北京大學遙感與地理信息系統研究所所長郭慶華

十年“數”遍神州樹，“拼”出森林全景圖

中國到底有多少棵樹？

在一張地圖上，呈現出深淺各異的綠色，可以明顯地看到，南部和東北部會更綠……這是我國第一張“樹密度地圖”，它測算出960多萬平方公里土地上的樹木覆蓋情況——截至2020年，我國約有1426億棵樹，平均樹密度約為每公頃689棵，相當于人均擁有約100棵樹。這張“樹密度地圖”今年4月由北京大學郭慶華團隊聯合中國科學院等科研機構發布。

制作“樹密度地圖”、探索“樹有多高”，10余年的努力與堅持，北京大學遙感與地理信息系統研究所所長郭慶華帶領團隊，取得一個個突破性成果。

通過掃描森林，用AI算法“看片子”、“數”樹，最后用衛星遙感“拼”出全國的森林全景圖

這張“樹密度地圖”，直觀呈現出我國樹木分布的具體情況——

從地理區域看，西南地區樹最多，約360億棵；東北、東南和西南地區的樹木數量和密度，顯著高于北方和西北地區；

從流域看，長江流域以約496億棵樹的絕對優勢位居首位。

制作“樹密度地圖”，郭慶華和團隊前后花了10年時間。

“我們使用無人機搭載激光雷達傳感器，飛越目標林區，通過掃描森林，用AI算法‘看片子’、‘數’樹，最后用衛星遙感‘拼’出全國的森林全景圖?！惫鶓c華介紹。

“我們的樣方是1公頃，同時，在樣方的選擇上，不僅要考慮樹種，還要兼顧不同的地區類型?！惫鶓c華表示，團隊成員走遍了7萬多個樣方，最終采集了400多太字節的數據。如果以一張照片5兆字節大小計，400太字節，相當于8000多萬張照片的體量。

得益于激光雷達技術，更多的科研成果正在陸續呈現。

2018年起，郭慶華與300多名植物學專家、青年學者一起，利用衛星遙感和激光雷達等近地面遙感技術，對中國植被數據實現高效采集。

“我們的最終目的，是摸清中國森林資源的家底?！惫鶓c華表示，過去對森林資源的統計，更多會停留在面積和蓄積量方面；在“雙碳”目標下，需要更精準的“綠色賬本”，追求更優的生態效益，“譬如說，在一個地方種什么樹、種多少樹是最適宜的，這些都是要研究的目標”。

激光雷達使人們“看清楚”樹有多高、多粗，樹冠有多大

郭慶華主要研究遙感和地理信息系統方法及其在生態與環境科學中的應用。

傳統的森林資源調查，主要是通過人工測量方式，獲取樣方內的樹木數量、胸徑、高度等參數，再通過統計方法進行大面積推算。

在郭慶華看來，人工測量的方法具有較高準確性，但在效率、更新速度、代表性和三維信息的完整性方面，仍存在一些局限?！皞鹘y方法很難獲取森林的立體結構，比如冠層信息、空間分布等?！惫鶓c華說。

激光雷達是一種高精度的三維測量手段?！巴ㄟ^向地面上的目標物發射激光脈沖，并記錄其返回時間，結合導航定位定姿系統，可以獲得從樹頂到地面的詳細三維結構信息。激光雷達使人們‘看清楚’樹有多高、多粗，樹冠有多大?！惫鶓c華介紹。

過去，國內移動激光雷達測量系統主要依賴進口，價格較高且后期數據處理軟件欠缺，軟硬件智能化不強，難以適應復雜的地形與林況?！拔覀円欢ㄒ灾餮邪l出讓科學家都能用得上的激光雷達軟硬件系統?！惫鶓c華下定決心。

多年來，郭慶華團隊攻克了激光雷達硬件系統集成、海量數據采集和處理的算法自動化等難題，自主研發了空地一體化遙感平臺，包括無人機、背包、手持和車載激光雷達系統，集成數碼相機、慣性導航、全球定位系統、多光譜傳感器等多種設備。這一平臺不僅輕便靈活，還能在林下定位信號丟失、平臺穩定性差等條件下實現高精度數據采集。

此外，郭慶華團隊還面向全國高校和科研機構師生開設激光雷達森林生態應用培訓，10年來，線上線下共培訓兩三萬人，推動激光雷達技術在森林生態方面的應用與普及。

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，從而更珍視和保護它。

不斷探索“樹有多高”，也是為了喚起更多人對大自然的熱愛

樹能長到多高？

依托自主研發的激光雷達軟硬件系統，2022年4月，郭慶華團隊與北京大學呂植團隊等組成聯合調查隊，開始了探索之旅。

通過衛星圖，隊員們將目標鎖定在西藏、云南一帶的山谷中。高大的樹木大多生長在人跡罕至的原始森林中，山勢陡峭，行走困難。茂密的草叢中有時還會突然竄出毒蛇，得格外小心。有一回，在攀爬一個傾斜角度較大的斜坡時，郭慶華手拉的藤蔓突然松動，差點掉入山谷。

功夫不負有心人。2023年5月，在西藏林芝市波密縣通麥鎮境內，隊員們發現了一棵高達102.3米的西藏柏木，它是目前已知的亞洲第一高樹。

“樹非常龐大，支撐根像一座巨大的雕塑?！北本┐髮W地球與空間科學學院特聘副研究員任淯記憶猶新，站在樹下，隊員們既震撼又興奮。令人驚喜的是，隊員們還發現了大量高度在85米以上的樹木，其中包含25棵90米以上高樹。

“我們采用無人機搭載高清相機，從樹底部起飛，停留在不同高度進行拍攝，最后拍攝了160多張照片，將照片拼接后形成巨樹的‘等身照’?！惫鶓c華說。

“未來我們還會繼續在這個區域搜尋，也許會發現更高的樹?！惫鶓c華說，“下一步，我們還將深入研究：這棵樹為什么長這么高？最上端的葉片通過什么途徑吸收水分？”

“一棵大樹的生長，往往需要上百年甚至千年，不斷探索‘樹有多高’，也是為了喚起更多人對大自然的熱愛?！惫鶓c華表示。（施芳 董絲雨）