè)立以來，國家林草局組織開展監(jiān)測技術(shù)基礎(chǔ)研究，將先進(jìn)適用的技術(shù)引入國家公園監(jiān)測體系建設(shè)，出臺了《國家公園監(jiān)測工作管理辦法》和《國家公園監(jiān)測技術(shù)指南》，規(guī)范和指導(dǎo)國家公園監(jiān)測工作，并指導(dǎo)各國家公園管理機(jī)構(gòu)開展“天空地”一體化監(jiān)測體系建設(shè)試點項目。為推進(jìn)國家公園智慧化管理，國家林草局研發(fā)建設(shè)了國家公園感知系統(tǒng)，由自然資源資產(chǎn)管理、天空地一體化監(jiān)測、物種保護(hù)研究中心、森林防火、矛盾調(diào)處、社區(qū)管理、重點工程項目、宣傳教育等8大功能版塊組成，對接國家公園監(jiān)測體系，匯集海量監(jiān)測數(shù)據(jù)。

三江源國家公園建設(shè)生態(tài)大數(shù)據(jù)中心、野外遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)和重點湖泊生態(tài)綜合監(jiān)測系統(tǒng)。通過衛(wèi)星遙感監(jiān)測、氣象監(jiān)測和無人機(jī)監(jiān)測、視頻監(jiān)控等綜合技術(shù)手段，完成了覆蓋重點區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)管理16米分辨率和人類活動管理2米級分辨率基礎(chǔ)地理信息基準(zhǔn)建設(shè)及三維高精度場景建設(shè)。同時，利用數(shù)據(jù)庫軟件、數(shù)據(jù)交換共享軟件、大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)等整合工具，集成“通導(dǎo)遙”、GIS、應(yīng)用服務(wù)等并系統(tǒng)化實現(xiàn)對三江源大數(shù)據(jù)綜合管理、信息共享與服務(wù)等功能，為國家公園自然資源資產(chǎn)管理和生態(tài)環(huán)境保護(hù)提供信息支撐、監(jiān)測預(yù)警和決策支持。在海拔4460米的可可西里索南達(dá)杰保護(hù)站建設(shè)野外遠(yuǎn)程紅外攝像視頻數(shù)據(jù)信息傳輸系統(tǒng)，在格拉丹東崗加曲巴（地名）冰川和開亞瑪（地名）藏羚遷徙通道建設(shè)實時回傳監(jiān)測系統(tǒng)，采用光譜云臺監(jiān)控、高通量衛(wèi)星無線通訊等，實現(xiàn)對重點生態(tài)區(qū)位和野生動物進(jìn)行24小時不間斷遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控。布設(shè)紅外相機(jī)開展雪豹監(jiān)測本底調(diào)查和種群數(shù)量及分布狀況研究，以及野牦牛、白唇鹿和黑頸鶴等珍稀瀕危野生動物種群數(shù)量及分布狀況調(diào)查等工作，為實時動態(tài)掌握野生動物種群現(xiàn)狀、變化和棲息地狀況提供了重要數(shù)據(jù)。建設(shè)重點湖泊生態(tài)綜合監(jiān)測系統(tǒng)，對園區(qū)重點湖泊區(qū)域的土地覆被、水資源、漫溢災(zāi)害等進(jìn)行定期/不定期監(jiān)測，對湖泊區(qū)域生態(tài)與環(huán)境因子、陸生動植物、水生生態(tài)系統(tǒng)變化情況監(jiān)測，形成高原湖泊監(jiān)管典型示范應(yīng)用，為高海拔區(qū)域生態(tài)綜合監(jiān)測工作積累了經(jīng)驗。

大熊貓國家公園逐步構(gòu)建以日常巡護(hù)、樣線巡護(hù)、重點區(qū)域大熊貓種群動態(tài)監(jiān)測和紅外相機(jī)監(jiān)測為主體，以專項巡護(hù)為補(bǔ)充的巡護(hù)和監(jiān)測工作體系。全面推進(jìn)紅外相機(jī)網(wǎng)格化監(jiān)測，國家公園內(nèi)紅外相機(jī)監(jiān)測位點近9000個，為解決紅外相機(jī)監(jiān)測數(shù)據(jù)收集、存儲和分析困難等問題，構(gòu)建了生物多樣性數(shù)據(jù)平臺、大熊貓棲息地空間數(shù)據(jù)動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)等。此外還通過衛(wèi)星遙感查找人類活動問題點位，探索利用無人機(jī)參與日常巡護(hù)等，初步實現(xiàn)對大熊貓等珍稀瀕危野生動物、重要自然生態(tài)系統(tǒng)和重要資源等重點領(lǐng)域的動態(tài)監(jiān)測、智慧監(jiān)管和災(zāi)害預(yù)警。

東北虎豹國家公園“天空地”一體化監(jiān)測體系，通過700M網(wǎng)絡(luò)傳輸、人工智能、大數(shù)據(jù)等技術(shù)手段，基本實現(xiàn)了監(jiān)測數(shù)據(jù)實時傳輸、自動識別野生動物等功能，為旗艦物種和棲息地保護(hù)、人為活動監(jiān)管、預(yù)警防范人虎沖突等提供了數(shù)據(jù)支撐。在1.41萬平方公里范圍內(nèi)網(wǎng)格化布設(shè)了2萬余臺紅外相機(jī)，能夠隨時查看紅外相機(jī)拍攝到的東北虎、東北豹等物種視頻?；谑占瘏R總的大數(shù)據(jù)庫結(jié)合圖片影像的人工智能識別技術(shù)，可以對虎、豹、熊、猞猁等30多種動物進(jìn)行AI識別分類，可以做到虎、豹的個體識別，能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計、分析和評估管理，實現(xiàn)各個維度下對監(jiān)測數(shù)據(jù)的系統(tǒng)分析。目前監(jiān)測到，在東北虎豹國家公園及周邊范圍內(nèi)，記錄并識別出的東北虎個體數(shù)量至少60只，活動范圍超過國家公園區(qū)域50%的面積；東北豹個體數(shù)量至少70只，活動范圍超過國家公園區(qū)域70%的面積。

海南熱帶雨林國家公園生態(tài)定位監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)已初步成型，建立了4個生態(tài)系統(tǒng)定位觀測研究站，110余個監(jiān)測站，近500個森林長期動態(tài)監(jiān)測樣地，700余臺紅外相機(jī)，持續(xù)監(jiān)測熱帶雨林生態(tài)系統(tǒng)狀況和重點保護(hù)野生動物。建設(shè)智慧管理中心、智慧雨林大數(shù)據(jù)中心平臺和綜合巡護(hù)系統(tǒng)，接入19路海南長臂猿活動區(qū)域的視頻監(jiān)控、96路海南坡鹿活動區(qū)域的視頻監(jiān)控以及320臺紅外相機(jī)。目前監(jiān)測到海南長臂猿種群數(shù)量恢復(fù)至6群37只，熱帶雨林生境持續(xù)改善。

武夷山國家公園構(gòu)建智慧管理平臺、文物數(shù)字化展示平臺和巡護(hù)管理平臺，初步完成武夷山國家公園基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫建設(shè)，為后續(xù)打造武夷山國家公園智慧公園體系奠定基礎(chǔ)。實施衛(wèi)星監(jiān)測，基于多波段、多模式、多分辨率的遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對“兩違”及茶園變化、松材線蟲病、森林火情監(jiān)測并及時處置。構(gòu)建資源監(jiān)測體系，開展災(zāi)害干擾因子工程試點，建設(shè)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備遠(yuǎn)程管理平臺、干擾因子監(jiān)測與預(yù)警平臺、綜合應(yīng)急指揮調(diào)度管理平臺，初步實現(xiàn)對崩塌、滑坡、泥石流的監(jiān)測預(yù)警。布設(shè)實時智能視頻監(jiān)控、動物監(jiān)測樣線和紅外相機(jī)等，建立5個常綠闊葉林定位觀測點和3個特殊群落觀測點，布設(shè)有關(guān)生物多樣性、土壤水分、植被動態(tài)、養(yǎng)分循環(huán)、碳匯功能等定位觀測樣地30余個，為科研監(jiān)測提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

唐小平的報告以需求分析、建設(shè)方案、感知系統(tǒng)等為主要內(nèi)容，從前端感知、中端傳輸和后端平臺3個環(huán)節(jié)，全面介紹了國家公園感知系統(tǒng)原理、建設(shè)路徑、發(fā)展現(xiàn)狀及未來前景等，讓聽眾從頂層設(shè)計層面對國家公園感知系統(tǒng)建設(shè)有了更清晰的認(rèn)知。

唐小平說，青海在三江源、祁連山等體制試點期間都進(jìn)行了一些監(jiān)測體系的建設(shè)，應(yīng)該有一個良好的基礎(chǔ)，但由于面積太大，監(jiān)測未實現(xiàn)全覆蓋。因此，針對這一現(xiàn)狀，最重要的是把重點區(qū)域建好，監(jiān)測好旗艦物種和指示性物種，通過對它們的動態(tài)掌握，去分析整個生態(tài)過程是否完整，從而去看整個系統(tǒng)是否健康。今后，要按照每個國家公園保護(hù)的不同管理對象特征，制定完整的監(jiān)測技術(shù)方案，然后按照總體方案分批進(jìn)行建設(shè)。建立國家公園體制，可以把我們最需要保護(hù)的地方全部保護(hù)下來，實行嚴(yán)格保護(hù)，給子孫后代留下珍貴的自然資源資產(chǎn)。因此，國家公園的管理離不開高新技術(shù)的支撐，我們要提倡高質(zhì)量的保護(hù)，把生態(tài)保護(hù)、綠色發(fā)展和民生改善相統(tǒng)一，實現(xiàn)人與自然和諧共處。

“天臨地空”一體化的全局監(jiān)測體系，將助力森林樹種結(jié)構(gòu)與分布勘察，輔助森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評估，通過地物反射光譜的分析，實現(xiàn)對地物成分的識別和分類，服務(wù)土地規(guī)劃和農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測，實現(xiàn)對自然保護(hù)地利用情況的高效監(jiān)測，提高生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能；滿足對自然保護(hù)區(qū)等長期實時監(jiān)測的需求、動物遷徙路線檢測等動態(tài)連續(xù)跟蹤的需求、偏遠(yuǎn)地區(qū)遠(yuǎn)程持續(xù)能力覆蓋的需求。

“高通量衛(wèi)星通信技術(shù)有效解決了地面通信未覆蓋的偏遠(yuǎn)山區(qū)、高海拔地區(qū)、無人區(qū)等地區(qū)對實時傳輸大流量數(shù)據(jù)的需求?！蓖鮿ι鷦又v述了衛(wèi)星通信技術(shù)應(yīng)用于國家公園監(jiān)測的諸多細(xì)節(jié)、廣泛應(yīng)用場景等。

其實，高通量衛(wèi)星通信技術(shù)、監(jiān)測方艙車等，這些聽上去“高大上”的科技裝備正廣泛應(yīng)用于國家公園建設(shè)管理。作為新興技術(shù)，天空地一體化監(jiān)測正全面融入國家公園保護(hù)、建設(shè)和管理等各環(huán)節(jié)，在當(dāng)前資源管護(hù)、生物多樣性本底調(diào)查、森林草原防火、病蟲害監(jiān)測、旗艦物種保護(hù)等場景中得到愈加廣泛的實際應(yīng)用。

楊立軍介紹了北航的技術(shù)優(yōu)勢和相關(guān)監(jiān)測飛行產(chǎn)品，從相關(guān)監(jiān)測需求出發(fā)，全面分享了天空地監(jiān)測技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀。他重點介紹的臨近空間飛艇等新產(chǎn)品概念，為滿足國家公園監(jiān)測提供了一種全新的技術(shù)思路。

陳正超從國家公園監(jiān)測體系建設(shè)背景與現(xiàn)狀出發(fā)，重點介紹了能發(fā)揮獨到監(jiān)測優(yōu)勢的浮空器（系留氣球）的工作原理、技術(shù)優(yōu)勢、典型應(yīng)用案例以及基于AI遙感的國家公園業(yè)務(wù)應(yīng)用。“浮空器具有眾多優(yōu)勢，無排放、無噪音，載重能力強(qiáng)，可長期駐空，能長時間實現(xiàn)大范圍定點凝視觀測，滿足國家公園全局尺度+全域尺度+景觀尺度的多維度觀測?！彼f。作為獨特監(jiān)測場景的先進(jìn)技術(shù)設(shè)備，浮空器尤其適用于國家公園動物保護(hù)、林草植被畜牧監(jiān)測、災(zāi)害監(jiān)測、搜救預(yù)警、應(yīng)急通信等多元化場景。

“發(fā)揮廣電網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢，助力國家公園建設(shè)?！比f濤介紹，目前，中國廣電700M無線傳輸先進(jìn)技術(shù)已經(jīng)在東北虎豹國家公園試驗成功，監(jiān)測覆蓋達(dá)到一萬多平方公里，全園看得見虎豹、管得好國家公園的目標(biāo)基本實現(xiàn)。

天空地監(jiān)測新技術(shù)是本屆國家公園論壇代表們共同關(guān)注、重點探討的一個熱門話題。在采訪中，記者了解到，下一步，各國家公園將根據(jù)自身實際，探索運用衛(wèi)星遙感通信、飛艇、無人機(jī)和地面無線傳輸?shù)认冗M(jìn)技術(shù)和先進(jìn)裝備，把監(jiān)測體系應(yīng)用貫穿國家公園管理全過程。國家林草局還將通過揭榜掛帥方式優(yōu)選高水平科研團(tuán)隊，運用先進(jìn)監(jiān)測技術(shù)開展東北虎豹、大熊貓、藏羚羊等旗艦物種種群監(jiān)測和生境評估試點。逐步構(gòu)建高效的國家公園天空地一體化監(jiān)測體系，全面實時掌握國家公園內(nèi)自然資源、生態(tài)狀況、旗艦物種、人類活動等動態(tài)變化情況，科學(xué)分析國家公園發(fā)展規(guī)律，展示國家公園建設(shè)成效，為國家公園精準(zhǔn)治理、科學(xué)決策、高效服務(wù)和智慧管理奠定基礎(chǔ)，為實現(xiàn)國家公園治理體系和治理能力現(xiàn)代化提供服務(wù)保障，為保持重要自然生態(tài)系統(tǒng)的原真性和完整性，維護(hù)生物多樣性和生態(tài)安全提供基礎(chǔ)支撐。