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他用激光雷達測量了中國最高樹——北京大學遙感所郭慶華教授
發布時間:2022-07-25     來源:北京大學遙感所     瀏覽:1178

《魯健訪談》是由中央廣播電視總臺華語環球節目中心策劃的高端人物訪談欄目,由魯健擔任主持人 ,節目通過對話全球各領域影響力人物、聚焦國際關注的熱點話題,呈現新時代的中國形象。

日前,北京大學遙感所郭慶華教授做客《魯健訪談》,圍繞如何對中國最高樹進行精準測量、新一代中國植被圖繪制、激光雷達將如何助力中國生物多樣性保護等話題接受了魯健專訪。

在人跡罕至的森林腹地,無人機激光雷達與背包激光雷達相互配合,邊掃描、邊制圖、邊定位,很快就能確定一棵巨樹有多高多粗。不久前,中國大陸最高樹紀錄被連續刷新,兩次最高樹測量中用到的激光雷達系統,都是由遙感科技專家郭慶華團隊自主研發,在全球首次實現無人機與激光雷達聯合作戰測量樹高,使中國“樹王”的準確身高被定格為82.6米!

郭慶華把激光雷達形容為“對物理現實世界的數字復制技術”。過去近20年里,他將三維激光雷達技術用于生態學領域,帶領團隊進行相關儀器的軟硬件研發,完成了作物育種、樹高精確測定、新一代中國植被圖繪制等多項工作。

未來中國新“樹王”最可能誕生在哪里?新一代植被圖有哪些生態變化的玄機?在郭慶華看來,激光雷達技術將讓人類看見地球家園更多細微的變化,更了解它、從而更珍視和保護它,努力建設一個可持續發展的綠色地球。

今年5月,中國大陸的最高樹紀錄接連被打破。5月8日,在西藏墨脫縣發現了一棵不丹松,郭慶華團隊采用三維激光雷達測量后確定,這棵不丹松高度為76.8米,是中國大陸最高樹。僅僅10天后,紀錄就被打破了。在西藏察隅,第二次青藏科考發現了新的“樹王”,經過郭慶華團隊的三維激光雷達精準測量,確認準確高度為82.6米。

郭慶華告訴魯健,在墨脫最高樹的測量中,測量團隊采取無人機激光雷達加背包激光雷達聯合作戰,為全球首創,這也標志著中國目前用激光雷達測樹高的技術在世界上處于領先地位,“以前開展森林調查,一個樣方可能要好幾個小時,有了激光雷達設備,現在能縮短到幾分鐘。經過電腦自動處理,可以很快獲得相關數據!

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有了這套激光雷達系統,“尋找最高樹”變成了一個可重復的科學工作。不僅如此,植物學家也可以在相關數據基礎上進行更多深入研究,“研究為什么樹能長這么高,它的限制因子是什么,對我們理解整個生態的機理也有一定的幫助!

郭慶華:儀器研發和發Paper同樣重要!

1999年,在取得北大環境學學士學位、遙感和地理信息碩士學位后,郭慶華獲得美國加州大學伯克利分校全額獎學金,前往攻讀環境學博士學位。

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因為博士期間突出的科研成果,他畢業后直接獲得了加州大學默塞德分校任教的機會。2005年的一次工作經歷,讓郭慶華意識到了激光雷達在生態學研究中的巨大潛力。

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郭慶華:2005年,我在美國加州大學,剛開始當教授的時候,美國聯邦森林調查局委托加州大學做一個項目,想評價一下森林砍伐對生態系統的影響,需要一種非常精準的測量方法評價森林砍伐后的效果,傳統的衛星遙感手段沒辦法看到這么精準的一個變化。我當時就提出,我們用激光雷達技術,因為它是一個厘米級的精度。

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郭慶華:是,那時候激光雷達剛開始從軍事轉到民用,激光雷達就是人工智能的眼睛看大地場景。我們看到從激光雷達獲取的森林植被的三維信息,我當時眼前真是被數據的質量震撼到了。比如哪些樹被砍了,砍伐后哪些樹長得更快,哪片由于雨水、溫度的變化使得樹木生長有微小變化,都可以通過激光雷達獲取到。我看到這種技術會顛覆性地推進很多生態學的研究。

2012年,郭慶華放棄美國加州大學終身教授職稱,全職回國。在當時,激光雷達價格昂貴,在中國的技術發展也相對緩慢。從那時起,郭慶華心里就有了自研系統的想法,“我們一定要自研出便宜的,讓科學家都能用得上的激光雷達系統!

郭慶華說,當年剛回國時,中國大部分激光雷達硬件、軟件都要依賴國外進口。近年來,中國在三維激光雷達研制上已取得非常大的進展,特別是隨著無人駕駛行業的高速發展,小型化的激光雷達傳感器已基本實現國產化,但最底層的電子、光學等部分元件仍需要進口。

“我覺得有點遺憾的是,我們整個科研考核體系里面,過分強調以發表文章為主導的這么一種評價體系。當然我們國家也認識到這個問題,去改變唯文章這種思想?傮w來說,我覺得儀器研發還是現在大家比較忽視的!

經過多年的儀器研發,如今,郭慶華和團隊已經攻克了激光雷達硬件平民化、海量數據采集和處理的算法自動化等難題!爸袊谶@些方面已經走在了世界前列!

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如何建設一個可持續發展的綠色地球?

郭慶華說,激光雷達是“對物理現實世界的數字復制技術”,當它牽手萬物互聯技術,如人工智能、無人機等,可將整個生態系統實現數字化。而在每一次“數字復制”的過程中,他都心存敬畏之心,“人類在地球上能夠存活多少年,是可計算出來的。如何讓人類文明更好地延續下去?首先需要建設一個可持續發展的綠色地球!

一棵大樹的長成往往需要百年甚至千年,而砍伐只需一瞬。通過激光雷達技術尋找中國最高樹,將它呈現給公眾,也是喚起更多人對森林和地球生態系統的好奇與熱愛。

從2018年起,在中科院地球大數據科學工程項目支持下,郭慶華作為“新一代中國植被圖繪制”主要負責人之一,聯合中國各地300多名植物學家,利用衛星遙感和激光雷達、手機應用等近地面遙感技術,開展了對中國植被數據的高效采集。他透露,就在今年年底,更高分辨率、更準確的新一代中國植被圖將完成,明年會正式發布。這距離中國上一代植被圖繪制已過去了40多年。

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1:1000000 新一代中國植被圖現實性更新版

“40年間,中國植被類型有百分之三四十都發生了變化。中國新增森林覆蓋面積占到全世界新增覆蓋面積的四分之一。但我們也發現,雖然變綠了,但群落的多樣性并沒有變得更好。我們用精準或重點采集方法,可以看到更細微的變化,而這些變化可以幫助我們做一些決策!

和三維激光雷達技術打了20多年交道,當被問及“為何當年回國時,選擇投入激光雷達在生態學領域的應用”時,郭慶華說,自己的成就感并非來自別人的認可,也從未以金錢和物質來衡量人生的選擇!白鳛橐粋科學家,我的初心是能夠為建成一個可持續發展的綠色地球做一份貢獻,讓國家更富強,讓技術幫助更多人過上更好的生活,那就有意義了!

相關精彩內容,敬請觀看(7月22日)22點 CCTV4《魯健訪談·對話郭慶華》。



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