科学中国人专访:激光慧眼探生态 逐梦遥感续新篇——记中国科学院植物研究所研究员郭庆华
郭庆华,北京大学学士、硕士,美国加州大学伯克利分校博士,中组部青年千人计划入选者。曾任美国加州大学默塞德分校环境工程系助理教授、副教授、终身正教授;回国后组建中国科学院植物研究所数字生态研究组。曾主持多项美国自然科学基金会、联邦地质调查局、联邦森林局、联邦国家公园管理局、加州水利局、摩尔基金会研究课题,在PNAS、Ecology、RSE、Ecography、IJGIS 等生态学、遥感和地理信息科学领域的主流旗舰刊物发表学术论文90余篇。长期从事遥感和地理信息系统方法以及二者在生态环境领域的应用研究。

接待院领导参观Crop 3D平台
无人驾驶、3D打印、真实场景重建,这些热点新词反映了当今时代的最前沿技术。激光雷达(LiDAR)作为幕后推手,越来越受到各行各业的重视。作为一种新兴的主动遥感技术,激光雷达系统集激光发射与记录、全球定位系统和惯性导航系统于一体,可直接、快速、准确地获取扫描对象的三维坐标。激光雷达技术能够从不同时空尺度实现对生态系统的高效、精准监测,对于准确掌握生态系统现状以及其变化将如何影响陆地生态系统碳循环、全球气候变化并促进生物多样性保护起了重要作用。
异国打拼十余载,结缘激光辟蹊径
一片赤心为报国,软硬结合勇创新

应用无人机LiDAR系统获取的森林三维点云
郭庆华团队分析研究大尺度森林资源参数的同时,也着眼于中小尺度的生物多样性遥感监测。在局地尺度,生境数量、质量和格局等因素对物种的分布和丰富度影响尤为显著。在该尺度范围开展的生物多样性遥感调查对数据的精细程度要求也更高。无人机(UAV)作为一种小型飞行器,具有机动灵活、高效、价格低廉的特点,是一个很好的数据获取平台。因此,郭庆华带领团队设计开发了具有完全自主知识产权的近地面无人机遥感平台和地面移动背包扫描系统,可集成LiDAR传感器、CCD相机、高光谱传感器,具有稳定性高、精度高、速度快、操作灵活等特点。同时,他还设计了配套的数据处理软件系统,可以提取一系列基于激光雷达点云数据的生境定量参数和统计变量,如:植被冠层高度、冠层高度轮廓线、枝下高等垂直维度结构参数。这能够为物种生境评估提供更综合全面的信息,利用这些参数,借助计算机视觉和可视化技术还可重建真实三维景观。近地面遥感平台多传感器、多台站的扫描方式,可在局地景观尺度上为物种动态监测提供水平和垂直维度的多源遥感数据。特别是三维生境数据,有利于提高物种分布模型模拟精度,增加物种格局演变模拟和预测的可信度。郭庆华团队近期的研究成果在生物多样性评估、生态恢复、物种迁移、生境保护和自然保护区规划等方面有很大的应用价值。
胸怀万里世界,放眼无限未来

为学生讲解自主研发的无人机激光雷达系统
在美国任教时, 他的课程很受欢迎,有一门课曾被评为加州大学伯克利分校的最优课程。他的学生也相当出色, 多次获“ 加州大学校长奖学金”、 “ 美国国家科学基金会论文奖”、“美国地理学会最佳论文奖”、“世界野生动物基金会奖学金”以及“国家优秀自费留学生奖学金”等国际国内的重大奖项。回国后,他教授的课程依然非常受欢迎。他的学生也非常优秀,多次获得了所在院校的“三好学生”、“国家奖学金”等荣誉和奖励。