智能监测系统助力生态治理——西京学院团队研发“卖碳翁”系统

在全球气候变暖与我国“双碳”战略深入推进的宏大叙事下，一片片曾经荒芜的沙漠正被赋予新的时代使命。它们不仅是生态治理的战场，更被视为蕴藏着巨大潜力的“绿色碳库”。然而，如何将这片广袤土地上的无形生态价值，转化为可测量、可报告、可核查（MRV）的碳汇资产，是横亘在理想与现实之间的一道技术鸿沟。在陕西，一支来自西京学院的年轻大学生创业团队，正以其创新的科技产品——“卖‘碳’翁：沙漠碳汇资产的智能监测与精准运营管家”，尝试为这道难题提供精准而智能的解答。

“锁边”是中国抗击沙漠化进程中一个充满魄力的工程学术语。2024年底，新疆环塔克拉玛干沙漠长达3046公里的“沙漠锁边”工程顺利合龙，宛如为“死亡之海”套上了一条初生的绿色缰绳。进入2025年，随着《新疆维吾尔自治区三北工程六期规划》的发布，治理理念从“锁边”迈向“扩边”，防护带宽度惊人地规划至7500米。这场宏伟的“二次锁边”战役，标志着中国沙漠治理进入了规模空前的“增绿”时代。

然而，种下树苗只是第一步。如何让这些绿色生命在极端环境中茁壮成长，并科学量化其吸收的二氧化碳，使其从生态贡献转变为可参与全国碳市场交易的真金白银，是巩固治沙成果、实现可持续发展的关键一跃。西京学院“卖‘碳’翁”团队敏锐地捕捉到了这一历史性转折点背后的核心痛点。

“我们走访了毛乌素、库布其等多个沙漠治理示范区，与一线治沙员、项目负责人深入交流，一个普遍的困境浮出水面：大家知道种树能固碳，但固了多少？每年如何变化？数据拿不出，价值就算不清。”团队负责人、电气工程及其自动化专业的尚乐同学回忆道。传统依赖人工巡查和滞后卫星影像的监测方式，在广袤、恶劣的沙漠面前，显得效率低下、成本高昂且数据零散，根本无法支撑碳汇资产化所必需的精准、连续、可靠的MRV体系。

正是基于这样深刻的一线洞察，团队确立了项目的研发方向：不是简单替代人力，而是构建一套“能思考、会决策”的沙漠生态智能感知神经网络，让碳汇“看得见、算得清、管得好”。

项目的核心成果，被命名为“沙漠碳汇智慧生态云网”。这并非单个仪器，而是一个由传感器节点、汇聚节点与智能监控中心构成的复杂系统。其技术在于构建一个“空-天-地”一体化的精准计量体系。

在地面，团队自主研发的传感器节点如同深入沙漠肌体的“神经末梢”。它们采用特殊的耐高温、抗风沙设计，集成多光谱与植被指数传感器，不仅能监测土壤温湿度、盐碱度等环境参数，更能动态捕捉植被覆盖度、叶面积指数等直接关联碳汇能力的关键指标。为解决沙漠极端环境下供电与通信的难题，节点采用太阳能与风能互补供电，并运用了独特的“无尺度单跳－多跳路由协议”和基于TDMA的非等分时隙选举MAC协议。这些晦涩的技术名词，实现的是一个朴素而关键的目标：在沙丘起伏、信号阻隔的复杂环境中，让成千上万个节点自组织成网，高效、均衡地传输数据，将网络生命周期延长30%以上，数据传输成功率稳定在90%以上。

在云端，智能算法扮演着“大脑”的角色。团队创新性地引入物理信息神经网络（PINN），将描述碳循环的偏微分方程作为约束嵌入深度学习模型。这意味着，系统不仅依靠数据驱动进行预测，更遵循着自然界最基本的物理化学规律，从而大幅提升了碳汇量反演模型的精度与可靠性。此外，系统还接入语言智能体，用户可以通过自然语言交互，直接查询区域碳汇状况、获取治理建议。

“我们的系统就像为沙漠装上了一套持续工作的‘CT扫描仪’和‘智能诊断系统’。”技术负责人封尚辰解释道，“它不仅能实时显示‘生命体征’（环境数据），还能通过深度分析，精准诊断出‘哪里缺水’、‘哪片林区生长乏力’，并预测‘未来沙尘风险’，为精准灌溉、补种和沙害预警提供科学依据。”

任何脱离实际场景的技术都是空中楼阁。2023年10月，团队深入陕西省榆林市毛乌素沙地东南缘的治沙综合示范区，开展了为期十天的实地勘测。他们与治沙员同吃同住，在流动沙丘、半固定沙地与植被恢复区布设实验节点，采集了超过5万条关键环境数据。这次“沙场初试”不仅验证了硬件在极端温差和沙尘环境下的耐受性，更让团队对一线需求有了刻骨铭心的理解。

更大的考验来自严苛的工业场景。团队将原型系统应用于航天时代电子公司第771研究所的某项目老化车间无线监控，以及重庆大学城市建设与环境工程学院的“人居环境监测项目”。在长达数月的连续运行中，系统稳定监测温度、振动等参数，成功实现故障预警，获得了使用单位的书面好评。这些跨领域的成功应用，充分证明了系统底层架构的可靠性与通用性。

“最让我们骄傲的，不仅是数据表上的‘传输成功率90%’。”指导老师张劼说，“更是当一线治沙员告诉我们，他们想象着未来能通过手机APP直观看到哪片梭梭林需要浇水，而不用再冒着风沙‘用脚丈量沙漠’时，他们眼中闪烁的光。科技的价值，最终是服务于人。”

“我们项目的名字叫‘卖碳翁’，灵感来源于白居易笔下的《卖炭翁》。”尚乐阐释着团队的初心，“那位老人‘心忧炭贱愿天寒’，是对生存的渴望。而我们这群新时代的‘卖碳翁’，是‘心忧碳汇计量难’，希望用科技让每一克被沙漠绿洲固存的二氧化碳都‘价值得见’，让守护绿水青山的人们，真正享受到金山银山的回报。”

从毛乌素沙地的风沙到实验室里的芯片，从复杂的算法模型到一线治沙员朴素的期待，西京学院“卖‘碳’翁”团队的故事，是一个将专业知识与国家战略、社会需求紧密结合的生动范本。他们研发的不仅是一套监测系统，更是一把开启沙漠生态资源资产化大门的钥匙，一个连接生态保护与绿色发展的智慧枢纽。

在“美丽中国”和“双碳”目标的征程上，需要的正是这样兼具创新勇气、实干精神与社会情怀的青年力量。当科技的星光洒向无垠的沙海，昔日的“不毛之地”正孕育着关乎地球未来的绿色希望。这群年轻的“卖碳翁”，正用他们的智慧与汗水，在这场波澜壮阔的生态革命中，写下属于自己的鲜明注脚。

责任编辑：kj005

文章投诉热线:157 3889 8464  投诉邮箱:7983347 16@qq.com