作者:冯丽妃 来源:科学网 www.sciencenet.cn 发布时间:2017/6/12 17:46:23
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访清华地表制图团队:遥感非洲绘出“你的模样”

 

5月中旬,从南非第37届国际环境遥感大会归来后,宫鹏心底多了一份底气:目前清华大学所做的全球地表覆盖图精度依然领先欧美十个百分点左右。“8年抗战,我们基本上走在世界的前面。”这让担任清华大学地球系统科学系(以下简称地学系)主任的他引以为傲。

正是过硬的技术让宫鹏带领的团队在2009年把目光从国内投向国际,并聚焦遥感基础较为薄弱、地表覆盖类型比较复杂的非洲。如今,经过数年的开拓合作,清华大学地学系与非洲多国的合作已初见成效。

“种花种草,等待国家挑选。”这是宫鹏常说的一句话。在“一带一路”背景下,他的一个目标是在推进与兄弟国家合作的同时,“把中国人对世界的了解提高起来”。

领航世界 走进非洲

2009年,时任中科院遥感所遥感科学国家重点实验室主任的宫鹏带领合作团队,完成了我国首张全国湿地分布遥感制图。这为我国湿地资源变化监测提供了重要依据,也让宫鹏产生了绘制全球地表覆盖图的决心。

“中国陆地面积是世界陆地面积的1/15,因此我们有能力做全球制图。而且利用全球250个陆地生态系统通量塔的地表覆盖属性对欧美全球地表覆盖制图产品进行验证,我发现总体准确度均未超过42%。”宫鹏认为这是一个让中国人在遥感制图方面走在世界前列的机会。他的目标是将全球制图的空间分辨率提高一个数量级,把当时最高的300米分辨率做到30米;同时使其在精度上至少提高10%。

2010年,在宫鹏等人的呼吁下,我国全球地表覆盖制图项目应运而生,清华大学地学系是参与方之一。其间,美国地调局(USGS)也打算开展类似项目,宫鹏课题组于是向项目负责人请缨快速做一个全球地表覆盖制图,结果他们率先在2011年底做出了拥有世界最高空间分辨率的全球地表覆盖图(FROM-GLC),其总体准确度达到64%以上,使中国人的全球遥感制图首次领先世界。

随后,为进一步优化全球制图中荒漠干旱区以及植被和裸地过渡带的地表覆盖分类结果,宫鹏团队在2013年发起并推动了以非洲为对象的快速遥感制图。这一活动得到了联合国环境规划署(UNEP)和USGS的辅助以及19个非洲国家和组织的响应,同时成立了非洲土地覆盖制图工作组,并由宫鹏和清华地学系副教授俞乐担任工作组顾问专家。“这说明如果你做的是一件重要的事,很多人就会响应。”宫鹏说。

2014年,工作组建立了高分辨率非洲土地覆盖数据库,这对了解非洲土地资源、陆地生物栖息地和环境指征具有重要意义。2016年,清华大学再次在概念上创新,牵头首次完成大洲尺度遥感动态地表覆盖制图样本库。“这是首个针对非洲的动态、多季节样本库,将最初版的FROM-GLC在非洲地区总体准确率从69%提高到77%。”该图制作者之一赵圆圆博士介绍说。有季节动态的制图有助于实时了解生物及其生境的变化,并据此开展保护工作。

培养人才 “助力”造血

长期以来,非洲的贫困、健康、粮食安全与生物多样性保护等问题是全球可持续发展目标的关注焦点。在宫鹏看来,中国与非洲最好的合作是提高其“自我造血”能力,而人才培养是其中的一个关键。

“来清华大学读博我一点也不后悔。”夸梅·哈克曼(Kwame Hackman)在接受《中国科学报》记者采访时说。哈克曼是清华大学首位加纳籍博士生,2012年师从宫鹏攻读生态学方向的博士。如今,4年的在华求学生涯已经让他“崭露头角”。其间,他已发表了5篇论文,其中包括3篇SCI论文。因为表现优异,他今年还被推选为联合国生物多样性与生态系统服务政府间平台(IPBES)的加纳代表。

据介绍,加纳是世界上典型的云层覆盖最为密集的地区之一,这为遥感图像收集带来了挑战。在清华大学支持下,哈克曼用半年时间收集了1500多张第一手的地面照片资料来验证遥感制图。

今年6月毕业后,哈克曼将回国到大学任教,他希望在“一带一路”背景下继续推动双方的科学合作与交流。“科学对于非洲未来的发展非常重要,可以为政府提供决策支持。而现在非洲很多大学的前沿学科规模很小,资源也非常少。”他说,“回到祖国后,我还会做遥感数据收集,还要和清华大学的师长和朋友一起合作,制出更多更好的图。”

一直以来,在吸引第三世界国家优秀人才留学方面,欧美国家都是我国的强劲竞争者。“随着我们国家遥感监测技术发展越来越快,我相信会把非洲的优秀学生源源不断地吸引过来。”宫鹏说,这将有利于推进长远合作。

落地非洲 “授之以渔”

“授人以鱼”不若“授人以渔”。除了把非洲的青年人才引进来,宫鹏还带领团队走出去,让中国的技术在非洲落地开花。

今年1月,该团队到肯尼亚、乌干达和埃塞俄比亚等东非三国调研,并展示了自主研发的全球地表覆盖制图系统(FROM GLC-MP)系统。“这个系统中包含了清华地学系积累的30米分辨率全球遥感影像资料,可以支持样本采集和共享并训练分类模型,让非洲研究人员用采集的样本做自己的产品。”地学系副教授白玉琪告诉记者。

“现在,合作方已经能够进行样本的创建、维护和共享,下一步是进行地表分类及制图。”白玉琪说。这将需要庞大的计算资源,为了提高FROM GLC-MP系统在非洲乃至全球访问的稳定性及便捷性,他们计划在非洲建立本地化的服务器,让基础设施落地非洲,并在当地培训技术人员,推动长效合作。

随着技术的发展和合作的深入,宫鹏计划进一步提高遥感观测的精度。“百米级的分辨率可以观测到一般的农田田块,30米级可以看清类似美国农场面积较大的粗放田块,但要看清亚洲和非洲的土地利用情况,还要将分辨率再提高一个数量级。”宫鹏透露,更精细的全球陆地观测制图将有利于从了解土地覆盖向土地利用转变,并进一步保护诸如藤间小雀等活动范围较小的生物的多样性。

“我们有一个大的目标:提高中国人对世界的了解,掌握第一手的全球地表覆盖、土地利用资源等情况,在国家有需要的时候,用我们擅长的、已经有准备的东西服务国家。”宫鹏说。

 
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