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當(dāng)花粉“肉眼可見”:高光譜遙感技術(shù)如何破解城市過(guò)敏難題?

萊森光學(xué) ? 來(lái)源:萊森光學(xué) ? 作者:萊森光學(xué) ? 2025-04-12 16:32 ? 次閱讀
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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(duì)過(guò)敏問(wèn)題的熱議。這場(chǎng)“肉眼可見”的生態(tài)現(xiàn)象背后,暴露了傳統(tǒng)花粉監(jiān)測(cè)手段的不足——人工采樣效率低、無(wú)法實(shí)時(shí)預(yù)警、難以區(qū)分花粉種類。而高光譜遙感技術(shù),正以精準(zhǔn)感知、快速響應(yīng)、科學(xué)治理的優(yōu)勢(shì),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(wú)所遁形

高光譜遙感通過(guò)捕捉目標(biāo)物體在數(shù)百個(gè)窄波段的反射特征,形成獨(dú)特的光譜“指紋”。以萊森光學(xué)的iSpecHyper?系列無(wú)人機(jī)高光譜成像系統(tǒng)為例,其光譜分辨率可達(dá)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(cè)中將花粉誤判為“揚(yáng)沙”。這種能力相當(dāng)于為花粉拍攝了一張“分子身份證”。

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三、應(yīng)用場(chǎng)景:從源頭治理到公眾預(yù)警

精準(zhǔn)溯源:鎖定花粉釋放“元兇”

高光譜技術(shù)不僅能識(shí)別圓柏花粉,還可應(yīng)用于其他高致敏性植物。例如:

圓柏花粉:通過(guò)高光譜成像,可精準(zhǔn)識(shí)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(cè)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(duì)核心樹群實(shí)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(qiáng)致敏性被稱為“春季殺手”。2023年,當(dāng)?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(kuò)散與兒童哮喘急診率呈顯著正相關(guān)(P<0.05)。政府隨后啟動(dòng)“敏感區(qū)樹種替換計(jì)劃”,將部分金合歡替換為低花粉樹種如藍(lán)花楹。

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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(duì)光譜響應(yīng)

實(shí)時(shí)預(yù)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(wù)平臺(tái),生成“花粉預(yù)警地圖”。以北京為例,2024年花粉高峰期,系統(tǒng)在30個(gè)重點(diǎn)區(qū)域布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn),每15分鐘更新一次數(shù)據(jù)。當(dāng)圓柏花粉濃度超過(guò)200粒/m3(過(guò)敏閾值)時(shí),向不同平臺(tái)推送避讓路線。實(shí)測(cè)顯示,過(guò)敏人群接觸高濃度花粉的時(shí)間平均減少1.2小時(shí)/日。

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中國(guó)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(yù)測(cè)未來(lái)72小時(shí)花粉濃度(如杉樹花粉),準(zhǔn)確率超80%。

杉樹花粉

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日本氣象協(xié)會(huì)2025年春季花粉飛散預(yù)測(cè)

生態(tài)調(diào)控:優(yōu)化城市綠化策略

長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn),北京五環(huán)內(nèi)圓柏占比超過(guò)城市喬木總量的18%,且多集中在公園和主干道兩側(cè)?;诟吖庾V數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn),圓柏密集區(qū)與過(guò)敏就診率呈顯著正相關(guān)(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(guò)敏問(wèn)題。通過(guò)高光譜識(shí)別城市“花粉熱點(diǎn)”,將部分樺樹替換為山毛櫸,過(guò)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”。

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德國(guó)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(xué)研究院篩選出4個(gè)低花粉圓柏品種,通過(guò)無(wú)性繁殖技術(shù)推廣種植。

敏感區(qū)樹種替換:學(xué)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(cè)的技術(shù)復(fù)用

萊森光學(xué)高光譜技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域已有成熟應(yīng)用。例如,2022年河南小麥銹病監(jiān)測(cè)項(xiàng)目中,系統(tǒng)通過(guò)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(shí)現(xiàn)病害早期識(shí)別,準(zhǔn)確率達(dá)92%。同樣的“微小顆粒識(shí)別算法”亦可被遷移至花粉監(jiān)測(cè),通過(guò)訓(xùn)練圓柏花粉的光譜庫(kù),從而提升分類精度。

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健康植株與發(fā)病植株的可見光圖像

四、技術(shù)邊界與未來(lái)展望

高光譜監(jiān)測(cè)并非“萬(wàn)能鑰匙”。其精度受天氣影響較大——例如,雨天會(huì)因花粉沉降導(dǎo)致數(shù)據(jù)低估,需融合激光雷達(dá)進(jìn)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(guò)敏藥物等。

萊森光學(xué)正持續(xù)迭代技術(shù)。未來(lái),通過(guò)與氣象、醫(yī)療機(jī)構(gòu)的深度合作,高光譜技術(shù)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(jī)轉(zhuǎn)化為城市精細(xì)化治理的里程碑。

五、科技的溫度在于解決真實(shí)問(wèn)題

當(dāng)圓柏花粉從“熱搜話題”變?yōu)榭蓽y(cè)量、可預(yù)警、可治理的“科學(xué)對(duì)象”,高光譜遙感技術(shù)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(jià)值——用數(shù)據(jù)平衡生態(tài)保護(hù)與公共健康,用創(chuàng)新平衡生態(tài)與城市發(fā)展。在這場(chǎng)“花粉攻堅(jiān)戰(zhàn)”中,技術(shù)的意義不在于制造噱頭,而在于讓每一份投入都精準(zhǔn)回應(yīng)民生的痛點(diǎn)。

未來(lái),隨著“空-天-地”一體化監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)的建設(shè),科技將成為破解城市過(guò)敏難題的關(guān)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(xué)設(shè)計(jì),物鏡接口為標(biāo)準(zhǔn)C-Mount,可根據(jù)用戶需求更換物鏡。是一款操作簡(jiǎn)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(dú)有高光通量分光設(shè)計(jì)、全靶面高成像質(zhì)量光學(xué)設(shè)計(jì),信噪比靈敏度高、大靶面探測(cè)器、高像質(zhì)等特點(diǎn)。廣泛應(yīng)用于公安刑偵、物證鑒定、精準(zhǔn)農(nóng)林、遙感遙測(cè)、工業(yè)檢測(cè)、 醫(yī)學(xué)醫(yī)療、采礦勘探等各領(lǐng)域。

審核編輯 黃宇

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