高吉喜等：构建天空地“五基”协同监测网络 推动生物多样性保护重大工程落实摘要

　　为扭转生物多样性丧失趋势，中国推动达成了“昆明—蒙特利尔全球生物多样性框架”（昆蒙框架）。在此背景下，《中国生物多样性保护战略与行动计划（2023—2030年）》的发布，积极响应了“昆蒙框架”的实施。为推动《行动计划》的落地，亟需实施一系列生物多样性保护重大工程，而监测作为获取生物多样性本底数据、动态变化和人为干扰信息的核心手段，必将是生物多样性保护重大工程实施的重要一环。因此，本文通过如何构建现代化监测网络体系，提出了生物多样性保护重大工程的实施建议。

　　关键词：生物多样性保护重大工程，“五基”，监测，“天空地”一体化

　　目前，国际生物多样性监测在地面监测的基础上，已充分利用卫星、无人机等遥感技术手段，超过150多个国家、国际组织和国际合作项目建立了国家、区域甚至全球尺度的观测和信息共享网络，推动生物多样性的监测。多尺度、多手段、立体化监测成为国际上生物多样性监测的重要趋势。国际地球观测组织(GEO)旗下的全球生物多样性观测网络(GEO BON)，提出了由国家政府共同协调卫星、航空、生物多样性元素跨基因、物种和生态系统的原位观测。美国全国生态观测站网络(NEON)建设中提出将全国台站的原位采样与机载和卫星遥感实现链接，开展生物多样性立体化监测。

　　我国生物多样性监测网络现状和不足

　　经过30多年发展，我国构建了以地面监测手段为主的生物多样性监测网络。中国科学院 1988 年开始筹建中国生态系统研究网络（CERN），该网络依托44个生态站，逐步将生物监测作为监测指标的一部分。2013年启动建设的中国生物多样性监测与研究网络（SinoBON）已建成包含针对动物、植物、微生物等多种生物类群的10个专项监测网和1个综合监测管理中心。2021年，生态环境部建立生态质量评价体系，首次纳入生物多样性指标，并在全国共布设16400个样地，对生态系统植物群落物种组成、结构和功能，以及鸟类等生物类群的物种多样性开展定期监测[14]。但我国生物多样性监测网络仍存在如下问题：

　　监测数据代表性不足，空间和物种覆盖不均衡

　　以生态质量样地网络为代表的国内生物多样性监测网络在样地布设过程中并未充分考虑不同类群的特征，导致许多濒危物种等类群记录较少，无法全面反映生物多样性的真实状况。由于地面调查可达性差，西部、偏远地区以及生态脆弱区的数据严重不足。

　　主要依靠地面监测手段，监测手段单一化

　　目前，以生态质量样地网络为代表的国家级生物多样性监测仍以地面样方、样线调查为主，获取植物、蝶类、鸟类、两栖等物种组成，仅有少数地区应用高塔、车辆等定点或移动监测设备开展常态化监测，天空地一体化网络监测体系尚未形成。

　　监测数据时效性差，难以及时反映动态变化

　　全球包括中国正在经历快速的环境变化，生物多样性监测网络需要快速反映这些变化，及时掌握生物多样性所面临的威胁因素，以准确评估生物多样性变化状况。现有的以地面为主的监测网络需专家现场调查，更新频率难以满足管理需求。

　　缺乏跨尺度的监测数据整合，预警能力低

　　与美国、欧洲等监测网络相比，我国生物多样性数据共享和开放程度不高，数据获取量受限，且由于模型兼容性问题，对多源、多模态数据综合处理能力弱，数据和模型难以形成合力，导致数据信息挖掘不足，难以实现对生物多样性现状的精准分析，生物多样性面临的风险预警能力不足。

　　构建“五基”协同生物多样性监测网络的原则

　　“五基”协同生物多样性监测网络体系集天基卫星、空基遥感、航空无人机、移动巡护监测车和地面观测设备五种手段为一体，可创新实现对重点区域重点目标实时、立体、动态监测。自提出以来，始终以提升生物多样性监测精细化、信息化、智慧化水平为目标。

　　以生物多样性核心监测指标为基础构建监测网络

　　GEO BON提出的生物多样性核心监测指标 (Essential BiodiversityVariables，EBVs) 框架，全面考虑了遗传组成、物种种群、物种性状、群落组成、生态系统功能与生态系统结构，具有科学性、代表性、可行性，可作为“五基”协同生物多样性监测网络体系构建的基础。

　　依托现有监测网络、聚焦生物多样性重点区域

　　充分利用已有监测网络，结合新技术、新手段，通过地面与遥感互为补充，实现物种以及生态系统快速监测，将原位监测的物种分布和丰度外推为空间和时间的连续变量，实现生态保护监管重点区域、国家重点生态功能区以及生物多样性保护优先区域全面覆盖。

　　统筹“五基”监测的协同作用

　　加强统筹“五基”监测方法的协同性。通过天基卫星、航空无人机、空基遥感、移动巡护监测车、地面观测的设备协同，发挥多种遥感观测平台和技术的特点优势，集成可见光、多光谱、红外、激光雷达、声纹等多种传感器，实现多尺度、全方位监测。

　　构建天空地一体化监测网络的主要对策与建议

　　优化地面监测网络，提升数智化水平 

　　在生物多样性保护优先区、重要物种分布区等区域增加样地空间分布数量，提升样地代表性。依托生态质量综合站，增加一批定点和移动智能监测设备，包括（激光雷达、红外相机、四足机器人等），同时配套数据传输系统及监控信息预警系统，实现对生境要素、物种、群落等目标长时间、不间断、高频次、高精度的监测。

　　充分发挥天基卫星宏观、大范围监测的优势 

　　天基卫星具有监测范围广、空间连续、时效性强等优势。目前，国产卫星已实现月尺度的全国范围覆盖，重点区域的监测频次可根据需求订制，建议充分利用多源遥感数据源，特别是国产多光谱、高光谱等卫星数据，实现生物多样性遥感核心变量的定期生产，一方面可掌握大尺度生境状况动态演变特征；另一方面及时掌握人类活动、突发事件等扰动信息。

　　打造空基遥感监测网络 

　　空基是指利用高塔、信号塔布设生物多样性监测设备，可实现近360度高精度观测，空间分辨率可达到分米级，时间频次可达到半小时乃至分钟级。目前，仅铁塔公司已有超22万座数字塔，可按需搭载监测载荷，根据生境特征、生态功能、监测范围、监测目标等定制部署，及时捕捉野生动物动态信息，通过“大数据+人工智能”提升生物多样性监管效率。

　　大力推广航空无人机监测 

　　航空无人机机动灵活，不受云雨天气影响，飞行高度、范围可控，相比地面监测则效率更高，是弥补地面监测人力难到达、耗时耗力等不足，同时是补充卫星数据缺乏的重要手段。在物种多样性监测中已展示出巨大潜力，已有研究实现了几十种草地物种，梅花鹿、中华鬣羚、小麂等保护动物的高精度识别。应充分利用这一技术手段，研制无人机物种监测专用载荷，构建物种的无人机影像样本库和智能识别大模型，实现智慧化监测。

　　部署移动巡护监测车 

　　移动巡护监测车集成多种载荷（包含激光雷达、多光谱相机、高光谱成像仪、红外相机、声纹识别仪等），不受空域管制，机动灵活。配合车载一体化智能监测系统，可在城市区域、保护区等进行部署，开展大面积巡护监测，实时获取道路两侧植被生长状况、人类干扰、动物活动等物种和干扰等信息。

　　加强“五基”数据的协同分析 

　　来自“五基”观测的生物多样性数据形态各异，涵盖声纹、视频、影像等多种模态，应加强协同分析，提升现有模型的兼容性。强化生物多样性“五基”遥感监测技术体系、指标体系和标准规范建设，充分利用机器学习、AI模型以及数据融合技术，加强数据时空规律的挖掘。同时，结合各地监管需求，开展差异化数据分析，支撑生物多样性管理决策。

　　推动数据平台建设和数据共享 

　　制定数据共享原则，促进数据的共享和利用，推动国家层面的生物多样性平台建设，涵盖“五基”生物多样性监测知识库，整合物种识别、问题发现、生物多样性保护监管等功能，支撑生物多样性研究与管理。同时，将部分数据库面向公众开放，发挥公众作用，通过培训与技术支持，扩大用户范围，提高平台利用率。

　　展望

　　相比生物多样性地面监测网络，“五基”协同生物多样性监测网络体系增加了卫星和航空技术手段，形成了立体监测能力，大幅提升了生物多样性评估和预警能力，对于生物多样性保护和管理具有重要意义。通过多尺度数据融合，突破传统地面监测的时空局限性，可大幅提升“昆蒙框架”关键指标的可测量、可报告、可核查能力，精准支撑“昆蒙框架”履约目标。有助于我国打造生物多样性保护重大生态工程范式，为全球生物多样性治理提供中国模式。

　　作者

　　高吉喜：生态环境部卫星环境应用中心 首席科学家 国家环境保护专业技术领军人才

　　万华伟：生态环境部卫星环境应用中心 生物多样性遥感监测评估主任主任、研究员

　　杨莹莹：生态环境部卫星环境应用中心 高级工程师

　　卢龙辉： 生态环境部卫星环境应用中心 助理研究员

　　本文刊载于《环境保护》2025年第9期

　　原文链接: DOI:10.14026/j.cnki.0253-9705.2025.09.013