中國(guó)網(wǎng)/中國(guó)發(fā)展門戶網(wǎng)訊  生態(tài)監(jiān)測(cè)是對(duì)生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能及其變化的系統(tǒng)性觀測(cè)與評(píng)估過(guò)程，其目的在于及時(shí)發(fā)現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)的變化趨勢(shì)和潛在威脅、評(píng)估管理成效，從而為政策制定者提供科學(xué)依據(jù)。生態(tài)監(jiān)測(cè)在全球生態(tài)環(huán)境保護(hù)和自然資源管理中至關(guān)重要，它也是理解人與自然相互作用、實(shí)現(xiàn)聯(lián)合國(guó)2030年可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)（SDGs）的基礎(chǔ)性工具和關(guān)鍵支柱。全球各地的生態(tài)監(jiān)測(cè)使用了多種技術(shù)和方法。在非洲，Spagnuolo等將多日期雷達(dá)和光學(xué)圖像、現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)和航空?qǐng)D像的視覺解釋相結(jié)合，使用機(jī)器學(xué)習(xí)對(duì)肯尼亞馬賽馬拉國(guó)家保護(hù)區(qū)的土地覆蓋進(jìn)行分類監(jiān)測(cè)。北美的黃石國(guó)家公園則通過(guò)對(duì)狼群、食草動(dòng)物行為和植被恢復(fù)的長(zhǎng)期實(shí)地觀察和利用植物結(jié)構(gòu)方法等，揭示了狼群對(duì)食草動(dòng)物行為和植被恢復(fù)的連鎖生態(tài)影響。在亞馬孫熱帶雨林，研究者采用機(jī)載激光雷達(dá)（LiDAR）估算森林生物量，并利用森林資源清查測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行校準(zhǔn)，發(fā)現(xiàn)森林生物量積累隨次生林年齡不同而不同。

四川臥龍國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)（以下簡(jiǎn)稱“臥龍自然保護(hù)區(qū)”）是全球生態(tài)監(jiān)測(cè)與瀕危物種保護(hù)的典范，其在生態(tài)監(jiān)測(cè)方面所采用的技術(shù)和方法在全球范圍內(nèi)具有廣泛的代表性和影響力。例如，臥龍自然保護(hù)區(qū)采用了包括遙感衛(wèi)星影像、全球定位系統(tǒng)（GPS）衛(wèi)星定位項(xiàng)圈、人工智能識(shí)別系統(tǒng)、紅外相機(jī)在內(nèi)的一系列現(xiàn)代生態(tài)監(jiān)測(cè)工具，用于監(jiān)測(cè)追蹤大熊貓及其棲息地的變化。這些技術(shù)的應(yīng)用使臥龍自然保護(hù)區(qū)不僅實(shí)現(xiàn)了對(duì)單一旗艦物種的精準(zhǔn)管理，也構(gòu)建了多物種、多尺度的生態(tài)系統(tǒng)監(jiān)控框架。

本文在回顧臥龍世界生物圈保護(hù)區(qū)生態(tài)監(jiān)測(cè)主要做法的基礎(chǔ)上，介紹了臥龍自然保護(hù)區(qū)“天空地一體化”監(jiān)測(cè)體系采用不同的技術(shù)路徑和不同技術(shù)的協(xié)同應(yīng)用，推動(dòng)一套數(shù)據(jù)、一個(gè)平臺(tái)、一套算法、一朵云、一張網(wǎng)“五個(gè)一”目標(biāo)的實(shí)踐，探討了當(dāng)前生態(tài)監(jiān)測(cè)正從傳統(tǒng)的“人工地面調(diào)查”向“天空地一體化”監(jiān)測(cè)演進(jìn)面臨的挑戰(zhàn)和機(jī)遇。一方面存在體制機(jī)制限制業(yè)務(wù)協(xié)同、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)同障礙、通信傳輸與電力供給瓶頸等挑戰(zhàn)；另一方面，具有政策支持和發(fā)展導(dǎo)向兜底、提升治理與服務(wù)效能、技術(shù)創(chuàng)新與應(yīng)用拓展、數(shù)據(jù)價(jià)值釋放與決策優(yōu)化等機(jī)遇。未來(lái)，臥龍自然保護(hù)區(qū)將通過(guò)持續(xù)技術(shù)創(chuàng)新和跨學(xué)科協(xié)作，為其他世界生物圈保護(hù)區(qū)的生態(tài)監(jiān)測(cè)提供“中國(guó)參考”。

研究區(qū)域概況

臥龍自然保護(hù)區(qū)于1963年設(shè)立，位于阿壩藏族羌族自治州汶川縣境內(nèi)，1978年成為國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)，保護(hù)面積203 448 hm²。1980年臥龍自然保護(hù)區(qū)首批加入聯(lián)合國(guó)教科文組織（UNESCO）“人與生物圈計(jì)劃”世界生物圈保護(hù)區(qū)網(wǎng)絡(luò)，使臥龍自然保護(hù)區(qū)成為具有世界意義的保護(hù)區(qū)。2006年四川大熊貓棲息地被聯(lián)合國(guó)教科文組織列入世界自然遺產(chǎn)名錄，臥龍自然保護(hù)區(qū)是其中最重要的組成部分之一。2021年大熊貓國(guó)家公園設(shè)立時(shí)，臥龍自然保護(hù)區(qū)2 028.5 km²劃入大熊貓國(guó)家公園臥龍片區(qū)（占原保護(hù)區(qū)面積的99.7%）（以下簡(jiǎn)稱“臥龍片區(qū)”），其中核心保護(hù)區(qū)面積占92.06%，一般控制區(qū)面積占7.94%。臥龍自然保護(hù)區(qū)內(nèi)有耿達(dá)、臥龍2鎮(zhèn)，下轄6個(gè)行政村27個(gè)村民小組，戶籍人口5 000余人，常駐人口6 500余人。區(qū)內(nèi)地理環(huán)境獨(dú)特，海拔垂直高差超過(guò)5 000 m，動(dòng)植物資源富集，有國(guó)家重點(diǎn)保護(hù)野生動(dòng)物121種，國(guó)家重點(diǎn)保護(hù)野生植物69種。多年來(lái)，臥龍自然保護(hù)區(qū)在大熊貓的保護(hù)和繁育中取得了舉世矚目的成就，在國(guó)際國(guó)內(nèi)具有重要影響。臥龍自然保護(hù)區(qū)極具代表性，臥龍片區(qū)大熊貓、雪豹“雙旗艦”物種的傘護(hù)效應(yīng)具有重要的全球意義。

研究方法

臥龍自然保護(hù)區(qū)在不同時(shí)期，根據(jù)保護(hù)和監(jiān)測(cè)需要選擇不同的監(jiān)測(cè)方法，隨著技術(shù)的發(fā)展及保護(hù)區(qū)工作精細(xì)化的要求，生態(tài)監(jiān)測(cè)正從傳統(tǒng)的“人工地面調(diào)查”向“天空地一體化”監(jiān)測(cè)演進(jìn)。

遙測(cè)追蹤。1978年臥龍自然保護(hù)區(qū)與四川省南充師范學(xué)校生物系合作，歷時(shí)10余載，在保護(hù)區(qū)內(nèi)牛頭山中段海拔2 520 m的“五一棚”建立了世界上第1個(gè)大熊貓野外觀察站，使用遙測(cè)追蹤技術(shù)在25 km²區(qū)域開展了對(duì)大熊貓的追蹤監(jiān)測(cè)。

森林生態(tài)系統(tǒng)定位研究。1994年，始建于1960年的四川米亞羅森林生態(tài)系統(tǒng)定位研究站遷入臥龍自然保護(hù)區(qū)，它是國(guó)家林業(yè)和草原局森林生態(tài)系統(tǒng)定位研究網(wǎng)絡(luò)站之一。臥龍森林生態(tài)系統(tǒng)定位站毗鄰鄧生保護(hù)站，研究區(qū)域166.80 km²，森林覆蓋率90%以上，地貌以高山峽谷為主。根據(jù)不同的植被分布類型，研究站設(shè)置了20 m×20 m的固定樣地25個(gè)，包括四川紅杉林3個(gè)、紅樺林3個(gè)、岷江冷杉林8個(gè)、岷江冷杉+紅樺林3個(gè)、高山櫟林8個(gè)。樣地內(nèi)設(shè)置小型氣象監(jiān)測(cè)站5個(gè)、林內(nèi)梯度氣象監(jiān)測(cè)系統(tǒng)1套、徑流觀測(cè)場(chǎng)5處、觀測(cè)流堰2處。此外，還建立了1 hm²固定樣地3個(gè)。依托該站，科研人員長(zhǎng)期開展臥龍自然保護(hù)區(qū)亞高山森林生態(tài)系統(tǒng)定位研究。

紅外觸發(fā)相機(jī)調(diào)查技術(shù)。2005年，臥龍自然保護(hù)區(qū)與北京大學(xué)合作首次嘗試將紅外相機(jī)用于大熊貓及其伴生動(dòng)物的調(diào)查。2014—2021年，臥龍自然保護(hù)區(qū)開始系統(tǒng)化布設(shè)公里網(wǎng)格監(jiān)測(cè)，利用紅外觸發(fā)相機(jī)開展大中型獸類與鳥類的本底調(diào)查，監(jiān)測(cè)相機(jī)安裝海拔1 470—4 780 m，監(jiān)測(cè)面積約590 km²。2022年，臥龍自然保護(hù)區(qū)在野外監(jiān)測(cè)體系中引入了實(shí)時(shí)傳輸紅外相機(jī)技術(shù)，有效解決了傳統(tǒng)相機(jī)在數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)獲取和長(zhǎng)時(shí)穩(wěn)定供電方面的瓶頸問(wèn)題。

“天空地一體化”監(jiān)測(cè)體系建設(shè)。2022—2025年，臥龍片區(qū)實(shí)施的四川臥龍大熊貓主要棲息地監(jiān)測(cè)試點(diǎn)項(xiàng)目，整合了臥龍自然保護(hù)區(qū)前期監(jiān)測(cè)設(shè)施（1982—2008年）、香港特別行政區(qū)政府援建臥龍自然保護(hù)區(qū)實(shí)施的“數(shù)字臥龍”工程（2009—2013年）、國(guó)家公園體制試點(diǎn)期間開展的大熊貓國(guó)家公園臥龍保護(hù)利用設(shè)施項(xiàng)目（2017—2021年）。監(jiān)測(cè)試點(diǎn)項(xiàng)目建設(shè)內(nèi)容涵蓋了融合通信、感知設(shè)施、機(jī)房設(shè)施、監(jiān)測(cè)應(yīng)用四大板塊等共計(jì)10個(gè)子項(xiàng)，按照“一套數(shù)據(jù)、一個(gè)平臺(tái)、一套算法、一朵云、一張網(wǎng)”進(jìn)行部署，在臥龍片區(qū)初步搭建了“天空地一體化”監(jiān)測(cè)體系。

結(jié)果與分析

生態(tài)監(jiān)測(cè)是生態(tài)環(huán)境保護(hù)與管理的核心支撐手段，技術(shù)路徑的實(shí)現(xiàn)伴隨科技的進(jìn)步而發(fā)展，巡護(hù)員的日常巡護(hù)、技術(shù)人員的樣方調(diào)查、研究人員的樣線調(diào)查、現(xiàn)場(chǎng)采樣、生態(tài)定位研究等，這些主要依靠人工實(shí)地調(diào)查，輔以儀器設(shè)備測(cè)量、記錄。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人工地面調(diào)查正被智能生態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)部分替代，在特定條件下已被完全替代，人轉(zhuǎn)變?yōu)榘缪蒡?yàn)證的角色。但這些技術(shù)各有優(yōu)勢(shì)，通常需要組合應(yīng)用才能實(shí)現(xiàn)全面、全域的監(jiān)測(cè)，促進(jìn)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)與保護(hù)目標(biāo)的達(dá)成。

遙測(cè)追蹤開創(chuàng)野生大熊貓研究先河

20世紀(jì)80年代，“五一棚”作為世界上首個(gè)大熊貓野外觀察站，胡錦矗（中國(guó)）和喬治·夏勒（美國(guó)）任組長(zhǎng)，共同率領(lǐng)中外科學(xué)家團(tuán)隊(duì)在方圓25 km²的區(qū)域聯(lián)合開展大熊貓的遙測(cè)追蹤和7條樣線調(diào)查，開創(chuàng)了觀察和研究野生大熊貓的先河。1985年，胡錦矗和喬治·夏勒等聯(lián)合編著的《臥龍的大熊貓》，首次揭秘了野生大熊貓?jiān)诿芰掷锏纳?，是大熊貓保護(hù)科研的權(quán)威基礎(chǔ)資料，也是大熊貓保護(hù)研究事業(yè)的起點(diǎn)，為后續(xù)的研究和保護(hù)工作奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，具有深遠(yuǎn)的歷史意義。

森林生態(tài)定位站監(jiān)測(cè)開啟亞高山森林生態(tài)系統(tǒng)研究

1995年以來(lái)，四川省林業(yè)科學(xué)研究院依托臥龍森林生態(tài)系統(tǒng)定位研究站（以下簡(jiǎn)稱“臥龍定位研究站”），與臥龍自然保護(hù)區(qū)等單位合作，長(zhǎng)期開展了川西亞高山森林生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能與服務(wù)，亞高山森林植被對(duì)氣候變化的響應(yīng)與適應(yīng)機(jī)制，川西亞高山生物多樣性保護(hù)與可持續(xù)利用途徑等研究。2017年開始，按照國(guó)家林業(yè)和草原局科技司生態(tài)定位站網(wǎng)的要求，嚴(yán)格進(jìn)行了水文、土壤、氣象和植被的數(shù)據(jù)匯交。此外，臥龍定位研究站還與中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院森林生態(tài)環(huán)境與保護(hù)研究所、北京林業(yè)大學(xué)、四川大學(xué)、四川農(nóng)業(yè)大學(xué)、成都理工大學(xué)、電子科技大學(xué)等高校和科研院所開展科研合作交流，聯(lián)合培養(yǎng)研究生10余名，發(fā)表SCI收錄研究論文10余篇。未來(lái)，臥龍定位研究站需要借助融合通信、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算，進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集、傳輸、存儲(chǔ)及分析研究，并協(xié)同整合更廣泛的信息資源，在更大的范圍內(nèi)共享運(yùn)用數(shù)據(jù)資源和信息，形成吸引國(guó)內(nèi)外科學(xué)家參與、多學(xué)科交叉研究的基礎(chǔ)營(yíng)地。

紅外相機(jī)調(diào)查技術(shù)用于雙旗艦物種監(jiān)測(cè)

2005年，臥龍自然保護(hù)區(qū)開始應(yīng)用紅外相機(jī)調(diào)查技術(shù)。2009年，在臥龍自然保護(hù)區(qū)魏家溝首次拍攝到雪豹的影像。2014—2024年，紅外觸發(fā)相機(jī)調(diào)查技術(shù)、實(shí)時(shí)傳輸技術(shù)在臥龍廣泛應(yīng)用于大熊貓、雪豹及同域動(dòng)物監(jiān)測(cè)。2020年，在海拔1 800—4 200 m的40 km²區(qū)域部署實(shí)時(shí)傳輸紅外相機(jī)，2021年3月，實(shí)時(shí)傳輸紅外相機(jī)記錄了臥龍白色大熊貓影像，使科研人員能夠在第一時(shí)間獲取大熊貓等重點(diǎn)物種的關(guān)鍵監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，結(jié)合環(huán)境及時(shí)取樣，實(shí)現(xiàn)DNA信息提取與分析同步開展。同時(shí)，依托連續(xù)、實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)流，研究人員能夠在特定時(shí)間段內(nèi)掌握大熊貓的活動(dòng)軌跡與活動(dòng)范圍。2024年，紅外相機(jī)調(diào)查技術(shù)用于大熊貓、雪豹“雙旗艦”物種網(wǎng)格化監(jiān)測(cè)，當(dāng)年紅外相機(jī)總有效工作日57 482天，獲取獸類、鳥類照片和視頻124 428份，有效探測(cè)數(shù)17 618次。鑒定出35種野生獸類和42種野生鳥類，其中不乏國(guó)家重點(diǎn)保護(hù)野生動(dòng)物。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，在35個(gè)位點(diǎn)拍攝到673份大熊貓照片和視頻，主要在老鴉山、倉(cāng)旺溝、中河區(qū)域；在50個(gè)位點(diǎn)拍攝2 454份雪豹照片和視頻，集中在木香坡和磋磨至火把溝區(qū)域。上述數(shù)據(jù)的獲得是傳統(tǒng)人工追蹤痕跡難以獲取的，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)不斷刷新大熊貓等旗艦物種的遇見率、物種種類，也記錄了新分布和新物種，更新了臥龍片區(qū)的本底基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

“天空地一體化”監(jiān)測(cè)體系構(gòu)建

臥龍自然保護(hù)區(qū)早期監(jiān)測(cè)工作（1982—2008年）主要是氣象、水文監(jiān)測(cè)，對(duì)于野生大熊貓的監(jiān)測(cè)采用頸圈式微型收發(fā)報(bào)儀和衛(wèi)星定位儀跟蹤，而圈養(yǎng)大熊貓通過(guò)模擬視頻監(jiān)控進(jìn)行監(jiān)控。2008年“5.12汶川特大地震”后，香港特別行政區(qū)政府以援建臥龍自然保護(hù)區(qū)為契機(jī)，實(shí)施了“數(shù)字臥龍”建設(shè)工程（2009—2013年），建成了10處機(jī)房、8個(gè)語(yǔ)音塔，26路網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控，300 km的骨干光纖聯(lián)通了“五一棚”野外觀察站、中國(guó)保護(hù)大熊貓研究中心（現(xiàn)為“中國(guó)大熊貓保護(hù)研究中心”）的臥龍核桃坪基地、都江堰大觀基地、雅安碧峰峽基地。國(guó)家公園體制試點(diǎn)期間（2017—2021年），臥龍自然保護(hù)區(qū)實(shí)施的文化旅游提升項(xiàng)目——大熊貓國(guó)家公園保護(hù)利用設(shè)施建設(shè)項(xiàng)目在數(shù)字臥龍的基礎(chǔ)上新增光纖通信70 km、衛(wèi)星應(yīng)急地面站2處，短波通信基站4個(gè)、超短波紅外相機(jī)接收基站4個(gè)、高清視頻監(jiān)控達(dá)到476路、野外布設(shè)傳統(tǒng)紅外相機(jī)500余臺(tái)、實(shí)時(shí)觸發(fā)紅外相機(jī)80臺(tái)、顯示大屏3處，保護(hù)站之間建成網(wǎng)絡(luò)視頻會(huì)議系統(tǒng)，整合了部分?jǐn)?shù)字臥龍信息化平臺(tái)，初步構(gòu)建了大熊貓國(guó)家公園臥龍數(shù)字平臺(tái)，形成了“臥龍之窗”“臥龍脈搏”“臥龍與您”三大業(yè)務(wù)體系：平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了辦公自動(dòng)化（OA）、森林防火、道路卡口、巡護(hù)監(jiān)測(cè)等功能，獲取了超60萬(wàn)張（段）野生動(dòng)物圖片和視頻，這些監(jiān)測(cè)設(shè)施在科研、保護(hù)和管理方面發(fā)揮了一定作用，但也存在缺乏系統(tǒng)規(guī)劃、兼容性差，數(shù)據(jù)質(zhì)量不高、覆蓋范圍小、數(shù)據(jù)“煙囪”、平臺(tái)利用率低、協(xié)同效應(yīng)差、運(yùn)維費(fèi)用高等缺陷。

2022—2025年，臥龍依托四川臥龍大熊貓主要棲息地監(jiān)測(cè)試點(diǎn)項(xiàng)目，采用不同的技術(shù)路徑、不同技術(shù)的協(xié)同應(yīng)用，構(gòu)建了臥龍片區(qū)“天空地一體化”監(jiān)測(cè)體系，推動(dòng)一套數(shù)據(jù)、一個(gè)平臺(tái)、一套算法、一朵云、一張網(wǎng)“五個(gè)一”目標(biāo)的實(shí)踐，促進(jìn)智能化監(jiān)測(cè)。臥龍生態(tài)監(jiān)測(cè)“五個(gè)一”具體指：“一套數(shù)據(jù)”即數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)，在統(tǒng)一數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上對(duì)各項(xiàng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、清洗、存儲(chǔ)，形成標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)并向應(yīng)用平臺(tái)開放；“一個(gè)平臺(tái)”即統(tǒng)一規(guī)范的業(yè)務(wù)應(yīng)用平臺(tái)，由數(shù)字孿生應(yīng)用、智慧監(jiān)測(cè)應(yīng)用、物聯(lián)網(wǎng)管理平臺(tái)、數(shù)據(jù)集成平臺(tái)四大模塊構(gòu)成，在實(shí)現(xiàn)設(shè)備、數(shù)據(jù)的可視化管理的同時(shí)滿足實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、分區(qū)管控、預(yù)警處置、宣傳教育及日常巡護(hù)等多場(chǎng)景應(yīng)用；“一套算法”即人工智能（AI）識(shí)別及預(yù)測(cè)算法，根據(jù)臥龍監(jiān)測(cè)工作特征和資源情況，形成一套不斷學(xué)習(xí)、不斷完善的影像及聲音識(shí)別算法，并逐漸形成預(yù)測(cè)能力；“一朵云”即云基礎(chǔ)設(shè)施，采用公有云及私有云結(jié)合的方式管理及發(fā)布計(jì)算、存儲(chǔ)資源，按照業(yè)務(wù)實(shí)際需求提供服務(wù)能力；“一張網(wǎng)”即融合通信網(wǎng)，融合了700 MHz 5G通信、衛(wèi)星通信、微波傳輸、超短波、光纖通信、數(shù)字集群、無(wú)線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)（Mesh）自組網(wǎng)等多種通信技術(shù)，用于滿足野外通信及感知設(shè)施數(shù)據(jù)傳輸。

感知設(shè)施建設(shè)方面：“天基”采用了四季遙感影像和衛(wèi)星傳輸數(shù)據(jù)；“空基”配置了集紅外、可見光、偏振光、激光測(cè)距為一體的吊艙及多旋翼無(wú)人機(jī)；“地基”感知由實(shí)時(shí)紅外觸發(fā)相機(jī)、防火云臺(tái)、監(jiān)控探頭、北斗頸圈、碳通量塔、樹徑測(cè)量?jī)x、氣象水文記錄等終端組成。規(guī)范后的機(jī)房能夠提供安全可靠的傳輸存儲(chǔ)及計(jì)算環(huán)境。

“天空地一體化”監(jiān)測(cè)建設(shè)探討

數(shù)字林草建設(shè)的核心是運(yùn)用新一代信息技術(shù)，實(shí)現(xiàn)林草治理體系和治理能力現(xiàn)代化，推動(dòng)林草事業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。通過(guò)完善生態(tài)感知體系，如以云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)支撐構(gòu)建“天空地一體化”的監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)對(duì)林草資源、生態(tài)災(zāi)害等的實(shí)時(shí)監(jiān)控和動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，促進(jìn)實(shí)體經(jīng)濟(jì)和數(shù)字經(jīng)濟(jì)深度融合，提升林草產(chǎn)業(yè)的數(shù)字化和自動(dòng)化水平。以生態(tài)大數(shù)據(jù)中心為基礎(chǔ)，構(gòu)建智慧化的管理服務(wù)新模式，推動(dòng)信息技術(shù)與林草政務(wù)深度融合。同時(shí)，以“數(shù)據(jù)中臺(tái)”為核心，整合多源數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)林草資源的“一張圖”管理、全周期監(jiān)管和智能化決策，從而提高林草資源監(jiān)管效率，加強(qiáng)生態(tài)保護(hù)修復(fù)能力，激發(fā)林草產(chǎn)業(yè)發(fā)展新動(dòng)能。

臥龍片區(qū)以多種技術(shù)融合建設(shè)的“一張網(wǎng)”，形成的“天空地一體化”監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，在海拔1 200—6 250 m的垂直帶譜上監(jiān)測(cè)旗艦物種的棲息地面積超過(guò)30%。系統(tǒng)建設(shè)整合了臥龍現(xiàn)有監(jiān)測(cè)設(shè)備和系統(tǒng)成果，旨在加強(qiáng)大熊貓國(guó)家公園自然生態(tài)系統(tǒng)的完整性和原真性保護(hù)，也是對(duì)一張網(wǎng)、一朵云、一套數(shù)據(jù)、一套算法、一個(gè)平臺(tái)“五個(gè)一”建設(shè)目標(biāo)具體路徑的探索。臥龍片區(qū)在大熊貓國(guó)家公園監(jiān)測(cè)體系建設(shè)方案（2025—2027年）“1+3+N”監(jiān)測(cè)總體架構(gòu)中屬于“N”層級(jí)（“1”指1個(gè)國(guó)家級(jí)數(shù)據(jù)中心，“3”指3個(gè)省級(jí)數(shù)據(jù)中心，“N”代表多個(gè)分局、保護(hù)站數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)）。在沒有可借鑒模式下，力求構(gòu)建監(jiān)測(cè)總體架構(gòu)中數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)“N”的數(shù)據(jù)采集、傳輸、存儲(chǔ)、分析和應(yīng)用服務(wù)，不可避免存在一定的局限性。伴隨科技的快速進(jìn)步，林草精細(xì)化管理的要求，當(dāng)前生態(tài)監(jiān)測(cè)正從“人工地面調(diào)查”逐漸向“天空地一體化”監(jiān)測(cè)演進(jìn)。“天空地一體化”監(jiān)測(cè)體系的“五個(gè)一”建設(shè)目標(biāo)是從“物理建設(shè)”到“邏輯協(xié)同”再到“價(jià)值釋放”的系統(tǒng)工程，缺一不可，共同支撐數(shù)字化轉(zhuǎn)型的落地，當(dāng)前面臨諸多挑戰(zhàn)與機(jī)遇。

挑戰(zhàn)方面

體制機(jī)制限制業(yè)務(wù)協(xié)同。“條塊分割、各自為政”的體制機(jī)制常導(dǎo)致信息化建設(shè)缺乏全局性思考和系統(tǒng)性考量，影響頂層設(shè)計(jì)和統(tǒng)籌建設(shè)，導(dǎo)致重復(fù)建設(shè)、盲目建設(shè)和重建設(shè)輕管理?；A(chǔ)數(shù)據(jù)整合需要融通多個(gè)方面，涉及層面廣，統(tǒng)籌難度大，制度上的剛性約束和資源上的協(xié)同不足，導(dǎo)致業(yè)務(wù)協(xié)作難，難以充分發(fā)揮“一個(gè)平臺(tái)”的協(xié)同效應(yīng)。需要從體制機(jī)制入手解決管理上的“條塊分割”，推動(dòng)跨部門、跨層級(jí)、跨區(qū)域業(yè)務(wù)協(xié)同。

技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)同障礙。當(dāng)前“天空地一體化”監(jiān)測(cè)體系涵蓋天基遙感衛(wèi)星、空基無(wú)人機(jī)與激光雷達(dá)、地基物聯(lián)網(wǎng)傳感器等多類手段，設(shè)備和平臺(tái)來(lái)源分散，缺乏統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)和接口規(guī)范。不同廠商設(shè)備在數(shù)據(jù)格式、通信協(xié)議、接口方式上差異明顯，導(dǎo)致數(shù)據(jù)流通不暢、共享困難，跨系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)效率低下，難以形成真正意義上的“一張網(wǎng)”，整體監(jiān)測(cè)與管控效能受到削弱。需要建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模型和接口標(biāo)準(zhǔn)，推動(dòng)設(shè)備與平臺(tái)的標(biāo)準(zhǔn)化接入；通過(guò)適配層或中間件實(shí)現(xiàn)跨廠商、跨系統(tǒng)的互聯(lián)互通。

通信傳輸與電力供給瓶頸。LoRaWAN、NB-IoT等物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)雖具備遠(yuǎn)距離覆蓋優(yōu)勢(shì)，但受限于帶寬，難以支撐高清視頻與大容量數(shù)據(jù)回傳；微波通信具備高帶寬能力，卻易受山體阻隔，需要依賴高架中繼站，建設(shè)與運(yùn)維成本高、難度大。受此制約，系統(tǒng)難以兼顧實(shí)時(shí)性與覆蓋范圍。需要構(gòu)建多層次通信架構(gòu)，形成“微波骨干+Mesh自組網(wǎng)+低功耗物聯(lián)網(wǎng)+衛(wèi)星通信”的混合網(wǎng)絡(luò)；采用事件觸發(fā)與分級(jí)傳輸機(jī)制，確保關(guān)鍵事件實(shí)時(shí)上傳，同時(shí)通過(guò)分時(shí)補(bǔ)傳方式完成全量數(shù)據(jù)回傳。電力供給瓶頸表現(xiàn)為山區(qū)監(jiān)測(cè)點(diǎn)多依賴風(fēng)光互補(bǔ)供電，但在雨雪、大霧等惡劣天氣下，光伏入射衰減、風(fēng)速不穩(wěn)，供電能力顯著下降，難以長(zhǎng)期支撐高功耗設(shè)備運(yùn)行，直接制約了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與大數(shù)據(jù)回傳能力，易造成設(shè)備掉線或性能下降，影響系統(tǒng)穩(wěn)定性。需要優(yōu)化能源配置，采用“太陽(yáng)能+風(fēng)能+儲(chǔ)能電池+能量管理”的綜合方案；前端設(shè)備推廣低功耗設(shè)計(jì)與事件觸發(fā)策略，結(jié)合儲(chǔ)能擴(kuò)容與智能調(diào)度，提升極端氣候條件下的能源保障能力。

野外設(shè)施建設(shè)高難度。大熊貓國(guó)家公園所處地理環(huán)境獨(dú)特，山高谷深，監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)面臨覆蓋不全面、代表性不足、工程施工困難等諸多挑戰(zhàn)，野外設(shè)施建設(shè)難度高。以臥龍片區(qū)為例，施工窗口期極短，在高海拔（2 700—4 800 m）建設(shè)通信塔及配套設(shè)施建設(shè)遭遇了復(fù)雜地理、地質(zhì)和惡劣氣象條件的影響，無(wú)路、無(wú)電、無(wú)網(wǎng)，高山峽谷地形、惡劣天氣等因素導(dǎo)致設(shè)備設(shè)施運(yùn)輸困難，施工安全隱患劇增，建設(shè)抗8級(jí)地震的野外基站、設(shè)備承受–30℃—60℃溫差、超遠(yuǎn)距離徒步運(yùn)維、核心區(qū)建設(shè)辦理行政許可困難等均是野外施工的難點(diǎn)痛點(diǎn)。

“一套數(shù)據(jù)”的多維瓶頸。受制于數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)據(jù)采集困難，信息系統(tǒng)多且數(shù)據(jù)異構(gòu)、多源分散，數(shù)據(jù)壁壘嚴(yán)重。不同傳感器產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)化與非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)（包括可見光影像、紅外熱成像、聲紋數(shù)據(jù)等）存在時(shí)空基準(zhǔn)不統(tǒng)一問(wèn)題。 數(shù)據(jù)管理缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。數(shù)據(jù)質(zhì)量參差不齊，接口標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，復(fù)用性差，導(dǎo)致數(shù)據(jù)難以有效整合和共享，價(jià)值難以充分挖掘。AI算法準(zhǔn)確度不足。數(shù)據(jù)融合分析能力有待提升，實(shí)時(shí)共享不及時(shí)，不能完全滿足工作決策需要。現(xiàn)行監(jiān)測(cè)框架下，臥龍片區(qū)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)每天產(chǎn)生大量原始數(shù)據(jù)，包括定位軌跡坐標(biāo)、無(wú)人機(jī)航跡數(shù)據(jù)、影像數(shù)據(jù)等時(shí)空數(shù)據(jù)，且具有多光譜/高光譜影像序列，微氣象站記錄的多維特征向量等環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)的初始標(biāo)注需要?jiǎng)游飳W(xué)和植物學(xué)的專家參與，存在專業(yè)人力成本高的問(wèn)題。外部環(huán)境與安全挑戰(zhàn)。當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)安全風(fēng)險(xiǎn)呈現(xiàn)全球化趨勢(shì)，國(guó)產(chǎn)替代和密級(jí)定級(jí)保護(hù)需要較大資金投入，伴隨數(shù)據(jù)的集中和共享，網(wǎng)絡(luò)安全風(fēng)險(xiǎn)增加，數(shù)據(jù)泄露、網(wǎng)絡(luò)攻擊等問(wèn)題威脅著“一套數(shù)據(jù)”“一朵云”“一張網(wǎng)”“一個(gè)平臺(tái)”的安全。

機(jī)遇方面

政策支持和發(fā)展導(dǎo)向兜底。國(guó)家高度重視數(shù)字中國(guó)建設(shè)，出臺(tái)了一系列政策文件。例如，2023年2月，中共中央、國(guó)務(wù)院印發(fā)《數(shù)字中國(guó)建設(shè)整體布局規(guī)劃》，為信息化建設(shè)提供了明確的發(fā)展方向和政策支持；2024年12月《中華人民共和國(guó)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)條例（草案征求意見稿）》公開征求意見，這將為構(gòu)建統(tǒng)一、權(quán)威、高效的生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)體系提供法治保障。雖然提高了行業(yè)準(zhǔn)入門檻，但也有助于規(guī)范行業(yè)發(fā)展，引導(dǎo)行業(yè)向高質(zhì)量轉(zhuǎn)型。數(shù)字中國(guó)的建設(shè)將推動(dòng)中國(guó)生態(tài)監(jiān)測(cè)體系全面智能化升級(jí)，有利于“五個(gè)一”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

提升治理與服務(wù)效能?！耙粋€(gè)平臺(tái)”“一張網(wǎng)”的建設(shè)是推進(jìn)治理現(xiàn)代化和服務(wù)高效化的重要路徑，其核心邏輯是通過(guò)打破分散、孤立的傳統(tǒng)模式，實(shí)現(xiàn)資源整合、數(shù)據(jù)貫通和流程協(xié)同，從而系統(tǒng)性提升治理能力與服務(wù)質(zhì)量，提升服務(wù)的便捷性、普惠性和滿意度。降低制度性交易成本，為公眾提供更便捷、高效的服務(wù)?！耙粋€(gè)平臺(tái)”是“智慧內(nèi)核”，解決“數(shù)據(jù)通、業(yè)務(wù)通”的問(wèn)題；“一張網(wǎng)”是“連接載體”，解決“服務(wù)廣、響應(yīng)快”的問(wèn)題。二者協(xié)同發(fā)力，最終實(shí)現(xiàn)治理更精細(xì)、服務(wù)更便捷、群眾更滿意的目標(biāo)，是數(shù)字時(shí)代推進(jìn)國(guó)家治理體系和治理能力現(xiàn)代化的關(guān)鍵抓手。

技術(shù)創(chuàng)新與應(yīng)用拓展。大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、區(qū)塊鏈、物聯(lián)網(wǎng)及人工智能等前沿技術(shù)的快速發(fā)展與應(yīng)用，為“一套算法”“一朵云”等建設(shè)提供了強(qiáng)大的技術(shù)支撐。例如，新一代CNN+Transformer混合架構(gòu)在物種識(shí)別中表現(xiàn)突出，大熊貓物種識(shí)別準(zhǔn)確率（Accuracy）達(dá)98.7%（測(cè)試集n=15 792張圖像），支持17種同域物種并行檢測(cè)，可識(shí)別啃食痕跡、足跡鏈等間接證據(jù)。再者，基于大模型的行業(yè)AI能力生成與應(yīng)用，能夠提升創(chuàng)新能力和行業(yè)服務(wù)，讓林草行業(yè)生產(chǎn)效率和服務(wù)體驗(yàn)同步提升。

促進(jìn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展與生態(tài)構(gòu)建。信息化建設(shè)的“五個(gè)一”目標(biāo)能夠吸引眾多科技企業(yè)參與，帶動(dòng)上下游產(chǎn)業(yè)集聚，形成健康有序的產(chǎn)業(yè)發(fā)展生態(tài)。例如，廣州數(shù)字政府建設(shè)中的“五統(tǒng)一”（統(tǒng)一政務(wù)云、統(tǒng)一安全運(yùn)營(yíng)、統(tǒng)一基礎(chǔ)運(yùn)維、統(tǒng)一數(shù)據(jù)資源、統(tǒng)一項(xiàng)目管理）改革建設(shè)吸引了大量網(wǎng)絡(luò)安全和數(shù)據(jù)行業(yè)企業(yè)參與，促進(jìn)了信息技術(shù)（IT）運(yùn)維產(chǎn)業(yè)價(jià)值和品牌價(jià)值提升，值得林草行業(yè)“五個(gè)一”工程建設(shè)借鑒。

數(shù)據(jù)價(jià)值釋放與決策優(yōu)化?！耙惶讛?shù)據(jù)”的集中管理和整合，有利于打破數(shù)據(jù)孤島，充分釋放數(shù)據(jù)價(jià)值，將海量、分散、無(wú)序的數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)化為具有指導(dǎo)意義的洞察、規(guī)律或預(yù)測(cè)，解決“數(shù)據(jù)孤島”“信息冗余”等問(wèn)題。技術(shù)層面通過(guò)數(shù)據(jù)采集、清洗、存儲(chǔ)、建模（如機(jī)器學(xué)習(xí)、統(tǒng)計(jì)分析）等，挖掘數(shù)據(jù)中隱藏的關(guān)聯(lián)、趨勢(shì)或異常。業(yè)務(wù)層面將技術(shù)挖掘的結(jié)果與具體場(chǎng)景結(jié)合，讓數(shù)據(jù)從“紙上分析”變成“可行動(dòng)的信息”。“把數(shù)據(jù)變成能用的智慧”“用智慧把事情做得更好”，二者共同推動(dòng)從“經(jīng)驗(yàn)驅(qū)動(dòng)”到“數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)”的升級(jí)，充分釋放數(shù)據(jù)價(jià)值，實(shí)現(xiàn)科學(xué)決策，提升林草行業(yè)的管理水平和競(jìng)爭(zhēng)力。

結(jié)論與展望

總的來(lái)看，臥龍世界生物圈保護(hù)區(qū)與全球其他地區(qū)的生態(tài)監(jiān)測(cè)既有共性，如依賴高科技與多源數(shù)據(jù)融合；也有差異，表現(xiàn)為臥龍?zhí)厣?，如高海拔梯度、監(jiān)測(cè)目標(biāo)呈現(xiàn)雙旗艦物種保護(hù)特征。臥龍的生態(tài)監(jiān)測(cè)具有多機(jī)構(gòu)多專業(yè)協(xié)同、多種先進(jìn)技術(shù)融合、多物種多尺度監(jiān)測(cè)的顯著特色。其國(guó)家主導(dǎo)、大學(xué)、科研機(jī)構(gòu)、企業(yè)深度參與的長(zhǎng)期合作機(jī)制，使得監(jiān)測(cè)具有高度系統(tǒng)性與連續(xù)性，遠(yuǎn)超過(guò)許多以短期項(xiàng)目為主的發(fā)展中國(guó)家保護(hù)區(qū)。臥龍新建的“天空地一體化”監(jiān)測(cè)體系是一張融合多種先進(jìn)技術(shù)的“專網(wǎng)”。臥龍?jiān)凇半p旗艦”物種（大熊貓、雪豹）為核心的生態(tài)系統(tǒng)管理模式下，推動(dòng)了監(jiān)測(cè)系統(tǒng)從“物種導(dǎo)向”向“生態(tài)系統(tǒng)導(dǎo)向”的過(guò)渡，將使臥龍片區(qū)生態(tài)監(jiān)測(cè)趨于更高效、更智能。

展望未來(lái)，臥龍世界生物圈保護(hù)區(qū)可以從其他一些先進(jìn)技術(shù)、全球監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)、綜合概念框架和“1+3+N”監(jiān)測(cè)總體架構(gòu)中受益。例如，環(huán)境DNA（eDNA）作為一種非侵入式監(jiān)測(cè)工具，已在水生及陸地生態(tài)系統(tǒng)中高效檢測(cè)生物種群和群落結(jié)構(gòu)。面對(duì)全球生態(tài)危機(jī)如生物多樣性喪失的挑戰(zhàn)，科學(xué)家正推動(dòng)建立一個(gè)類似全球氣象網(wǎng)的“全球生物多樣性觀測(cè)系統(tǒng)” （GBiOS），以提升數(shù)據(jù)可比性、不同區(qū)域間的技術(shù)共享與監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)并加速生態(tài)行動(dòng)。應(yīng)用全程耦合框架，可為解決人類與自然耦合系統(tǒng)的綜合性問(wèn)題提供科學(xué)工具。機(jī)載邊緣計(jì)算可以完成目標(biāo)初檢（動(dòng)物/人員/車輛/火點(diǎn)），只回傳事件切片與熱異常點(diǎn)，常規(guī)影像批量回傳至中心；平臺(tái)完成自動(dòng)拼接與時(shí)空索引，結(jié)合柵格網(wǎng)格/樣帶基線生成個(gè)體/群體活動(dòng)熱區(qū)圖、通行路徑遷移圖與晝夜活動(dòng)節(jié)律曲線，并與地面紅外相機(jī)/視頻監(jiān)控進(jìn)行多源交叉驗(yàn)證；利用無(wú)人機(jī)的傾斜攝影和三維建模功能，周期性開展航線飛行，實(shí)現(xiàn)高效獲取高分辨率影像數(shù)據(jù)，并生成真實(shí)、精準(zhǔn)的三維模型和正射影像。對(duì)比分析不同時(shí)期的模型數(shù)據(jù)，識(shí)別林地變化、道路建設(shè)、設(shè)施分布、滑坡隱患等動(dòng)態(tài)要素，實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)測(cè)區(qū)域的動(dòng)態(tài)更新和精細(xì)化管理。未來(lái)的生態(tài)監(jiān)測(cè)不僅可以監(jiān)測(cè)臥龍內(nèi)部的變化，還可以監(jiān)測(cè)影響臥龍的相鄰和遠(yuǎn)處系統(tǒng)的變化。隨著大熊貓國(guó)家公園“自然保護(hù)智能體”的成熟，其技術(shù)范式可復(fù)制到其他保護(hù)區(qū)。臥龍世界生物圈保護(hù)區(qū)一方面將受益于新的生態(tài)監(jiān)測(cè)方法，另一方面將繼續(xù)塑造全球生態(tài)監(jiān)測(cè)的未來(lái)。

（作者：何廷美、王樹鋒、吳凡，四川臥龍國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)管理局；王永峰，四川省汶川臥龍?zhí)貏e行政區(qū)。《中國(guó)科學(xué)院院刊》供稿）