厄瓜多尔蒂普蒂尼生物多样性站点亚马逊雨林的全面无人航空系统数据

通向亚马逊的新空中窗口

亚马逊雨林常被称为地球的肺，但其结构与藏匿的生命仍有大量未知之处。本文介绍了一种以惊人细节观察这一世界的新方法：在地球上生物多样性最丰富的地点之一——厄瓜多尔的蒂普蒂尼生物多样性站上空，使用配备先进相机和激光的无人机飞行，然后将全部精细数据免费向公众开放。

为何绘制这片森林很重要

尽管亚马逊覆盖广大区域，拥有大约十分之一的已知物种，但要近距离研究仍很困难。茂密的树冠、季节性泛滥以及许多地点的极端偏远，使得在大范围内收集地面测量数据变得艰难。卫星改变了我们对森林的视野，揭示了砍伐、再生以及生物量和气候反馈的宏观变化。但即便是最好的公开卫星影像，也会平滑掉定义局部栖息地的复杂树冠、藤本、空地和湿地的细节，而来自太空的激光测量通常只覆盖零散点位。因此，科学家缺乏连续的高分辨率视图来观察单个树木和森林补丁如何排列，尤其是在不同栖息地类型之间。

无人机勘测一个隐藏的热点

为弥补这一空白，研究团队在蒂普蒂尼生物多样性站周边开展了一次协调的无人机航测，覆盖面积达712公顷——相当于700多座足球场。该区域包含未泛滥的高大森林、沿蒂普蒂尼河的季节性泛滥林、棕榈沼泽和自然再生区，使其成为更广泛亚马逊的一个缩影。在为期四天的时间里，两种类型的无人航空系统在五个子区域内以重叠航带飞行。一个无人机搭载多光谱相机，既记录普通彩色影像，也记录对植被尤为敏感的近红外光。另一个则搭载激光扫描仪（激光雷达），向树冠下方发射光脉冲并测量其反射所需时间，从而构建树木与地形的三维图像。

从原始航线到无缝地图

采集数据只是挑战的一半。在茂密雨林中，卫星导航信号常常微弱，团队也无法在地面放置涂漆目标以进行精确对齐，因为地形崎岖且大量林下被遮蔽。取而代之的是，他们对临时基站和无人机本身的导航数据进行了精细的后处理，使用一种称为动力学改正的技术，在飞行后提高定位精度。强大的图形处理工作站随后将一万多张重叠影像缝合为单一连续镶嵌图，像素大小为五厘米——足以区分单个树冠。类似的工作将数十亿条激光回波转化为密集的三维点云，团队据此生成了地表、树冠顶和每个0.25米网格上林高的详细模型。

检验精度并分享这份宝藏

由于蒂普蒂尼没有永久测量标志，团队无法将绝对位置误差测到厘米级。于是他们检验了数据的内部一致性：比较重叠的激光航带、估算微小的水平与垂直偏移，然后将各子区域轻微调整以对齐。他们还比对了彩色影像与基于激光的高度图，确保从空中可见的树冠与三维中最高点相吻合。在大多数区域，偏差仅为几十厘米——与树冠的尺寸相比微不足道。所有最终产品均以云友好的格式存储，允许用户按需流式获取所需片段，作者也公开了原始飞行数据与处理脚本，便于他人测试新方法或随着技术进步重新处理这些信息。

为未来森林发现奠定基础

对非专业人士而言，最重要的成果很简单：该项目将一片亚马逊雨林变成了地球上测绘最详尽的热带森林之一，而且任何人都能使用。研究人员现在可以追踪单个树冠、测量林高与空隙、估算储存的碳量，并将这些模式与动物、微生物及长期气候变化联系起来。由于数据是开放且有详尽文档的，它们为未来的无人机航次、卫星任务和气候研究提供了基线，帮助科学家在未来数年里理解这一地球最丰富生态系统之一如何应对风暴、干旱和人类压力。

引用: Jung, M., Chang, A., Cannon, C.H. et al. Comprehensive uncrewed aerial system data for Amazon rainforest at Tiputini Biodiversity Station, Ecuador. Sci Data 13, 532 (2026). https://doi.org/10.1038/s41597-026-06894-0

关键词: 亚马逊雨林, 无人机测绘, 激光雷达数据, 生物多样性监测, 森林结构