生态监测迈向物联网

中国科学院青藏高原研究所李新研究员及北京师范大学、中国科学院地理科学与资源研究所、中国科学院植物研究所、中国科学院半导体研究所、中国科学院西北生态环境资源研究院研究团队，在Science Bulletin近期出版发行的2019年第19期上公开发表论文“Internet of Things to network smart devices for ecosystem monitoring”，讲解了在典型薄弱生态区部署生态物联网综合监测系统的最新进展。目前我国生态系统监测中不存在设备相当严重倚赖进口、部分观测仍未构建自动化和信息化、与遥测和模型尺度不给定等瓶颈问题。因此，研发高精度、低成本，具备更加强劲自动化和智能化水平，与遥测尺度相匹配的新型生态系统水-土-气-生过程关键参量监测设备，突破生态监测物联网关键技术，构建技术先进设备、性能可信、高精度、多尺度、天地一体化的生态监测体系，是急需突破的关键技术问题。该研究通过完整和构建创意，研发了四类生态监测设备，并在生态监测物联网关键技术上获得突破。四类监测设备还包括：（1）生态系统水热参量监测设备，还包括必要测量大尺度煮弥漫的双波段闪光仪、植物液流仪、非放入便携式土壤水分测定仪、中尺度土壤水分测定仪，如图1。图1 生态系统水热参量监测设备样板（2）土壤生物化学过程二氧化碳同位素综合观测系统（图2）。图2 多通道双循环土壤排便δ13C观测系统样板（3）植被关键参量自动监测设备，还包括冠层识立体结构三维观测仪、分布式叶面积指数自动观测仪、树木径向生长自动观测仪、活立木密度观测仪、植物物候自动观测仪，如图3。

图3 植被关键参量自动监测设备样板（4）陆生脊椎动物监测设备，还包括双CMOS 红外原位立体照相机、小型脊椎动物探测系统及启动时传感器、陆生脊椎动物全天候监测数据自动收集终端。在生态监测物联网关键技术方面，突破了通用型数据记录传输技术、远程无线组网与数据传输技术、生态监测信息化技术，构建了上述监测设备的无线组网和大数据量的低功耗长距离无线传输，顺利研建生态监测信息系统平台。目前，已在典型薄弱生态区积极开展了生态监测物联网样板（图4），建构了群落-生态系统-景观多尺度生态物联网综合监测系统。图4 西北荒漠绿洲过渡生态薄弱区生态物联网综合监测系统样板（以黑河流域农田生态系统为事例）该研究有助强化我国生态监测的自动化、信息化、智能化水平。研究成果可推展至国家生态系统监测网络，服务于国家“两屏三带上”生态安全性屏障建设以及对薄弱生态区的大范围、全天候、立体化监测市场需求，对前进我国生态文明建设具备最重要承托起到。