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)過敏問題的熱議。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”。

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。

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200粒/m3（過敏閾值）時(shí)，向不同平臺(tái)推送避讓路線。實(shí)測(cè)顯示，過敏人群接觸高濃度花粉的時(shí)間平均減少1.2小時(shí)/日。

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

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(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敏問題。通過高光譜識(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(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)，通過訓(xùn)練圓柏花粉的光譜庫(kù)，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(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)抗過敏藥物等。

萊森光學(xué)正持續(xù)迭代技術(shù)。未來(lái)，通過與氣象、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敏難題的關(guān)鍵鑰匙。

推薦：

便攜式高光譜成像系統(tǒng)iSpecHyper-VS300

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審核編輯 黃宇