林业定量遥感团队发展和最新进展

黄华国

一、工作伊始，延续博士研究方向

从2007年到北林工作开始，我就定下了开辟森林定量遥感这个科研方向的思路。当时一个老教授就问我，以前的林业遥感难道不是定量的吗？我当时很自信，回答说以前虽然有很多蓄积量估测的统计研究，但森林定量遥感要区别于经验统计，从机理上实现定量。不过，当时就我一个人，势单力薄，对林业的需求也不是很具体。因此，我暂时延续博士论文工作，集中到森林的辐射传输建模上，改造RGM模型，从光学BRDF和热红外的多角度效应BTDF入手，拓展到森林场景上。相继提出了LRGM和RGM2，中间参与了RAMI-IV竞赛，RGM2版本的表现还不错。

二、转型开始，瞄准林业应用需求

2008年获批青年基金，开始研究森林热辐射方向性模型，实际上是BRDF和BTDF同时开展。3年后，获批面上基金，继续研究植被温度三维时空模拟。期间，在2010年评上副教授，也开始带研究生。但可惜的是，林学背景的学生对热红外遥感机理的底子明显不够，核心的突破仍然只能靠自己完成。于是，我也在思索，在林业大学做太过机理的遥感研究，是不是能够可持续。最后我认为：一定要让学生能够参与进来，一定要解决林业的应用问题才有生命力。因此，下一个面上基金开始耦合虫害胁迫，研究植被热红外响应机制，试图从热红外角度提前监测到虫害胁迫。这个时候更加靠拢林业的应用。当然，在中间也参与了一些科技支撑、公益性行业专项和重点研发专题，做过湿地、保护区监测、虫害、火灾等监测，对林业的需求越来越清晰。我越来越感受到解决林业问题，机理研究要有针对性。三大原因阐述如下：

首先，森林很复杂。如果三维建模如果太精细，数据量太大，运行效率太低，模型就没有实用性。于是，我改造了RGM模型，简化了树冠结构，提出了超快的RAPID模型（RSE，2013）。

其次，森林具有高大特征，光学饱和性强；云雨天多，可利用光学数据少。因此，不能局限于光学波段，需要充分挖掘激光雷达和微波雷达的优势，实现多源数据互补。怎么办？在2012年出国访问期间，我VT专门研究lidar建模（CJRS，2012）。2015年开始研究radar建模。由于雷达成像和光学成像的机理差异很大，理清两者的异同花了不少时间。在2016年，我才在IGARSS上提出初步成果；而正式文章经过艰难的评审，才在2018年正式刊出（RSE,2018）。2019年，我申请并获批在日本召开的IGARSS上培训，这是RAPID2模型第一次在全球亮相，展示了全谱段多传感器模拟能力。最新的面上基金瞄准光学微波信号的互补机制开展研究。最近也和芬兰大地测量所FGI合作开展了Ku波段廓线雷达模拟研究（RS, 2020）。另外，高光谱激光雷达的机理和应用潜力也是当前的研究重点之一。

最后，机理研究最终要服务于应用问题。目前我们认为森林干扰，尤其是病虫害和火灾的全波段监测机理很有意义，也非常适合机理模型介入。因此，我们扩展了针叶反射率模型LIBERTY，能够考虑枯黄的颜色变化（RS,2018）；通过热红外观测，我们确认了受害等级不同会导致针叶温度有显著差异（植物生态学报，2020，封面文章），也实现了胁迫温度模拟；通过激光雷达建模，我们肯定了点云密度和枯梢率的相关性（RSL，2019）；通过自制的背包lidar，发现不同采伐强度和火烧强度下的森林垂直结构差异明显；在微波方面，我们也基于微波相干指数探测到了虫害影响（国土资源遥感，2018），基于微波和NDVI相关性，恢复了火烧区域的光学图像土壤水分的反演（遥感学报，2020），基于水云模型反演了火烧迹地的含水量分布图等等。

三、团队成型，建立林业定量遥感体系

2014年我破格评上教授后，开始有博士生参与研究。近两年博士生的工作逐步上道，我感受到团队基本正常运转了。再加上近四年导师团队也开始壮大，包括陈玲、沈亲、于强和建波等老师的加入，使得很多想法不再完全依靠我自己也能持续推动了。今年，林源也要加入，团队更有力量了。目前每个老师都有特长，有的英语好，有的有生态学背景，有的有GIS背景，有的是纯正的定量遥感背景，还有的无人机功底很好。

经过十几年的打磨，团队研究方向也逐渐从森林定量遥感模型，慢慢扩展到林业定量遥感。全波段多传感器始终是团队的核心竞争力，而林业的应用也要改进模型，逐渐从点上的方法论走向产品生产，尽可能支撑国家的重大战略需求。2019年，我在北林学报正式发表论文《林业定量遥感研究进展和展望》，系统阐述了整个框架、进展和展望。2020年，科学出版社正式出版了我主编的《林业定量遥感：框架、模型和应用》（科学出版社官网和京东https://item.jd.com/12894642.html都有售），更加具体地描述整个体系，捋顺了相关的模型，也给出了应用案例。

为了更好地展示团队工作，2018年上线了团队网站（http://www.3dforest.cn）,上面免费共享了RAPID模型及其详细操作手册。最近也申请了一个微信公众号（林业定量遥感），正在陆续整理一些成果和科普文章，欢迎关注。

参考文献：

1. 黄华国. 林业定量遥感研究进展和展望. 北京林业大学学报. doi: 10.13332/j.1000-1522.20190326

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