國家公園需要天空地監測與新技術應用

耿國彪　符超

近年來，感知系統建設成為國家公園建設管理的一大亮點，也成為首批國家公園重點探索的技術領域。8月19日，在第二屆國家公園論壇中舉行了天空地監測與新技術應用主題論壇。作為本屆國家公園論壇一大亮點，天空地監測和新技術應用主題論壇，圍繞航天航空、互聯網先進技術等在國家公園建設方面的成功案例、應用前景和下一步設想作了充分交流和溝通，為構建自主研發走在世界前列、應用水平全球領先的國家公園天空地一體化監測體系貢獻了智慧。

論壇上，北京航空航天大學校長助理、科研院院長楊立軍，中國科學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，中國林業科學研究院研究員張懷清，俄勒岡州立大學理學院副教授克爾斯滕·格羅德·科爾維特，杭州西溪國家濕地公園管理局局長俞暉，中國廣電網絡股份有限公司副總經理萬濤，分別圍繞“國家公園空地協同智慧感知及監測預警體系”“浮空器與AI技術服務于國家公園全域監測應用”“國家公園監測與生態感知系統”“衛星通信技術發展現狀及國家公園領域典型應用”“國家公園數字孿生與元宇宙應用”“通過海洋保護地開展生物多樣性保護、造福當地社區”“保護原生態探索新路徑打造世界濕地數字化保護與利用的典范”“發揮廣電網絡優勢，助力國家公園建設”作主旨演講。

第一批國家公園正式設立以來，國家林草局組織開展監測技術基礎研究，將先進適用的技術引入國家公園監測體系建設，出臺了《國家公園監測工作管理辦法》和《國家公園監測技術指南》，規范和指導國家公園監測工作，并指導各國家公園管理機構開展“天空地”一體化監測體系建設試點項目。為推進國家公園智慧化管理，國家林草局研發建設了國家公園感知系統，由自然資源資產管理、天空地一體化監測、物種保護研究中心、森林防火、矛盾調處、社區管理、重點工程項目、宣傳教育等8大功能版塊組成，對接國家公園監測體系，匯集海量監測數據。

三江源國家公園建設生態大數據中心、野外遠程視頻監控系統和重點湖泊生態綜合監測系統。通過衛星遙感監測、氣象監測和無人機監測、視頻監控等綜合技術手段，完成了覆蓋重點區域生態系統管理16米分辨率和人類活動管理2米級分辨率基礎地理信息基準建設及三維高精度場景建設。同時，利用數據庫軟件、數據交換共享軟件、大數據分析系統等整合工具，集成“通導遙”、GIS、應用服務等并系統化實現對三江源大數據綜合管理、信息共享與服務等功能，為國家公園自然資源資產管理和生態環境保護提供信息支撐、監測預警和決策支持。在海拔4460米的可可西里索南達杰保護站建設野外遠程紅外攝像視頻數據信息傳輸系統，在格拉丹東崗加曲巴（地名）冰川和開亞瑪（地名）藏羚遷徙通道建設實時回傳監測系統，采用光譜云臺監控、高通量衛星無線通訊等，實現對重點生態區位和野生動物進行24小時不間斷遠程視頻監控。布設紅外相機開展雪豹監測本底調查和種群數量及分布狀況研究，以及野牦牛、白唇鹿和黑頸鶴等珍稀瀕危野生動物種群數量及分布狀況調查等工作，為實時動態掌握野生動物種群現狀、變化和棲息地狀況提供了重要數據。建設重點湖泊生態綜合監測系統，對園區重點湖泊區域的土地覆被、水資源、漫溢災害等進行定期/不定期監測，對湖泊區域生態與環境因子、陸生動植物、水生生態系統變化情況監測，形成高原湖泊監管典型示范應用，為高海拔區域生態綜合監測工作積累了經驗。

大熊貓國家公園逐步構建以日常巡護、樣線巡護、重點區域大熊貓種群動態監測和紅外相機監測為主體，以專項巡護為補充的巡護和監測工作體系。全面推進紅外相機網格化監測，國家公園內紅外相機監測位點近9000個，為解決紅外相機監測數據收集、存儲和分析困難等問題，構建了生物多樣性數據平臺、大熊貓棲息地空間數據動態監測系統等。此外還通過衛星遙感查找人類活動問題點位，探索利用無人機參與日常巡護等，初步實現對大熊貓等珍稀瀕危野生動物、重要自然生態系統和重要資源等重點領域的動態監測、智慧監管和災害預警。

東北虎豹國家公園“天空地”一體化監測體系，通過700M網絡傳輸、人工智能、大數據等技術手段，基本實現了監測數據實時傳輸、自動識別野生動物等功能，為旗艦物種和棲息地保護、人為活動監管、預警防范人虎沖突等提供了數據支撐。在1.41萬平方公里范圍內網格化布設了2萬余臺紅外相機，能夠隨時查看紅外相機拍攝到的東北虎、東北豹等物種視頻。基于收集匯總的大數據庫結合圖片影像的人工智能識別技術，可以對虎、豹、熊、猞猁等30多種動物進行AI識別分類，可以做到虎、豹的個體識別，能夠進行數據統計、分析和評估管理，實現各個維度下對監測數據的系統分析。目前監測到，在東北虎豹國家公園及周邊范圍內，記錄并識別出的東北虎個體數量至少60只，活動范圍超過國家公園區域50%的面積；東北豹個體數量至少70只，活動范圍超過國家公園區域70%的面積。

海南熱帶雨林國家公園生態定位監測網絡已初步成型，建立了4個生態系統定位觀測研究站，110余個監測站，近500個森林長期動態監測樣地，700余臺紅外相機，持續監測熱帶雨林生態系統狀況和重點保護野生動物。建設智慧管理中心、智慧雨林大數據中心平臺和綜合巡護系統，接入19路海南長臂猿活動區域的視頻監控、96路海南坡鹿活動區域的視頻監控以及320臺紅外相機。目前監測到海南長臂猿種群數量恢復至6群37只，熱帶雨林生境持續改善。

武夷山國家公園構建智慧管理平臺、文物數字化展示平臺和巡護管理平臺，初步完成武夷山國家公園基礎數據庫建設，為后續打造武夷山國家公園智慧公園體系奠定基礎。實施衛星監測，基于多波段、多模式、多分辨率的遙感衛星數據，實現對“兩違”及茶園變化、松材線蟲病、森林火情監測并及時處置。構建資源監測體系，開展災害干擾因子工程試點，建設物聯網設備遠程管理平臺、干擾因子監測與預警平臺、綜合應急指揮調度管理平臺，初步實現對崩塌、滑坡、泥石流的監測預警。布設實時智能視頻監控、動物監測樣線和紅外相機等，建立5個常綠闊葉林定位觀測點和3個特殊群落觀測點，布設有關生物多樣性、土壤水分、植被動態、養分循環、碳匯功能等定位觀測樣地30余個，為科研監測提供基礎數據。

唐小平的報告以需求分析、建設方案、感知系統等為主要內容，從前端感知、中端傳輸和后端平臺3個環節，全面介紹了國家公園感知系統原理、建設路徑、發展現狀及未來前景等，讓聽眾從頂層設計層面對國家公園感知系統建設有了更清晰的認知。

唐小平說，青海在三江源、祁連山等體制試點期間都進行了一些監測體系的建設，應該有一個良好的基礎，但由于面積太大，監測未實現全覆蓋。因此，針對這一現狀，最重要的是把重點區域建好，監測好旗艦物種和指示性物種，通過對它們的動態掌握，去分析整個生態過程是否完整，從而去看整個系統是否健康。今后，要按照每個國家公園保護的不同管理對象特征，制定完整的監測技術方案，然后按照總體方案分批進行建設。建立國家公園體制，可以把我們最需要保護的地方全部保護下來，實行嚴格保護，給子孫后代留下珍貴的自然資源資產。因此，國家公園的管理離不開高新技術的支撐，我們要提倡高質量的保護，把生態保護、綠色發展和民生改善相統一，實現人與自然和諧共處。

“天臨地空”一體化的全局監測體系，將助力森林樹種結構與分布勘察，輔助森林生態系統服務評估，通過地物反射光譜的分析，實現對地物成分的識別和分類，服務土地規劃和農業環境監測，實現對自然保護地利用情況的高效監測，提高生態系統服務功能；滿足對自然保護區等長期實時監測的需求、動物遷徙路線檢測等動態連續跟蹤的需求、偏遠地區遠程持續能力覆蓋的需求。

“高通量衛星通信技術有效解決了地面通信未覆蓋的偏遠山區、高海拔地區、無人區等地區對實時傳輸大流量數據的需求。”王劍生動講述了衛星通信技術應用于國家公園監測的諸多細節、廣泛應用場景等。

其實，高通量衛星通信技術、監測方艙車等，這些聽上去“高大上”的科技裝備正廣泛應用于國家公園建設管理。作為新興技術，天空地一體化監測正全面融入國家公園保護、建設和管理等各環節，在當前資源管護、生物多樣性本底調查、森林草原防火、病蟲害監測、旗艦物種保護等場景中得到愈加廣泛的實際應用。

楊立軍介紹了北航的技術優勢和相關監測飛行產品，從相關監測需求出發，全面分享了天空地監測技術發展現狀。他重點介紹的臨近空間飛艇等新產品概念，為滿足國家公園監測提供了一種全新的技術思路。

陳正超從國家公園監測體系建設背景與現狀出發，重點介紹了能發揮獨到監測優勢的浮空器（系留氣球）的工作原理、技術優勢、典型應用案例以及基于AI遙感的國家公園業務應用。“浮空器具有眾多優勢，無排放、無噪音，載重能力強，可長期駐空，能長時間實現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。”他說。作為獨特監測場景的先進技術設備，浮空器尤其適用于國家公園動物保護、林草植被畜牧監測、災害監測、搜救預警、應急通信等多元化場景。

“發揮廣電網絡優勢，助力國家公園建設。”萬濤介紹，目前，中國廣電700M無線傳輸先進技術已經在東北虎豹國家公園試驗成功，監測覆蓋達到一萬多平方公里，全園看得見虎豹、管得好國家公園的目標基本實現。

天空地監測新技術是本屆國家公園論壇代表們共同關注、重點探討的一個熱門話題。在采訪中，記者了解到，下一步，各國家公園將根據自身實際，探索運用衛星遙感通信、飛艇、無人機和地面無線傳輸等先進技術和先進裝備，把監測體系應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選高水平科研團隊，運用先進監測技術開展東北虎豹、大熊貓、藏羚羊等旗艦物種種群監測和生境評估試點。逐步構建高效的國家公園天空地一體化監測體系，全面實時掌握國家公園內自然資源、生態狀況、旗艦物種、人類活動等動態變化情況，科學分析國家公園發展規律，展示國家公園建設成效，為國家公園精準治理、科學決策、高效服務和智慧管理奠定基礎，為實現國家公園治理體系和治理能力現代化提供服務保障，為保持重要自然生態系統的原真性和完整性，維護生物多樣性和生態安全提供基礎支撐。