北京大学遥感与地理信息系统研究所所长郭庆华

　　十年“数”遍神州树，“拼”出森林全景图（自然之子）

　　本报记者 施 芳 董丝雨

　　人物小传

　　郭庆华，男，出生于广东汕头，北京大学博雅特聘教授，北京大学遥感与地理信息系统研究所所长，主要研究遥感和地理信息系统方法及其在生态与环境科学中的应用。

　　中国到底有多少棵树？

　　在一张地图上，呈现出深浅各异的绿色，可以明显地看到，南部和东北部会更绿……这是我国第一张“树密度地图”，它测算出960多万平方公里土地上的树木覆盖情况——截至2020年，我国约有1426亿棵树，平均树密度约为每公顷689棵，相当于人均拥有约100棵树。这张“树密度地图”今年4月由北京大学郭庆华团队联合中国科学院等科研机构发布。

　　制作“树密度地图”、探索“树有多高”，10余年的努力与坚持，北京大学遥感与地理信息系统研究所所长郭庆华带领团队，取得一个个突破性成果。

　　通过扫描森林，用AI算法“看片子”、“数”树，最后用卫星遥感“拼”出全国的森林全景图

　　这张“树密度地图”，直观呈现出我国树木分布的具体情况——

　　从地理区域看，西南地区树最多，约360亿棵；东北、东南和西南地区的树木数量和密度，显著高于北方和西北地区；

　　从流域看，长江流域以约496亿棵树的绝对优势位居首位。

　　制作“树密度地图”，郭庆华和团队前后花了10年时间。

　　“我们使用无人机搭载激光雷达传感器，飞越目标林区，通过扫描森林，用AI算法‘看片子’、‘数’树，最后用卫星遥感‘拼’出全国的森林全景图。”郭庆华介绍。

　　“我们的样方是1公顷，同时，在样方的选择上，不仅要考虑树种，还要兼顾不同的地区类型。”郭庆华表示，团队成员走遍了7万多个样方，最终采集了400多太字节的数据。如果以一张照片5兆字节大小计，400太字节，相当于8000多万张照片的体量。

　　得益于激光雷达技术，更多的科研成果正在陆续呈现。

　　2018年起，郭庆华与300多名植物学专家、青年学者一起，利用卫星遥感和激光雷达等近地面遥感技术，对中国植被数据实现高效采集。

　　“我们的最终目的，是摸清中国森林资源的家底。”郭庆华表示，过去对森林资源的统计，更多会停留在面积和蓄积量方面；在“双碳”目标下，需要更精准的“绿色账本”，追求更优的生态效益，“譬如说，在一个地方种什么树、种多少树是最适宜的，这些都是要研究的目标”。

　　激光雷达使人们“看清楚”树有多高、多粗，树冠有多大

　　郭庆华主要研究遥感和地理信息系统方法及其在生态与环境科学中的应用。

　　传统的森林资源调查，主要是通过人工测量方式，获取样方内的树木数量、胸径、高度等参数，再通过统计方法进行大面积推算。

　　在郭庆华看来，人工测量的方法具有较高准确性，但在效率、更新速度、代表性和三维信息的完整性方面，仍存在一些局限。“传统方法很难获取森林的立体结构，比如冠层信息、空间分布等。”郭庆华说。

　　激光雷达是一种高精度的三维测量手段。“通过向地面上的目标物发射激光脉冲，并记录其返回时间，结合导航定位定姿系统，可以获得从树顶到地面的详细三维结构信息。激光雷达使人们‘看清楚’树有多高、多粗，树冠有多大。”郭庆华介绍。

　　过去，国内移动激光雷达测量系统主要依赖进口，价格较高且后期数据处理软件欠缺，软硬件智能化不强，难以适应复杂的地形与林况。“我们一定要自主研发出让科学家都能用得上的激光雷达软硬件系统。”郭庆华下定决心。

　　多年来，郭庆华团队攻克了激光雷达硬件系统集成、海量数据采集和处理的算法自动化等难题，自主研发了空地一体化遥感平台，包括无人机、背包、手持和车载激光雷达系统，集成数码相机、惯性导航、全球定位系统、多光谱传感器等多种设备。这一平台不仅轻便灵活，还能在林下定位信号丢失、平台稳定性差等条件下实现高精度数据采集。

　　此外，郭庆华团队还面向全国高校和科研机构师生开设激光雷达森林生态应用培训，10年来，线上线下共培训两三万人，推动激光雷达技术在森林生态方面的应用与普及。

　　在郭庆华看来，激光雷达技术将让人类看见地球家园更多细微的变化，从而更珍视和保护它。

　　不断探索“树有多高”，也是为了唤起更多人对大自然的热爱

　　树能长到多高？

　　依托自主研发的激光雷达软硬件系统，2022年4月，郭庆华团队与北京大学吕植团队等组成联合调查队，开始了探索之旅。

　　通过卫星图，队员们将目标锁定在西藏、云南一带的山谷中。高大的树木大多生长在人迹罕至的原始森林中，山势陡峭，行走困难。茂密的草丛中有时还会突然窜出毒蛇，得格外小心。有一回，在攀爬一个倾斜角度较大的斜坡时，郭庆华手拉的藤蔓突然松动，差点掉入山谷。

　　功夫不负有心人。2023年5月，在西藏林芝市波密县通麦镇境内，队员们发现了一棵高达102.3米的西藏柏木，它是目前已知的亚洲第一高树。

　　“树非常庞大，支撑根像一座巨大的雕塑。”北京大学地球与空间科学学院特聘副研究员任淯记忆犹新，站在树下，队员们既震撼又兴奋。令人惊喜的是，队员们还发现了大量高度在85米以上的树木，其中包含25棵90米以上高树。

　　“我们采用无人机搭载高清相机，从树底部起飞，停留在不同高度进行拍摄，最后拍摄了160多张照片，将照片拼接后形成巨树的‘等身照’。”郭庆华说。

　　“未来我们还会继续在这个区域搜寻，也许会发现更高的树。”郭庆华说，“下一步，我们还将深入研究：这棵树为什么长这么高？最上端的叶片通过什么途径吸收水分？”

　　“一棵大树的生长，往往需要上百年甚至千年，不断探索‘树有多高’，也是为了唤起更多人对大自然的热爱。”郭庆华表示。