一、引言
每年春季,北京天壇公園的圓柏花粉在春季形成“花粉暴”,引發(fā)公眾對過敏問題的熱議。這場“肉眼可見”的生態(tài)現(xiàn)象背后,暴露了傳統(tǒng)花粉監(jiān)測手段的不足——人工采樣效率低、無法實時預警、難以區(qū)分花粉種類。而高光譜遙感技術,正以精準感知、快速響應、科學治理的優(yōu)勢,為城市花粉管理提供全新思路。
二、高光譜遙感:讓“看不見”的花粉無所遁形
高光譜遙感通過捕捉目標物體在數(shù)百個窄波段的反射特征,形成獨特的光譜“指紋”。以萊森光學的iSpecHyper?系列無人機高光譜成像系統(tǒng)為例,其光譜分辨率可達2.5nm,能夠清晰區(qū)分圓柏花粉(主要反射峰位于550nm、680nm和近紅外波段)與楊絮、沙塵等顆粒物,避免傳統(tǒng)監(jiān)測中將花粉誤判為“揚沙”。這種能力相當于為花粉拍攝了一張“分子身份證”。
三、應用場景:從源頭治理到公眾預警
精準溯源:鎖定花粉釋放“元兇”
高光譜技術不僅能識別圓柏花粉,還可應用于其他高致敏性植物。例如:
圓柏花粉:通過高光譜成像,可精準識別天壇公園內(nèi)花粉釋放量最大的圓柏樹群。2024年北京天壇公園監(jiān)測發(fā)現(xiàn),西北側(cè)古柏區(qū)花粉濃度是其他區(qū)域的3倍,公園管理方據(jù)此對核心樹群實施定向噴淋抑塵,使周邊區(qū)域花粉濃度下降40%。
北京市采取灑水噴淋措施治理圓柏花粉
金合歡花粉:在澳大利亞墨爾本,金合歡花粉因其強致敏性被稱為“春季殺手”。2023年,當?shù)乩酶吖庾V成像定位市中心密集種植區(qū),結(jié)合GIS分析發(fā)現(xiàn),金合歡花粉擴散與兒童哮喘急診率呈顯著正相關(P<0.05)。政府隨后啟動“敏感區(qū)樹種替換計劃”,將部分金合歡替換為低花粉樹種如藍花楹。
金合歡冠層、花粉、綠葉、花蕾及黑板背景光譜曲線、MODIS1-7波段相對光譜響應
實時預警:構(gòu)建城市花粉“數(shù)字防線”
高光譜成像系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)可接入城市公共服務平臺,生成“花粉預警地圖”。以北京為例,2024年花粉高峰期,系統(tǒng)在30個重點區(qū)域布設監(jiān)測點,每15分鐘更新一次數(shù)據(jù)。當圓柏花粉濃度超過200粒/m3(過敏閾值)時,向不同平臺推送避讓路線。實測顯示,過敏人群接觸高濃度花粉的時間平均減少1.2小時/日。
中國天氣網(wǎng)花粉指數(shù)
在東京,高光譜數(shù)據(jù)與氣象模型結(jié)合,可預測未來72小時花粉濃度(如杉樹花粉),準確率超80%。
杉樹花粉
日本氣象協(xié)會2025年春季花粉飛散預測
生態(tài)調(diào)控:優(yōu)化城市綠化策略
長期監(jiān)測發(fā)現(xiàn),北京五環(huán)內(nèi)圓柏占比超過城市喬木總量的18%,且多集中在公園和主干道兩側(cè)。基于高光譜數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn),圓柏密集區(qū)與過敏就診率呈顯著正相關(R2=0.76)。而柏林市區(qū)的樺樹、巴黎的梧桐均因單一樹種種植加劇過敏問題。通過高光譜識別城市“花粉熱點”,將部分樺樹替換為山毛櫸,過敏就診率下降35%。因此,《北京市2025-2030年城市綠化規(guī)劃》,明確“降低單一樹種比例,優(yōu)先替換敏感區(qū)域圓柏”。
德國花粉傳播日歷
并推廣以下措施:
低花粉品種選育:北京市園林科學研究院篩選出4個低花粉圓柏品種,通過無性繁殖技術推廣種植。
敏感區(qū)樹種替換:學校、醫(yī)院周邊優(yōu)先替換為銀杏、玉蘭等低致敏樹種。
從農(nóng)田到城市:農(nóng)業(yè)病蟲害監(jiān)測的技術復用
萊森光學高光譜技術在農(nóng)業(yè)領域已有成熟應用。例如,2022年河南小麥銹病監(jiān)測項目中,系統(tǒng)通過分析葉片在680nm(葉綠素吸收峰)和750nm(病害特征峰)的反射率差異,實現(xiàn)病害早期識別,準確率達92%。同樣的“微小顆粒識別算法”亦可被遷移至花粉監(jiān)測,通過訓練圓柏花粉的光譜庫,從而提升分類精度。
健康植株與發(fā)病植株的可見光圖像
四、技術邊界與未來展望
高光譜監(jiān)測并非“萬能鑰匙”。其精度受天氣影響較大——例如,雨天會因花粉沉降導致數(shù)據(jù)低估,需融合激光雷達進行三維校正。此外,花粉治理仍需綜合施策,如優(yōu)化樹種、研發(fā)抗過敏藥物等。
萊森光學正持續(xù)迭代技術。未來,通過與氣象、醫(yī)療機構(gòu)的深度合作,高光譜技術有望成為“智慧城市生態(tài)健康管理”的核心模塊,讓“花粉暴”從公共衛(wèi)生危機轉(zhuǎn)化為城市精細化治理的里程碑。
五、科技的溫度在于解決真實問題
當圓柏花粉從“熱搜話題”變?yōu)榭蓽y量、可預警、可治理的“科學對象”,高光譜遙感技術不僅展現(xiàn)了“看見不可見”的能力,更揭示了科技與人文結(jié)合的深層價值——用數(shù)據(jù)平衡生態(tài)保護與公共健康,用創(chuàng)新平衡生態(tài)與城市發(fā)展。在這場“花粉攻堅戰(zhàn)”中,技術的意義不在于制造噱頭,而在于讓每一份投入都精準回應民生的痛點。
未來,隨著“空-天-地”一體化監(jiān)測網(wǎng)絡的建設,科技將成為破解城市過敏難題的關鍵鑰匙。
推薦:
便攜式高光譜成像系統(tǒng)iSpecHyper-VS300
全靶面高成像質(zhì)量光學設計,物鏡接口為標準C-Mount,可根據(jù)用戶需求更換物鏡。是一款操作簡單、配置靈活便攜式高光譜成像系統(tǒng),采用了芯片鍍膜漸變分光內(nèi)推掃原理,系統(tǒng)集成高性能數(shù)據(jù)采集與分析處理系統(tǒng),采用了獨有高光通量分光設計、全靶面高成像質(zhì)量光學設計,信噪比靈敏度高、大靶面探測器、高像質(zhì)等特點。廣泛應用于公安刑偵、物證鑒定、精準農(nóng)林、遙感遙測、工業(yè)檢測、 醫(yī)學醫(yī)療、采礦勘探等各領域。
審核編輯 黃宇
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