郭慶華，北京大學(xué)學(xué)士、碩士，美國加州大學(xué)伯克利分校博士，中組部青年入選者。曾任美國加州大學(xué)默塞德分校環(huán)境工程系助理教授、副教授、終身正教授;回國后組建中國科學(xué)院植物研究所數(shù)字生態(tài)研究組。曾主持多項美國自然科學(xué)基金會、聯(lián)邦地質(zhì)調(diào)查局、聯(lián)邦森林局、聯(lián)邦國家公園管理局、加州水利局、摩爾基金會研究課題，在PNAS、Ecology、RSE、Ecography、IJGIS 等生態(tài)學(xué)、遙感和地理信息科學(xué)領(lǐng)域的主流旗艦刊物發(fā)表學(xué)術(shù)論文90余篇。長期從事遙感和地理信息系統(tǒng)方法以及二者在生態(tài)環(huán)境領(lǐng)域的應(yīng)用研究。

　　接待院領(lǐng)導(dǎo)參觀Crop 3D平臺

　　無人駕駛、3D打印、真實場景重建，這些熱點新詞反映了當今時代的最前沿技術(shù)。激光雷達(LiDAR)作為幕后推手，越來越受到各行各業(yè)的重視。作為一種新興的主動遙感技術(shù)，激光雷達系統(tǒng)集激光發(fā)射與記錄、全球定位系統(tǒng)和慣性導(dǎo)航系統(tǒng)于一體，可直接、快速、準確地獲取掃描對象的三維坐標。激光雷達技術(shù)能夠從不同時空尺度實現(xiàn)對生態(tài)系統(tǒng)的高效、精準監(jiān)測，對于準確掌握生態(tài)系統(tǒng)現(xiàn)狀以及其變化將如何影響陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)、全球氣候變化并促進生物多樣性保護起了重要作用。

　　正是看到了新技術(shù)在獲取信息方面擁有不可比擬的優(yōu)勢，中國科學(xué)院植物研究所研究員郭慶華將激光雷達技術(shù)與生態(tài)學(xué)理論有機結(jié)合。圍繞快速、準確、高效地獲取不同尺度陸地生態(tài)系統(tǒng)關(guān)鍵參數(shù)的學(xué)科核心問題，系統(tǒng)地開展了區(qū)域、國家及全球尺度森林資源特征參數(shù)的跨尺度遙感推繹和多傳感器集成的植被信息獲取硬件平臺研發(fā)，并取得了國際學(xué)界廣泛認可的系列原創(chuàng)性科研成果。其中，激光雷達相關(guān)算法系列文章分別獲評美國攝影測量學(xué)會“Talbert Abrams”獎(授予在攝影測量學(xué)中具有重大科學(xué)突破的研究)和“ERDAS最佳學(xué)術(shù)論文”獎。同時，他積極推動激光雷達技術(shù)在國內(nèi)相關(guān)行業(yè)的應(yīng)用實踐。于2015年、2016年和2017年在中國科學(xué)院植物研究所成功主辦了三屆激光雷達森林生態(tài)應(yīng)用培訓(xùn)班，共為來自國家林業(yè)局、中國林業(yè)科學(xué)院、環(huán)境保護部衛(wèi)星環(huán)境應(yīng)用中心、中國科學(xué)院等60余家科研院所700余名學(xué)員提供了系統(tǒng)培訓(xùn)和廣泛合作平臺，獲得行業(yè)內(nèi)外的一致好評。

　　異國打拼十余載，結(jié)緣激光辟蹊徑

　　在取得北京大學(xué)環(huán)境學(xué)學(xué)士學(xué)位及遙感和地理信息碩士學(xué)位后，郭慶華獲得了加州大學(xué)伯克利分校的全額獎學(xué)金資助，前往攻讀環(huán)境學(xué)博士學(xué)位。因博士期間科研成果突出，畢業(yè)后直接獲得了加州大學(xué)默塞德分校任教的機會。工作伊始，正值激光雷達技術(shù)興起之時。通過深入了解，郭慶華發(fā)現(xiàn)，相比于傳統(tǒng)光學(xué)遙感技術(shù)，激光雷達技術(shù)具備穿透植被冠層的能力，能夠直接、快速、精確地獲取森林的三維結(jié)構(gòu)信息及林下地形，有望解決很多受限于技術(shù)的生態(tài)難題。LiDAR的技術(shù)優(yōu)勢令郭慶華大開眼界，敏銳的科研洞察力使他迅速意識到這一新技術(shù)所具有的巨大科研前景。在隨后的科教工作中，郭慶華將激光雷達技術(shù)在生態(tài)環(huán)境中的研究和應(yīng)用定為一個重要的方向，開展了大量的科研工作并取得一系列重要研究成果，被美國自然科學(xué)基金會評為重要研究突破(Breaking News)，并被國內(nèi)外多家知名媒體(如科學(xué)美國人、UC Press、Sacramento Bee、Science360、Green Blog、紐約時報、新華網(wǎng)、EurekAlert新聞平臺等)爭相報道。

　　回國前郭慶華的研究一直圍繞激光雷達技術(shù)的算法開發(fā)及應(yīng)用展開，帶領(lǐng)近20人的研究團隊先后主持完成逾千萬美元的科研項目。出色的表現(xiàn)，讓他提前獲得加州大學(xué)終身正教授職稱。“繁復(fù)又異常嚴格的考核指標令人望而生畏，能夠提前晉升終身教授的職稱，是一件非常不容易的事情。”對此，郭慶華沒有喜出望外，而是有他清醒的認識：不能讓科研成果變成實驗室里的“睡美人”，要回到祖國服務(wù)社會經(jīng)濟發(fā)展，真正把論文寫在祖國大地上，把科技成果應(yīng)用于實現(xiàn)現(xiàn)代化，干出一番事業(yè)。恰逢國家實施科教興國戰(zhàn)略和人才強國戰(zhàn)略，心懷赤子之心的他放棄了美國豐厚的薪資待遇和優(yōu)越的生活條件，毅然全職回國進入中科院植物所工作。郭慶華坦言：“盡管身在國外多年，但是從來沒有忘記自己是一名中國人。是國家培養(yǎng)了我，在個人精力充沛的時候，一定要把自身所學(xué)帶回來為國家貢獻綿薄之力，改變國內(nèi)激光雷達技術(shù)發(fā)展緩慢的現(xiàn)狀，推動和加強這項技術(shù)在生態(tài)環(huán)境及其他相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用研究。”

　　一片赤心為報國，軟硬結(jié)合勇創(chuàng)新

　　在美國加州大學(xué)積累了寬廣國際視野和豐富項目實踐經(jīng)驗的郭慶華，剛一回國，就擔(dān)任了中國科學(xué)院戰(zhàn)略性科技先導(dǎo)專項(A類)子課題、中國科學(xué)院科研裝備研制項目、中國生物多樣性監(jiān)測與研究網(wǎng)絡(luò)(Sino BON)近地面遙感平臺建設(shè)項目、國家自然科學(xué)基金委面上項目、國家重點研發(fā)計劃課題等6項科研任務(wù)的主持人。在記者采訪到此處時，他動情地說：“回國短短不到3年的時間內(nèi)，能夠迅速打開工作局面，將數(shù)字生態(tài)研究組發(fā)展壯大為20人的團隊，這與國家對歸國創(chuàng)業(yè)科研人員的重視以及科學(xué)院、植物所各級領(lǐng)導(dǎo)給予的支持和幫助密不可分。在國家尚處于發(fā)展中國家的固有國力情況下，能夠把科技創(chuàng)新擺在如此重要位置，吹響建設(shè)世界科技強國的號角，充分體現(xiàn)了黨和國家政府對廣大科技人員的尊重與愛護。我對我們國家實現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興的中國夢充滿了信心。”

　　團隊創(chuàng)新，離不開帶頭人對國際最新研究動態(tài)的準確把握與判斷。作為科研團隊的帶頭人，郭慶華常對團隊說：“我們不要me too的東西，要做就做全新的、世界一流的科學(xué)研究。”

　　郭慶華在剛回國時，一次偶然的機會與分子設(shè)計育種專家交談，了解到表型信息獲取技術(shù)滯后是目前現(xiàn)代作物育種的主要瓶頸之一。而且，興起的表型組學(xué)觀測技術(shù)僅為少數(shù)幾個國家所掌握，如若全盤引進，不僅代價昂貴，而且難以在我國形成自主知識產(chǎn)權(quán)的系統(tǒng)，無法大規(guī)模推廣應(yīng)用。他立刻想到利用三維激光掃描技術(shù)，能夠為植物表型分析帶來新的解決方案。激光信號時間差可以確定被探測物體的距離和位置構(gòu)造作物幾何形態(tài)模型，借由簡單的人機交互能夠自動批量提取表型變量。再通過紋理映射方法能夠清楚地顯示植物生長發(fā)育動態(tài)變化。最后，由激光雷達構(gòu)建真三維模型融合光譜數(shù)據(jù)使得無損提取作物生理生態(tài)參數(shù)成為可能。這一想法成功獲得科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)專項A類子課題和院科研裝備研制項目的資助。他帶領(lǐng)團隊研發(fā)設(shè)計出國內(nèi)首套引進激光雷達技術(shù)的高通、無損獲取全生育期作物三維表型信息的硬件觀測平臺，同時開發(fā)了Crop 3D軟件，實現(xiàn)了表型觀測技術(shù)由“二維”到“真三維”的跨越式發(fā)展。當前這些成果已完成軟硬件測試，并以現(xiàn)場演示的方式接待了國家自然科學(xué)基金委、科學(xué)院、高校等相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)和專家的參觀，得到了業(yè)內(nèi)人士的高度肯定。Crop 3D項目的相關(guān)軟硬件成果引起了業(yè)內(nèi)的多方重視，目前有多家公司都在與郭慶華積極洽談，希望能夠取得優(yōu)先合作權(quán)共同推動該項技術(shù)成果的商業(yè)轉(zhuǎn)化。

　　近兩年，郭慶華更多地在思考：如何以數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)了解并掌握生態(tài)系統(tǒng)資源數(shù)量、質(zhì)量及其時空動態(tài)規(guī)律，以期從時效性、準確性和完整性三個層次滿足國家決策需求。這也是大數(shù)據(jù)時代下，所有生態(tài)學(xué)者從國家戰(zhàn)略需求角度出發(fā)所考慮的問題。

　　森林孕育了地球上絕大部分的陸地生物，并為之提供庇護。區(qū)域、全球尺度森林資源信息是國家制定有效保護措施、實施林業(yè)資源宏觀調(diào)控的重要數(shù)據(jù)依據(jù)?；谇宀閿?shù)據(jù)統(tǒng)計方法，往往只能得到省級和國家的資源總量，無法獲取資源信息的空間分布?；跇臃胶凸鈱W(xué)遙感的升尺度方法常常出現(xiàn)易飽和、可信度低等問題。針對這些問題，郭慶華以機載激光雷達為橋梁，結(jié)合多源遙感數(shù)據(jù)，建立了大尺度森林結(jié)構(gòu)參數(shù)和生物量估算方法。同時，他基于上述成果在森林火災(zāi)建模、瀕危物種保護、水文建模和森林管理等領(lǐng)域開展了大量應(yīng)用研究。此外，針對星載激光雷達數(shù)據(jù)空間分布不連續(xù)以及與地面數(shù)據(jù)無法很好匹配的問題，郭慶華還提出了一種參數(shù)拓展的方法，實現(xiàn)兩者的匹配，并結(jié)合地形數(shù)據(jù)、氣候數(shù)據(jù)和光學(xué)遙感數(shù)據(jù)，估算了全國森林地上生物量，估算能力R2達到0.76。利用此方法，他進一步研究了全球尺度森林地上生物量，這對于探明全球碳儲量具有重要的指導(dǎo)意義。更值一提的是，他利用星載激光雷達數(shù)據(jù)和世界高大樹木實測數(shù)據(jù)，結(jié)合氣候指數(shù)，評估了全球森林冠層高度分布模式的決定因素，研究結(jié)果推翻了傳統(tǒng)的水資源可利用量與森林冠層高度關(guān)系的認知，指出水資源可利用量并不總是對樹高有正面的影響，過多的水分會對樹高產(chǎn)生負效應(yīng)。這一新的結(jié)論對于森林管理和森林生長模型的改進具有重要意義。這些研究成果已陸續(xù)發(fā)表于PNAS、Ecology、RSE 、《科學(xué)通報》《中國科學(xué)》《生物多樣性》等國內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域的頂級科學(xué)刊物上。

　　郭慶華團隊分析研究大尺度森林資源參數(shù)的同時，也著眼于中小尺度的生物多樣性遙感監(jiān)測。在局地尺度，生境數(shù)量、質(zhì)量和格局等因素對物種的分布和豐富度影響尤為顯著。在該尺度范圍開展的生物多樣性遙感調(diào)查對數(shù)據(jù)的精細程度要求也更高。無人機(UAV)作為一種小型飛行器，具有機動靈活、高效、價格低廉的特點，是一個很好的數(shù)據(jù)獲取平臺。因此，郭慶華帶領(lǐng)團隊設(shè)計開發(fā)了具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的近地面無人機遙感平臺和地面移動背包掃描系統(tǒng)，可集成LiDAR傳感器、CCD相機、高光譜傳感器，具有穩(wěn)定性高、精度高、速度快、操作靈活等特點。同時，他還設(shè)計了配套的數(shù)據(jù)處理軟件系統(tǒng)，可以提取一系列基于激光雷達點云數(shù)據(jù)的生境定量參數(shù)和統(tǒng)計變量，如：植被冠層高度、冠層高度輪廓線、枝下高等垂直維度結(jié)構(gòu)參數(shù)。這能夠為物種生境評估提供更綜合全面的信息，利用這些參數(shù)，借助計算機視覺和可視化技術(shù)還可重建真實三維景觀。近地面遙感平臺多傳感器、多臺站的掃描方式，可在局地景觀尺度上為物種動態(tài)監(jiān)測提供水平和垂直維度的多源遙感數(shù)據(jù)。特別是三維生境數(shù)據(jù)，有利于提高物種分布模型模擬精度，增加物種格局演變模擬和預(yù)測的可信度。郭慶華團隊近期的研究成果在生物多樣性評估、生態(tài)恢復(fù)、物種遷移、生境保護和自然保護區(qū)規(guī)劃等方面有很大的應(yīng)用價值。

　　應(yīng)用無人機LiDAR系統(tǒng)獲取的森林三維點云

　　郭慶華團隊在激光雷達技術(shù)軟硬件研發(fā)方面取得的系列成果，引起了國內(nèi)外的廣泛關(guān)注。2014年，應(yīng)澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)與工業(yè)研究組織(CSIRO)邀請，郭慶華赴澳交流介紹基于激光雷達技術(shù)的作物高通量三維表型測量平臺的突破性進展及其在分子設(shè)計育種領(lǐng)域的應(yīng)用情況。2015年，應(yīng)第八屆亞太全球綜合地球觀測系統(tǒng) (GEOSS)國際研討會邀請，郭慶華代表Sino BON做題為“生物多樣性和棲息地生境的三維植被結(jié)構(gòu)制圖”報告，講述了團隊利用無人機遙感平臺在森林、草原、濕地等生態(tài)系統(tǒng)中開展的生物多樣性監(jiān)測工作，關(guān)于多源數(shù)據(jù)融合提取反映生物多樣性變化的關(guān)鍵指標部分引起了與會代表的熱烈討論。隨后，郭慶華又應(yīng)國際大地測量學(xué)與地球信息技術(shù)大會主辦方邀請，先后2次赴德國交流無人機近地面遙感集成技術(shù)。

　　正是因為郭慶華團隊的研究成果不僅在學(xué)術(shù)界走在了國際前沿，而且與國計民生相關(guān)應(yīng)用的行業(yè)創(chuàng)新密切相關(guān)，他的科技成果很快得到了轉(zhuǎn)化，服務(wù)于社會經(jīng)濟發(fā)展。例如，研發(fā)的無人機近地面遙感平臺被國家林業(yè)局調(diào)查規(guī)劃設(shè)計院采用開展“碳衛(wèi)星”的地面驗證工作，為國家林業(yè)局林業(yè)碳匯計量監(jiān)測中心增強碳匯監(jiān)測能力、森林資源與生態(tài)狀況調(diào)查從“二維”走向“三維”提供了技術(shù)基礎(chǔ)。此外，與環(huán)境保護部衛(wèi)星環(huán)境應(yīng)用中心開展生物多樣性三維生境立體遙感觀測的研究成果以《環(huán)境遙感監(jiān)測簡報》形式上報國家環(huán)保部并得到部委領(lǐng)導(dǎo)批示，為國家推動生物多樣性監(jiān)測和保護提供了新技術(shù)新方法的先驅(qū)性示范。由于他本人堅持奉行科研成果一定要落地的實干理念，在科技成果轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實生產(chǎn)力方面，團隊已經(jīng)實現(xiàn)了數(shù)千萬元的經(jīng)濟效益，相關(guān)產(chǎn)品被歐美、日本和東南亞等國家使用。

　　找對正確的科研方向非常重要，不能用戰(zhàn)術(shù)的勤奮替代戰(zhàn)略的懶惰?？蒲泄リP(guān)的道路一定不會是坦途，它是一個漸進的螺旋式上升過程。郭慶華覺得：“只要朝著正確的方向去努力，也許暫時獲得的不是最優(yōu)的方案，但不停地去進行迭代開發(fā)，就會做得越來越好。”[page]

　　胸懷萬里世界，放眼無限未來

　　“做人要中庸，做事走兩極”，這是郭慶華最喜歡的一句話。“做事”，落實在科研上就是在極小、極大兩個方向上發(fā)力。郭慶華常說團隊未來發(fā)展的路還很長。在極小方面，他們打算繼續(xù)用激光雷達技術(shù)深入生態(tài)系統(tǒng)開展全面的定量化研究，避免過去一些說不清楚模棱兩可的結(jié)論，真正把生態(tài)系統(tǒng)的機理過程搞清楚。在極大方面，則是在區(qū)域、全球尺度上應(yīng)用LiDAR、多源遙感數(shù)據(jù)和生態(tài)模型，模擬、預(yù)測氣候變化和土地利用變化對陸地生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能的影響，去回答一些更大的生態(tài)學(xué)問題。

　　在做導(dǎo)師這方面郭慶華秉承得更多是中庸之道的“盡人之性，則能盡物之性”。他有一套獨創(chuàng)的方法來激勵學(xué)生——每年頒發(fā)3個年度獎，分別是最佳科研獎、最佳服務(wù)獎和最佳演講獎。他覺得任何一件事情的成功離不開大家的協(xié)作，對學(xué)生要因材施教，充分發(fā)揮和挖掘其本性，做科研除了有鉆研精神把事情做好，為團隊服務(wù)同樣有價值。對于最后一個獎項，郭慶華也非常重視。他覺得不管走上什么崗位，把自己的東西講清楚很重要。為了提升學(xué)生的表達能力，他還把優(yōu)秀學(xué)生送到國外去參加會議、做演講，以此為契機鍛煉他們。郭慶華認為一個人的交流能力，不是隨年齡的增長變得越來越好，而是隨鍛煉次數(shù)的增多慢慢變好的。

　　教師這份職業(yè)使郭慶華樂在其中并享受其帶來的滿足感。“能跟年輕人在一起工作，接觸新鮮事物，是件非常開心的事。”他自信地告訴記者，“我是比較nice的那類老師，幾乎沒有對學(xué)生發(fā)過脾氣，遇到什么問題我都是以鼓勵他們?yōu)橹鳌?rdquo;他常對學(xué)生說：“人生不是你現(xiàn)在擁有了什么東西，而是你有沒有覺得在進步。如果每時每刻你覺得自己都在進步，就根本不用擔(dān)心會失去什么東西，或者得不到什么東西。”這句話對于他并不是口號，而是真正落實在了行動上。從上大學(xué)開始，直到在美國留學(xué)、工作，周末他幾乎沒有休息過，總是在抓緊時間提升自己。即便在國外已經(jīng)是終身教授，他還是一直在追求自我提高。

　　為學(xué)生講解自主研發(fā)的無人機激光雷達系統(tǒng)

　　在美國任教時， 他的課程很受歡迎，有一門課曾被評為加州大學(xué)伯克利分校的最優(yōu)課程。他的學(xué)生也相當出色， 多次獲“ 加州大學(xué)校長獎學(xué)金”、 “ 美國國家科學(xué)基金會論文獎”、“美國地理學(xué)會最佳論文獎”、“世界野生動物基金會獎學(xué)金”以及“國家優(yōu)秀自費留學(xué)生獎學(xué)金”等國際國內(nèi)的重大獎項。回國后，他教授的課程依然非常受歡迎。他的學(xué)生也非常優(yōu)秀，多次獲得了所在院校的“三好學(xué)生”、“國家獎學(xué)金”等榮譽和獎勵。

　　郭慶華說成為一個好老師，不僅要能為學(xué)生講述最前沿的技術(shù)，更重要是讓他們學(xué)會正確的科研方法，樹立正確的人生觀。他鼓勵學(xué)生要養(yǎng)成樂觀、積極向上的人生態(tài)度，不要有太多的抱怨。在科研方面，他鼓勵學(xué)生要有勇氣去挑戰(zhàn)權(quán)威爭做世界第一，同時也要耐得住寂寞。他說：“美國為了近距離觀測冥王星，發(fā)射‘新視野’號探測器，經(jīng)過10年的太空飛行、50億千米的行程才成功抵達冥王星及其衛(wèi)星系統(tǒng)。科研上的成功從來就不是一蹴而就得來的，往往是幾代人努力的結(jié)果。”

　　正所謂“潮平兩岸闊，風(fēng)正一帆懸”，面對國內(nèi)如此形勢大好的科研氛圍，郭慶華對未來的發(fā)展充滿信心：“我們中國人又不笨，大家這么勤奮，現(xiàn)在國家有這么好的科研環(huán)境，我們一定可以做到的。”揚帆起航正當時!