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”，引發公眾對過敏問題的熱議。這場“肉眼可見”的生態現象背后，暴露了傳統花粉監測手段的不足——人工采樣效率低、無法實時預警、難以區分花粉種類。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為例，其光譜分辨率可達2.5nm，能夠清晰區分圓柏花粉（主要反射峰位于550nm、680nm和近紅外波段）與楊絮、沙塵等顆粒物，避免傳統監測中將花粉誤判為“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花粉釋放量最大的圓柏樹群。2024年北京天壇公園監測發現，西北側古柏區花粉濃度是其他區域的3倍，公園管理方據此對核心樹群實施定向噴淋抑塵，使周邊區域花粉濃度下降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，當地利用高光譜成像定位市中心密集種植區，結合GIS分析發現，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：構建城市花粉“數字防線”

高光譜成像系統采集的數據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，系統在30個重點區域布設監測點，每15分鐘更新一次數據。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。

中國天氣網花粉指數

在東京，高光譜數據與氣象模型結合，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

日本氣象協會2025年春季花粉飛散預測

生態調控：優化城市綠化策略

長期監測發現，北京五環內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?；诟吖庾V數據發現，圓柏密集區與過敏就診率呈顯著正相關（R2=0.76）。而柏林市區的樺樹、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年城市綠化規劃》，明確“降低單一樹種比例，優先替換敏感區域圓柏”。

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。

敏感區樹種替換：學校、醫院周邊優先替換為銀杏、玉蘭等低致敏樹種。

從農田到城市：農業病蟲害監測的技術復用

萊森光學高光譜技術在農業領域已有成熟應用。例如，2022年河南小麥銹病監測項目中，系統通過分析葉片在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。

健康植株與發病植株的可見光圖像

四、技術邊界與未來展望

高光譜監測并非“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據低估，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，如優化樹種、研發抗過敏藥物等。

萊森光學正持續迭代技術。未來，通過與氣象、醫療機構的深度合作，高光譜技術有望成為“智慧城市生態健康管理”的核心模塊，讓“花粉暴”從公共衛生危機轉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”變為可測量、可預警、可治理的“科學對象”，高光譜遙感技術不僅展現了“看見不可見”的能力，更揭示了科技與人文結合的深層價值——用數據平衡生態保護與公共健康，用創新平衡生態與城市發展。在這場“花粉攻堅戰”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”一體化監測網絡的建設，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iSpecHyper-VS300

全靶面高成像質量光學設計，物鏡接口為標準C-Mount，可根據用戶需求更換物鏡。是一款操作簡單、配置靈活便攜式高光譜成像系統，采用了芯片鍍膜漸變分光內推掃原理，系統集成高性能數據采集與分析處理系統，采用了獨有高光通量分光設計、全靶面高成像質量光學設計，信噪比靈敏度高、大靶面探測器、高像質等特點。廣泛應用于公安刑偵、物證鑒定、精準農林、遙感遙測、工業檢測、 醫學醫療、采礦勘探等各領域。

審核編輯 黃宇