敏感检测仪

近日，农学院智慧农业团队在国际顶级遥感期刊《Remote Sensing of Environment》发表了题为“A disease-specific spectral index tracks Magnaporthe oryzaeinfection in paddy rice from ground to space”的研究论文，报道了他们在多尺度稻叶瘟敏感光谱指数构建，以及小农户田块稻叶瘟发生时空动态遥感监测方面的重要进展。稻瘟病（Magnaporthe oryzae）是威胁全球水稻生产的最具破坏性的真菌病害。现有的稻叶瘟发病信息主要通过田间调查来获取，这种方法不仅费时费力，而且存在代表性差等弊端，难以满足大范围稻瘟病高时效高精度监测的需求。构建适用于叶片和冠层尺度的稻叶瘟敏感光谱指数，对于遏制病害蔓延、病害定损评估、早期病害预测预警至关重要。现有研究多集中在基于机器学习或统计模型的单一尺度稻叶瘟识别和病情指数估算，缺乏对稻叶瘟高度敏感、可适用于叶片（个体）和冠层尺度（群体）的光谱指数。该研究综合分析了从单叶到冠层尺度稻叶瘟侵染引起的光谱响应（图1），基于单波段可分性和特异性光谱响应规律创建了一对稻叶瘟敏感植被指数(RIce Blast Indices, RIBIs)，进一步通过光谱指数波段优化方法确定了三波段具体位置(R665, R753和R1102)。利用叶片、近地面冠层和卫星平台获取的多年多试验点实测数据，系统评价了RIBIs在不同尺度对稻叶瘟病害严重程度的估算能力。结果表明，在叶片尺度RIBIred对感染和健康样本的识别表现出最高的分类精度（图2），而在冠层尺度RIBInir则表现出与病情指数最高的相关性（图3）。图1. 稻叶瘟侵染下不同病害严重程度的水稻光谱反射率。A. 单叶尺度不同接种后天数(Days after inoculation, DAI）；B. 近地面冠层尺度不同病情指数(Disease index, DI)。图2. RIBIs与传统光谱植被指数在温室（2018和2019）和自然条件下（2020）对健康与感病叶片分类精度的比较。RBVI：前人研究中对稻叶瘟较敏感的植被指数，SVI：类似RIBI的植被指数，TBVI：传统三波段植被指数，OD：其他类型病害指数，CW：叶绿素及水分敏感植被指数。图3. RIBInir和传统指数NDVI在近地面（A和C）及卫星尺度（B和D）与稻叶瘟病情指数DI的相关性。不同颜色散点代表在不同时期和试验点获取的样本。该研究进一步对Sentinel-2卫星影像提取的RIBInir进行时间序列分析和热点分析发现，在时间维度上，基于RIBInir的时间序列能准确追踪小农户田块中稻叶瘟的爆发与恢复态势，而传统植被指数NDVI对自然条件下稻瘟病发生过程的敏感性更差（图4）。空间维度上，RIBInir对稻叶瘟发生区域的刻画更加准确，稻叶瘟时空动态传播规律的与实地调查一致性更好（图5），卫星影像分析结果中表征病害恢复的绿色像素与呈现恢复趋势的黑色调查点吻合度更高。该研究构建了适用于叶片和冠层尺度的稻叶瘟敏感光谱指数，显著提高了对多尺度稻叶瘟发生的识别精度和对病情指数的估算能力；首次提出了基于光谱指数图的小农户田块稻叶瘟爆发热点识别思路，为基于卫星遥感的稻叶瘟传播概率等级划分和病害流行风险评估奠定基础。图4.试验区（以江苏省淮安市唐曹村为例）Sentinel-2影像植被指数的时间序列结果比较（A. RIBInir B. NDVI）。红色星号表示不同水平下的显著性差异。图5.两个典型研究区卫星影像RIBInir和NDVI的热点分析结果（左：江苏省淮安市唐曹村；右：江苏省淮安市太平村）。黑色点代表实地调查点。该研究由南京农业大学国家信息农业工程技术中心完成，农学院博士研究生田龙为论文第一作者，程涛教授为通讯作者。据了解，智慧农业团队在国家自然科学基金等项目，以及现代作物生产省部共建协同创新中心等平台的资助下，瞄准作物病虫害高时效高精度监测预警难题，持续开展了多年温室与田间试验，近两年连续在Remote Sensing of Environment上发表稻叶瘟光谱监测机理与方法方面的创新成果，对于作物病虫害天空地一体化监测预警和作物绿色智慧生产具有重要价值。

褚君浩，中国科学院院士，红外物理学家、半导体物理和器件专家，中国科学院上海技术物理研究所研究员，东华大学理学院院长。他是我国培养的第一个红外物理博士，从20世纪70年代末开始，他就专注于红外探测器的研究，并与汤定元、徐世秋两位科学家研究了一种全新的半导体材料，创造性地提出了测算这种材料特性的公式，该公式最终以三位中国科学家的名字命名，被称为CXT公式，成为判断红外探测器新材料、新结构的参照标准。他的专著《窄禁带半导体物理学》，被国外20多个研究机构作为相关材料和器件研究的理论依据。　　智能时代，传感器无处不在。传感器与计算机、通信被称为信息系统的三大支柱，成为衡量一个国家科技水平以及是否处在国际战略竞争制高点的一个重要标志。各种机器设备中的传感器就相当于人类的五官和神经系统，它们让机器能听、能闻、能看，从而更好地感知、学习和进化，为我们提供高精度、智能化的服务。传感器家族有哪些成员？它们能为我们提供怎样的服务？高性能传感器的市场长期被美国、日本、德国的企业占据，我国科学家如何才能在这一领域拼出一席之地？　　简单来说，传感器就是用材料经过一定的设计，做成的一个器件，取代耳朵、鼻子、舌头、眼睛、皮肤的功能。它能够看得见、听得见，能够闻得出味道，能够感知到。它可以比人类的功能更强大，所以传感器要具有高性能。传感器具有的高性能，一般要超过人类的五官，能够听得到很远的声音，能够看得见红外光。　　日常生活当中传感器非常多，最敏感的一个传感器大家可能没注意：你把手机靠近耳朵的时候，手机的屏幕就暗了，所以随便怎么碰耳朵，照样可以打电话，这就是手机传感器在起作用。手机里面传感器最多，而且都很小、很灵敏。现在传感器的发展趋势就是高精度、高灵敏、高速响应、高稳定性、高可靠性、微型化、柔性化、多功能集成化、数字化、智能化、无线通信化，另外还要绿色环保。　　没有传感器就无法数字化　　2019年，嫦娥四号探测器成功着陆在月球背面。嫦娥四号搭载了多种科学探测仪器，可以探测月球表面的地形地貌、月表物质的成分和月球表层的结构。嫦娥四号的着陆器上还安装了4个与月壤直接接触的温度计，可每900秒测量一次月壤的温度，这也是人类首次实现在月球背面对月壤温度进行原位测量。我们进入了一个智能化的时代，上至宇宙探索，下至日常生活，数字技术已经渗透到方方面面，农业测产、荒野探矿、太空探月都离不开传感器，传感器信息采集功能的重要性也因此越来越凸显。物联天下，传感先行，无论是“大数据”“人工智能”，还是“物联网”，其最重要的“基石”就是传感器技术。那么，传感器技术怎样进行数据的采集、存储、计算？　　智能时代的最大特点就是智能化系统的运用。智能化系统有三大支柱：动态感知、智慧识别、自动反应控制。比如机器人能够把乒乓球打到，首先是动态感知，看到这个球怎么过来；其次要分析这个球会从哪里进来，这是智慧分析；然后它采取措施，打到这个球。智能化系统最后的出路就是推动人工智能、智慧地球、数字城市的建设。这个系统最大的核心就是数字化，因为只有数字化才能定量化、精准化、规律化、智慧化，最后促进数字经济的发展。　　数字经济的“数字”从哪里来？就是靠传感器来的，所以传感器是大数据的源头。数据有两类：一类是文本大数据，另一类是物理大数据。物理大数据是靠传感器实时获得的，这类数据好多都是声、光等类型的，它们属于一个波动世界。这个波动世界里面的数据量特别大，一个波有振幅、有位相、有频率，还有偏振等等，再加上时间、空间等海量的大数据，就可以告诉我们好多信息，然后对这些信息进行分析。　　传感器和物联网是智慧地球、智慧城市两个核心技术。智慧分析就是从大数据分析出一些我们所需要的信息。现在浙江省义乌市有一座大桥里面安装了好多传感器，通过传感器看它里面振动的应力波形，不同的车辆开过去波形都会有变化。如果有一天发现应力情况异常，就会报警。　　传感器是支撑智能化最重要的“一条腿”。无线通信接收信号要靠传感器，通信卫星主要就是发射和接收，接收需要传感器，没有传感器，通信就中断了，后面的智能化更无法实现。可以说没有传感器，就没有智能时代；没有传感器，也没有信息化时代。　　我国传感器技术与国外的差距及优势　　一部智能手机中有20多个传感器，一部汽车更是有多达上百个各类传感器。无处不在的传感器，已经成为全世界最具发展潜力的高新技术产业。但是，目前全球2万多种传感器产品中，我国能生产的只有大约6000种，远远不能满足国内市场的需求。智能手机中，传感器几乎均为国外产品，每年我国各种中高端传感器进口占比高达80%，传感器芯片进口的占比甚至要达90%。我国传感器技术与国外的差距究竟在哪里？如何才能打开自己的一片天地？　　传感器国内一般来说都能制造，在一般的应用上面也都适用，但是在高端应用、精细应用方面和国外有差距，这就要发扬工匠精神赶超世界一流。　　我们也有自己的优势领域，有一本最有名的科学手册叫《LandoldtBoerstein》，这本科学手册，到现在已经有140年历史了，它每隔10年到15年要修订一次，我就是负责碲镉汞材料修订的作者负责人，因为在这个领域，我国科学家做的工作国际上认可，所以我们有这个资格来承担这项工作。　　发展传感器，我国过去有一个弊端，就是买得到自己就不做了，但是红外探测器高端的买不到，就只能自己做，我们反而做出来了。其实在有些核心的关键领域还是要自立自强。我们现在好多企业，在红外传感器方面，水平不断地在提升。另外，要发展智能化，把芯片技术感受到的传感信息，智能化地分析处理，这就是当前传感器发展的趋势。　　智能时代的“桥梁”　　2019年4月15日，法国巴黎圣母院起火，考虑到空中投水可能造成建筑及文物损毁，法方派遣无人机捕获实时图像，为消防员实现精确定点扑救提供了重要支持。这其实得益于物联网技术的普及。互联网、物联网，一字之差，但两者截然不同。如果说，互联网是人们用来进行信息传播和共享的平台，那么，物联网就是“物物相连的互联网”，所不同的是，物联网是通过传感器、红外等各种感知设备，将信息传送到接收器，再通过互联网实现远程监视、自动报警、控制、诊断和维护。如今，物联网已经广泛应用在智慧城市、智慧医疗、智慧农业等众多领域，而传感器作为智能时代的“桥梁”，在各个领域智慧建设中已不可或缺。未来，传感器在智慧城市、智慧医疗、智慧农业等领域还能起到怎样的作用？　　江苏无锡有一家公司，在公司每个区域里所有的转动部分都安装了传感器，这样在办公室里可以监控所有的电梯、马达是否正常。如果哪个地方不正常，控制室就亮黄灯了，马上就可以派人去修理。这就是智慧城市管理的一方面。　　现在抑郁症很多，还有一些小孩患抑郁症，抑郁症当然有多种识别方法，也可以做成一个小的设备，定量分析患者的抑郁程度，这都是传感器信息获取分析的可能应用。如果我们人体里面都有传感器，比如口袋里放个心脏传感器，心电图随时可以拿到，如果一个人心脏有点不舒服了，跟医生打个电话，说我现在心脏不舒服，或者发条微信给他，这个是互联网技术的应用；但如果这个传感器的信号直接送到分析中心，分析中心就能够根据GPS定位知道人在什么位置，马上通知相关机构采取措施，这就是物联网技术应用。物联网技术在人类健康上面大有用处。　　人类现在要进入智能时代，智能时代的最大特点就是智能化系统的运用，智能化系统非常重要的核心就是传感器，传感器就是我们的敏感神经。在智能时代的背景下，我们要努力打造敏感神经，通过科技创新手段不断提升信息传感水平，不断提升智慧分析水平，从而发展物联网、人工智能、智慧地球的事业，促进数字经济的发展和城市数字化转型，最终提升人们的生活水平。

“一闹就停”、“迁址复出”，成为一些地方政府面对公众反对惯用模式如今，反对立项、反对投产，已经成为群体过敏反应的本能姿态。公众担心重化工、垃圾焚烧等项目的环境风险，地方政府和企业则力证其安全。上马还是暂停，成了一个谁也说服不了谁的问题。反思诸多因环境敏感项目上马而引发的群体性事件，从源头上看，很大程度上归因于我国当前环境敏感项目决策机制的不完善。当前，我国环境敏感项目决策机制存在哪些问题？如何杜绝一起起类似事件的一再重复？在日前召开的环境健康风险交流科普会上，专家、企业代表及公众代表在同一平台上，围绕环境敏感项目上马的决策机制问题，进行了充分的对话和交流。问题一公众为何患上过敏症？与现代科技相伴而生的环境污染、生态破坏等风险不断加大，公众关注度日益提升，在诸多风险中，应对环境风险的紧迫性日益凸显。近年来，因环境敏感项目引发的群体性事件大约以年约29%的速度递增，而且对抗程度明显高于其他群体性事件。环境类群体性事件凸显了公共危机管理和风险评估与控制决策的重要性。中国科学院大学教授胡志强向记者介绍说，目前中国乃至全球都面临着风险治理的危机，这种危机表现为在面对一项公共风险决策的时候，公众与政府、专家之间存在着观点和态度上的分歧。不久前，福建省漳州市古雷腾龙芳烃PX项目开工不到两年再次发生爆炸事件，引起了社会各界对PX等环境敏感项目决策机制问题的强烈关注。从漳州古雷PX项目的来龙去脉可以看到，其先后经历了厦门阶段和漳州阶段。不难发现，在厦门阶段，这一项目采用了相对民主的决策模式，进行了比较充分的风险沟通和公众参与，经过一系列的专家提案、网络投票和座谈会，决策方最终放弃了在厦门兴建PX项目。但在漳州阶段，对于专家和公众观点充分听取和考量则存在不足。《环境保护法》和《环境影响评价法》明确规定，未依法进行环境影响评价的开发利用规划和建设项目，不得组织实施和开工建设。漳州古雷PX项目在环境影响评价尚未经过批准时，即擅自开工建设，因此受到了环境保护部的行政处罚。虽然之后这一项目也得到了国家发改委的“发展规划批复”，但因其环评未通过环保部门的审查，再次擅自开工建设的行为违反了《环境保护法》等法律的相关规定。记者在采访时了解到，在一些地方，环境问题引发群体性事体的一个重要诱因就是地方政府片面强调GDP，为了经济增长而不惜上马公众反对的项目，甚至以破坏生态环境为代价而换取经济增长。而这种现象并非个案。按照人类趋利避害的本能，综观世界各地的经验，环境敏感项目上马引发公众反对在所难免。公众对诸如PX、垃圾焚烧等环境敏感项目风声鹤唳、草木皆兵，其“罪魁祸首”缘于一些地方政府相关部门的职能缺位。“这无疑对目前我国社会治理提出了一系列的挑战。”胡志强说。风险沟通是风险管理者以及其他相关各方为了更好地理解风险及相关问题并进行决策，就风险及相关评估相互交流以期达成共识的过程。漳州古雷PX项目从选址、论证到投入生产，未见到其进行充分的风险沟通，自始至终仅有2013年3月进行了短暂的环评公示。在采访中，一些业内专家表示，公众反对PX项目，目前还很难说是“无条件拒绝”，问题的根源还是一些地方政府将公众视为环境决策的局外人。不知情反而加重了人们对自身环境权益不保的担忧。如果政府严格进行环评，环评报告真正公开，民众充分知情，即使民众心存疑虑，政府也可以一方面答疑解惑，另一方面持续完善环保设计。在浙江省宁波市民对镇海炼化一体化项目不知情的情况下，当地政府已经“累计投入资金64亿元”。当人们提出质疑，政府又未能与公众平等对话，局面终至不可收拾。只有政府信息充分透明、征求民意，谣言才能止于公开。公众对PX、垃圾焚烧等项目敏感，既是由于知情权未得到充分保障，也是对政府信息公开历史欠账的裂变反应。网民的抵制情绪与信息神秘化有关，同样，有些网友的认知也在偏向理性，“请依法公布所有的信息，不要担心我看不懂。”如今，伴随着环境权利意识普遍觉醒，人们担心重化工、垃圾焚烧等一些项目引发环境问题。地方政府事先不对项目环评进行全面公示，公众被蒙在鼓里，而项目“前期工作”却开展得如火如荼。正是这种做法引起公众心中的愤怒，并引发猛烈的情绪暴发。在采访中，一位长期从事环评工作的业内专家向记者介绍说，风险沟通至少需要风险评估者、风险管理者和普通公众三大群体进行充分的信息交流和讨论，不同的观点应当得到充分的表达。然而一些项目的决策过程，专家和公众的观点被忽略，专家、公众和政府之间缺乏有效的沟通。事实上，政府即使搞了环评，企业环保规划周详，也仍有可能陷入纸上谈兵的困局。企业环保投入越大，后期运行成本越高，建而闲置的可能性就会越大。大连PX项目搞了环评，却相继发生相邻中石化输油管线爆炸和厂区溃堤，充分暴露出单方环评的漏洞。所以，公众参与环保博弈至关重要。公众参与环保可以对企业与地方政府形成监督与制衡，有利于环境风险控制。公众参与一方面为风险项目的决策提供了合法性的来源，另一方面也最大限度地消除了公众对风险项目的疑虑。环境影响评价听证会是环评公众参与的重要形式之一，通过不同利益相关者面对面博弈，既提高了公众参与的广泛性，又提高了环境影响评价的科学性。在风险项目决策中，公众参与的方式还有许多，包括咨询会、公众调查、网络投票等。据了解，漳州古雷PX项目未进行充分的公众参与。这一重要环节的缺失，对风险沟通、风险管理都造成了不良影响，从某种角度来说，也是引发事故的一个因素。问题二如何让各方理性沟通与交流？透过漳州古雷PX等环境敏感项目，我们从中可以看到我国当前环境敏感项目决策机制普遍存在的问题：公共决策过程有法不依，执法不严；信息交流不充分；缺乏公众参与。正如一位业内专家所言，我国当前的环境风险决策机制没有有效地区分科学事实与民主价值，没有充分结合专家模式和民主模式，没有发挥出专家和公众应有的功效，只是片面地由行政机关单方面做出决策。从厦门、大连的PX项目到什邡的钼铜项目，事态发展最终都以官方向民意妥协而缓和。看起来民意似乎是取得了一个又一个的胜利，但严格说来没有赢家。一起起类似事件的一再重复，无疑是对社会的一次次割裂。我们应该找到一种机制，让决策能够最大限度实现民主化，让博弈不以公众与地方政府对抗的方式进行，让妥协和理解不是在撕裂之后再出现。尽管我国目前尚未有环境风险决策领域的专门法律，但涉及环境风险预防的法律却已形成了庞大的体系。据统计，我国当前至少有《环境保护法》、《环境影响评价法》、《安全生产法》、《消防法》等22部法律将日常管理工作中的风险预防作为其规范的主要内容之一。另外，还有多部法律虽然不以风险预防为主要内容，但也涉及了日常风险规制的内容。对于已有的法律规定，各方主体必须严格遵守，做到有法必依、违法必究。胡志强认为，环境敏感项目的决策过程必须依照法定程序，政府和企业违反法定程序进行审批和投产的，应当依法追究法律责任，对知法犯法、执法犯法的人员应当加大处罚力度。完善的风险沟通机制至少应当做到4点：信息充分公开、过程充分开放、进行充分辩论和反思、对自身行为负责。与漳州PX项目当初的情形相似，许多环境敏感项目决策中面临的难题是公众担心项目的环境风险，地方政府和企业则极力想证其安全，此时专家的意见就显得格外重要。由于专家掌握有大量的知识，在沟通中往往会表现出一种科学“自负”，但沟通的过程不是一个简单“科普”的过程，而是一个专家、公众和政府三方多向交流、倾听和学习的过程。“通过风险沟通可以弥补公众知识不足，有利于利益相关方在协商过程达成理性共识。”胡志强说。一方面，要恰当发挥专家的优势，既不能过度依赖专家的意见，也不能忽略专家完全由公众说了算。另一方面，要保障公众的知情权，因为知情是公众参与风险沟通的基础，相对于政府和专家，公众在风险信息的获取方面处于十分弱势的地位。在日前召开的环境健康风险交流科普会上，与会者认为，公众参与应当融入风险评估、风险沟通和风险决策的全过程。风险评估虽然科技性强，主要由风险评估专家主导，但是评估阶段如果公众能够适当参与，将极大地消除公众对项目环境风险的忧虑，有利于风险沟通和决策。在风险沟通阶段，公众应是主要的沟通对象。公众充分参与可以平衡专家的观点，可以监督地方政府的决策行为，可以支持或改进风险项目的规划，同时也有利于分担日后可能出现的环境责任。我国现阶段的环境敏感项目决策多由地方政府单方面做出，公众意见往往得不到采纳。因此，我国当前更应当特别强调公众参与，由政府引导公众积极参与环境敏感项目的决策，丰富和完善公众参与的形式，使公众参与成为环境敏感项目决策的新常态。令人欣喜的是，一些地方政府认识到上马环境敏感项目公众参与的重要性。公众环境研究中心和自然资源保护协会联合发布的120城市污染源环境公开指数（PITI）评价报告显示，29个城市在近3年内召开过环境影响评价听证会，占总评价城市24.17%，盐城、贵州、北京在召开听证会前通过媒体等广泛告知公众，尤其今年4月北京市在昌平区环保局召开的阿苏卫循环经济园项目环评审批听证会还邀请了环保组织自然大学等参与，突破了目前我国公众参与主体的局限性。来源：中国环境报