新型遙感無(wú)人機、生物觀(guān)測智云犬、機載渦動(dòng)相關(guān)系統……34套由我國自主研發(fā)的生態(tài)監測設備及技術(shù)在黑河流域“大展身手”。近日，在祁連山麓與河西走廊腹地，2025年—2026年生態(tài)監測大型綜合試驗正式拉開(kāi)帷幕。
在生態(tài)環(huán)境部科技與財務(wù)司的指導下，中國21世紀議程管理中心(以下簡(jiǎn)稱(chēng)21世紀中心)圍繞“典型脆弱生態(tài)系統保護與修復”重點(diǎn)專(zhuān)項(以下簡(jiǎn)稱(chēng)生態(tài)專(zhuān)項)，組織實(shí)施“黑河流域生態(tài)監測技術(shù)聯(lián)合測試及應用示范(EcoTest)”。
這場(chǎng)大型綜合試驗聚焦20個(gè)相關(guān)國家重點(diǎn)研發(fā)項目，匯集50余家科研單位的力量，在黑河流域上、中、下游真實(shí)場(chǎng)景下，開(kāi)展設備及技術(shù)聯(lián)合驗證測試、空天地一體化生態(tài)監測、冰凍圈生態(tài)水文監測以及面向生態(tài)保護修復監管場(chǎng)景的應用示范，以硬核技術(shù)支撐國家生態(tài)環(huán)境監測和生態(tài)保護修復監管。
EcoTest緣何啟動(dòng)?
EcoTest的啟動(dòng)，源于一場(chǎng)科研人員自發(fā)的行動(dòng)。
“最初的念頭很簡(jiǎn)單，我們這些承擔‘十四五’國家重點(diǎn)研發(fā)項目的負責人，想尋找一個(gè)復雜場(chǎng)景開(kāi)展設備聯(lián)合測試。”北京師范大學(xué)教授劉紹民與幾位項目負責人交流后，一拍即合。
科研人員將試驗的目的地瞄準我國第二大內陸河——黑河。這里具備復雜多樣的地形、地貌和生態(tài)環(huán)境，從上游到中游、下游，涵蓋冰雪、森林、草甸、農田、濕地、荒漠等多種生態(tài)系統，是驗證生態(tài)監測設備與技術(shù)精準性、穩定性與環(huán)境適應性的應用場(chǎng)景。
長(cháng)年來(lái)，一批科研工作者扎根在黑河流域，為測試打下堅實(shí)的基礎。
2007年，北京師范大學(xué)和中國科學(xué)院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院開(kāi)始搭建黑河流域地表過(guò)程綜合觀(guān)測網(wǎng)。目前，這一網(wǎng)絡(luò )包括3個(gè)超級站、8個(gè)普通站共計11個(gè)站點(diǎn)，以及黑河遙感站一個(gè)生活基地，覆蓋了流域的主要地表類(lèi)型。
“觀(guān)測網(wǎng)積累了近20年的生態(tài)多要素數據集，構建了空天地一體化監測系統雛形，為天基、空基遙感與地面協(xié)同監測與驗證提供了充分的數據支持和野外保障。”劉紹民介紹。
“啟動(dòng)EcoTest的初衷，在于解決生態(tài)監測技術(shù)與裝備研發(fā)所面臨的短板。目前，我國存在部分高端生態(tài)監測設備及核心部件自主研發(fā)能力弱、復雜應用場(chǎng)景下設備穩定性不佳、設備環(huán)境適應性驗證困難等問(wèn)題，尚未形成空天地一體化監測技術(shù)體系，這些因素嚴重限制了我國生態(tài)監測技術(shù)的發(fā)展，也制約了生態(tài)保護修復監管能力的提升。”中國環(huán)境科學(xué)研究院副院長(cháng)全占軍表示。
21世紀中心牽頭組織20個(gè)相關(guān)項目開(kāi)展EcoTest，這其中不僅包括生態(tài)專(zhuān)項的16個(gè)項目，還涵蓋地球觀(guān)測與導航、地球系統與全球變化專(zhuān)項等4個(gè)項目，實(shí)現在關(guān)鍵應用場(chǎng)景中抓集中、抓共享、抓節點(diǎn)和抓落地，創(chuàng )新建制化集中攻關(guān)的科研組織模式。
隨著(zhù)越來(lái)越多科研力量的投入，EcoTest的意義已遠超試驗本身。
“隨著(zhù)加入設備的增多，我們開(kāi)始考慮如何利用這些成套設備和技術(shù)，集成構建國產(chǎn)化的空天地一體化監測體系。構建監測體系后獲取了大量數據，然后我們就探索利用這些數據，構建評估方法體系，服務(wù)到區域生態(tài)保護修復監管的具體業(yè)務(wù)中。”全占軍向記者介紹。
打造生態(tài)監測設備“樣板間”
EcoTest在百日緊鑼密鼓的籌備中，50余家科研單位反復溝通打磨，大到試驗技術(shù)方案，小到設備調試細節，力求確保每一臺設備能夠在復雜場(chǎng)景中經(jīng)受“真刀真槍”的考驗。
“比如，在技術(shù)方案層面，我們需要考慮各方如何協(xié)同配合，形成空天地一體化的生態(tài)監測技術(shù)體系與規范;在實(shí)施策略方面，一方面要考慮聯(lián)合測試的科技增量，另一方面又要兼顧當前的監測任務(wù)需求。”全占軍介紹。
今年7月，隨著(zhù)監測設備進(jìn)場(chǎng)就位，EcoTest迎來(lái)聯(lián)合測試的一次全面檢驗——現場(chǎng)核查。
在黑河烏江橋河道、大滿(mǎn)超級站、花寨子荒漠站、祁連山森林站、黑河遙感站等一線(xiàn)監測站點(diǎn)，EcoTest生態(tài)專(zhuān)項總體組專(zhuān)家與同行專(zhuān)家深入現場(chǎng)，實(shí)地查驗設備性能。
據了解，這批在黑河流域“上新”的設備，涵蓋生態(tài)系統碳收支、生態(tài)水文等領(lǐng)域，共有28套地面設備、6套空天設備。此外，物聯(lián)網(wǎng)監測系統、新型遙感無(wú)人機等多項技術(shù)也應用于此次大型試驗中。
劉紹民向記者打了個(gè)比方：“我們就像在黑河流域打造了一個(gè)生態(tài)監測設備的‘樣板間’，讓所有的設備齊聚一堂。以前，在測試過(guò)程中，我們往往只能關(guān)注到部分設備的性能與運行情況?，F在，一個(gè)‘樣板間’展示在大家面前，為我們開(kāi)啟了考察生態(tài)監測的全域視角。”
“這批設備和技術(shù)能夠較好地適應黑河流域農田、森林、荒漠等不同生態(tài)環(huán)境的監測需求，在野外真實(shí)場(chǎng)景下展現出良好的精準性、可靠性與穩定性。”在監測站點(diǎn)，現場(chǎng)核查組的專(zhuān)家們紛紛對EcoTest的前期籌備與野外運行狀況、聯(lián)合測試與集中示范的科研組織模式予以肯定。
解決黑河流域生態(tài)監測“卡脖子”難題
34套設備及技術(shù)各有特點(diǎn)，涉及領(lǐng)域廣，測試范圍大。那么，如何制定一套完整的測試評價(jià)標準體系?
參與EcoTest的科研團隊探索出一套自下而上的工作機制。劉紹民介紹：“科研團隊依據21世紀中心頒布的生態(tài)環(huán)境技術(shù)領(lǐng)域相關(guān)管理規范，為每臺設備量身定制了一份野外場(chǎng)景測試大綱。此外，聯(lián)合測試組依據黑河流域設備及技術(shù)實(shí)際應用場(chǎng)景，結合各方訴求，編寫(xiě)出一套完整的設備聯(lián)合測試技術(shù)方案。”
在生態(tài)系統碳收支監測設備聯(lián)合測試現場(chǎng)，10套地面、塔基設備佇立于此，為碳源匯核算提供了可靠依據。“我們在現場(chǎng)設置了開(kāi)路與閉路渦動(dòng)相關(guān)系統和監測多種溫室氣體濃度的設備，它們共同織起了一張精密的監測網(wǎng)絡(luò )，能夠捕捉生態(tài)系統碳收支濃度、通量與儲量數據。”劉紹民說(shuō)。
針對高寒、干旱等極端生態(tài)環(huán)境下水循環(huán)關(guān)鍵參量監測的“卡脖子”難題，本次聯(lián)合測試開(kāi)出“良方”。在測試現場(chǎng)，8臺自主研發(fā)的地面、塔基、移動(dòng)式、機載生態(tài)水文監測設備“各顯神通”。從山區冰凍圈高寒環(huán)境的原位凍土含冰量自動(dòng)觀(guān)測儀、無(wú)人車(chē)載冰川厚度探測儀、車(chē)載雪水當量觀(guān)測儀，到干旱環(huán)境的無(wú)人機載徑流量測量系統、車(chē)載多頻地下水位探測儀，再到無(wú)人機載蒸散發(fā)觀(guān)測系統等。無(wú)論處于怎樣的極端環(huán)境，這些“利器”可以及時(shí)監測上、中、下游關(guān)鍵水儲量和通量，實(shí)現對黑河流域的精準把脈。
生物(植被)參量監測設備對生態(tài)系統進(jìn)行“精準畫(huà)像”。14套地面、塔基及機載設備，對森林和農田等生態(tài)系統的物候、植被結構、生物量等關(guān)鍵參量進(jìn)行無(wú)損、精細、高頻次的立體觀(guān)測，實(shí)現從三維掃描植物體積，到利用激光誘導熒光探測光合作用效率，再到葉面積指數的分布式測量等。
此外，空天地一體化監測試驗也是本次試驗的“重頭戲”。試驗動(dòng)用了超過(guò)10顆國內外衛星，5種固定翼和5種旋翼無(wú)人機，搭載可見(jiàn)光—多光譜—高光譜—熱紅外—微波—激光雷達全波段、多模態(tài)載荷，覆蓋空域范圍超過(guò)1500平方公里，構建了空天地一體化“生態(tài)天眼”。
全占軍介紹：“這套網(wǎng)絡(luò )旨在實(shí)現對黑河流域重點(diǎn)區域植被、生態(tài)水文、氣象等參量的高分辨率捕捉，借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等進(jìn)行多設備、多站點(diǎn)、空天地的協(xié)同監測，真正打通一條‘從天上到地下’的觀(guān)測鏈路。”
在黑河流域，這批生態(tài)監測研發(fā)成果正從實(shí)驗室走向真實(shí)場(chǎng)景。劉紹民表示，開(kāi)展聯(lián)合測試并不是EcoTest的最終目的。“我們希望通過(guò)測試過(guò)程提升設備性能，使其盡快得到大范圍的應用，讓一臺臺樣機變成真正落地的產(chǎn)品。”
“未來(lái)，我們將通過(guò)開(kāi)展黑河流域空天地一體化生態(tài)監測技術(shù)檢驗與應用示范，形成空天地一體化生態(tài)監測技術(shù)體系，為提升我國生態(tài)脆弱區監測與監管水平提供系統性解決方案;打通科研成果向業(yè)務(wù)應用轉化的‘最后一公里’，守護國土空間的綠色底色。”全占軍表示。 |
