中国科协生态环境产学联合体近期在北京发布了2025年度中国生态环境十大科技进展。

其中，由生态环境部卫星环境应用中心（以下简称卫星中心）研发的草地生物多样性无伤害遥感监测技术及装备“榜上有名”。本报记者为此专访了该项目的团队负责人高吉喜。

从“人追羊”到“机器巡”：无人化装备革新生态调查方式

“针对草地生物多样性遥感监测精度低、特别是草地物种识别技术缺乏等难题，我们首次攻克了草地物种无人机识别技术，识别精度达到88.6%，填补了国内外空白。”高吉喜开门见山地说。

这项技术已从2022年起连续3年在呼伦贝尔草甸草原、锡林浩特典型草原、鄂尔多斯荒漠草原开展综合应用示范，草地生物多样性调查效率提升40倍。团队与呼伦贝尔、锡林浩特有关部门签署长期推广应用协议，实现业务化运行，有效支撑了国家生态质量监测监督等业务。

传统的草原生物多样性调查常被戏称为“打草惊蛇”——科研人员踩着草甸进样方、扛着设备追黄羊，监测行为本身就可能惊扰这些敏感的草原居民。高吉喜团队研发的这套技术，相当于给草原装上了“天眼”，让动物和植被在“不知不觉”中完成“人口普查”。

团队研制了草地物种精细化信息采集装备，实现了对草地植物细小茎叶的毫米级高清图像采集。“我们开发了草地生物多样性监测专用无人机载多光谱、高光谱相机及配套处理软件，实现了多光谱镜头5波段自由组合。”高吉喜介绍说，“通过数据自校准技术，实现下行光时空变化下的辐射自动校正与动态调光。研发履带式无人车与四足机器人等移动观测平台及配套软件，具备自动导航、光谱图像自动采集与远程控制功能，实现了无人化草原样方采样与巡检。加上团队开发的草地生物多样性智慧监测系统，形成了软硬件结合的天空地一体化监测平台，实现了对草地植物花茎叶的毫米级精准成像与数据集成管理。”

“我们建立了无人机采集—标注—机器学习—模型迭代的无人机物种自动识别技术体系，突破了对低分辨率、模糊图片的识别能力，可快速高精度识别22科54属70种草地物种，形成了《草地植物多样性无人机调查技术规范》。”高吉喜说。团队研发的无人机物种识别一体机，野外作业平均用时减少90%，显著提升了生物多样性调查的便捷性和规模化作业水平。

建库、建模、反演：三大技术支柱

数据库是识别的基础。高吉喜介绍说，团队首次建立了草地物种“时—空—谱—形”遥感特征库，解决了草地物种多维度遥感监测形态与光谱信息缺乏问题。该特征库综合无人机与地面可见光、多光谱、高光谱等多源数据，建立了覆盖草甸、典型和荒漠三大类型草原，包含177个草地物种形态特征和122个草地物种光谱特征（涉及茎、叶及花）的草地物种遥感特征库，形成了40万张无人机植物图像样本，实现了草地物种特征数据的平台化管理，填补了国内空白。“团队公开发布的无人机植物图像数据集，下载量已达180177次。”

在生态参数反演方面，团队创建了融合无人机与卫星数据的关键生态参数快速高精度反演技术，优化了植被覆盖度、地上生物量等关键生态参数反演模型，监测精度提高至85%以上，较仅用卫星反演平均提升15%以上。

草丛里的啮齿类、土壤中的昆虫乃至微生物，这些“草原隐士”体型微小且善于隐蔽，卫星遥感在数百公里高空如何“看见”它们？

面对记者这一提问，高吉喜坦言：“卫星遥感现在直接监测你说的昆虫或者微生物，目前肯定是做不到的。因为现在卫星的分辨率最高也就是0.3米。所以你说的这几类生物，远比这个要小得多，直接监测是做不到的。”

但他同时指出，科学家进行了很多探索，可以进行间接监测。“比如说农作物的病虫害、树木的病虫害，很多就是由你说的害虫或者病毒所导致的。通过卫星遥感来监测植物的变化，就能够间接反映是哪种害虫或病毒导致的病害或虫害，从而间接监测昆虫或微生物。”

高吉喜进一步解释，现在遥感的概念发生了很大变化，除了利用卫星监测，还可以把载荷放到塔上、放到无人机上，甚至使用手持地面设备。“我们提了个概念叫五基协同监测。虽然卫星遥感直接监测昆虫做不到，但利用塔基、无人机或手持设备来监测是可行的，当然能监测到的物种还取决于其体型大小和其他特征。如我们通过这次研发的技术，就可直接监测到草原上的啮齿类动物。”

数据从“沉睡”到“治理”：草畜平衡与生态补偿的闭环

“无伤害”监测获取的海量数据，如何避免成为“静默的旁观者”？高吉喜用一组数据说明了遥感监测的数据量级：“我们在若尔盖利用塔基当天获取的数据就有10个G，现在是没地方去放。”但他强调，“建立塔基或开发生态走航车就是因为有需要才去建的，所以获取的数据一定是有需要的。”

他介绍，目前研发的技术主要用于草地生物多样性监测，获取的数据量越大、监测的范围越大，评估结果就越精准。“这个评估结果既可以用于生态修复评估，也可以用于草原生态调查，其作用是很大的。”

在草畜平衡方面，高吉喜指出，草原退化的重要因素之一就是放牧过载，做到草畜平衡是减少草地退化非常重要的一点。“现在有了这套技术，可以更精准地监测草地的生产力动态变化，那么就可以及时根据草地的承载能力大小，确定放牧的强度。过去利用卫星监测，它过境的周期很长，用于监测草地承载力动态变化是有限的，但现在利用无人机实时监测技术，可根据需要，一个月或几个月监测一次，监测的周期大幅度缩短，对及时掌握草地承载力和调控草地放牧有很重要的作用。”

在草原生态补偿方面，高吉喜透露了一个已有实践：“5年前，有个项目就是利用卫星遥感监测草地上牛羊的数量，来确定它的规模与数量。因为我们现在有一项政策，就是补贴合理放牧的草原牧户，保证草地恢复。但是，还是有一些牧户偷偷地超载放牧，因此可以利用卫星来监测牧户到底有没有按规定放牧，以此作为奖补的依据。”

高吉喜团队相关研究成果在内蒙古、云南、宁夏等地推广得到广泛应用，已建成生物多样性智慧监测平台1个，出版《内蒙古草地植物无人机识别基础图谱》等专著。研发成果在联合国《生物多样性公约》缔约方大会COP16、“‘昆蒙框架’目标实现之路——保护成效”国际研讨会、第二十二届中国国际环保展览会等场合交流展示，引起国内外同行的广泛关注。

“这些数据，无论对科学研究，还是环境管理，都提供了非常重要的作用。”高吉喜说。从“打草惊蛇”到“无人化”监测，从海量数据到精准治理，一套天空地一体化的草原生物多样性监测网络正在铺开，为草原生态保护与精准管理提供日益坚实的科技支撑。

来源：中国环境APP