訪清華全球地表覆蓋製圖團隊：遙感非洲繪出「你的模樣」

5月中旬，從南非第37屆國際環境遙感大會歸來後，宮鵬心底多了一份底氣：目前清華大學所做的全球地表覆蓋圖精度依然領先歐美十個百分點左右。「8年抗戰，我們基本上走在世界的前面。」這讓擔任清華大學地球系統科學系（以下簡稱地學系）主任的他引以為傲。

正是過硬的技術讓宮鵬帶領的團隊在2009年把目光從國內投向國際，並聚焦遙感基礎較為薄弱、地表覆蓋類型比較複雜的非洲。如今，經過數年的開拓合作，清華大學地學系與非洲多國的合作已初見成效。

「種花種草，等待國家挑選。」這是宮鵬常說的一句話。在「一帶一路」背景下，他的一個目標是在推進與兄弟國家合作的同時，「把中國人對世界的了解提高起來」。

領航世界 走進非洲

2009年，時任中科院遙感所遙感科學國家重點實驗室主任的宮鵬帶領合作團隊，完成了我國首張全國濕地分布遙感製圖。這為我國濕地資源變化監測提供了重要依據，也讓宮鵬產生了繪製全球地表覆蓋圖的決心。

「中國陸地面積是世界陸地面積的1/15，因此我們有能力做全球製圖。而且利用全球250個陸地生態系統通量塔的地表覆蓋屬性對歐美全球地表覆蓋製圖產品進行驗證，我發現總體準確度均未超過42%。」宮鵬認為這是一個讓中國人在遙感製圖方面走在世界前列的機會。他的目標是將全球製圖的空間解析度提高一個數量級，把當時最高的300米解析度做到30米；同時使其在精度上至少提高10%。

2010年，在宮鵬等人的呼籲下，我國全球地表覆蓋製圖項目應運而生，清華大學地學系是參與方之一。其間，美國地調局（USGS）也打算開展類似項目，宮鵬課題組於是向項目負責人請纓快速做一個全球地表覆蓋製圖，結果他們率先在2011年底做出了擁有世界最高空間解析度的全球地表覆蓋圖（FROM-GLC），其總體準確度達到64%以上，使中國人的遙感應用首次領先於世界。

隨後，為進一步優化全球製圖中荒漠乾旱區以及植被和裸地過渡帶的地表覆蓋分類結果，宮鵬團隊在2013年發起並推動了以非洲為對象的快速遙感製圖。這一活動得到了聯合國環境規劃署（UNEP）和USGS的輔助以及19個非洲國家和組織的響應，同時成立了非洲土地覆蓋製圖工作組，並由宮鵬和清華地學系副教授俞樂擔任工作組顧問專家。「這說明如果你做的是一件重要的事，很多人就會響應。」宮鵬說。

2014年，工作組建立了高解析度非洲土地覆蓋資料庫，這對了解非洲土地資源、陸地生物棲息地和環境指征具有重要意義。2016年，清華大學再次在概念上創新，牽頭首次完成大洲尺度遙感動態地表覆蓋製圖樣本庫。「這是首個針對非洲的動態、多季節樣本庫，將最初版的FROM-GLC在非洲地區總體準確率從69%提高到77%。」該圖製作者之一趙圓圓博士介紹說。有季節動態的製圖有助於實時了解生物及其生境的變化，並據此開展保護工作。

培養人才 「助力」造血

長期以來，非洲的貧困、健康、糧食安全與生物多樣性保護等問題是全球可持續發展目標的關注焦點。在宮鵬看來，中國與非洲最好的合作是提高其「自我造血」能力，而人才培養是其中的一個關鍵。

「來清華大學讀博我一點也不後悔。」誇梅·哈克曼（Kwame Hackman）在接受《中國科學報》記者採訪時說。哈克曼是清華大學首位迦納籍博士生，2012年師從宮鵬攻讀生態學方向的博士。如今，4年的在華求學生涯已經讓他「嶄露頭角」。其間，他已發表了5篇論文，其中包括3篇SCI論文。因為表現優異，他今年還被推選為聯合國生物多樣性與生態系統服務政府間平台（IPBES）的迦納代表。

據介紹，迦納是世界上典型的雲層覆蓋最為密集的地區之一，這為遙感圖像收集帶來了挑戰。在清華大學支持下，哈克曼用半年時間收集了1500多張第一手的地面照片資料來驗證遙感製圖。

今年6月畢業後，哈克曼將回國到大學任教，他希望在「一帶一路」背景下繼續推動雙方的科學合作與交流。「科學對於非洲未來的發展非常重要，可以為政府提供決策支持。而現在非洲很多大學的前沿學科規模很小，資源也非常少。」他說，「回到祖國後，我還會做遙感數據收集，還要和清華大學的師長和朋友一起合作，制出更多更好的圖。」

一直以來，在吸引第三世界國家優秀人才留學方面，歐美國家都是我國的強勁競爭者。「隨著我們國家遙感監測技術發展越來越快，我相信會把非洲的優秀學生源源不斷地吸引過來。」宮鵬說，這將有利於推進長遠合作。

落地非洲 「授之以漁」

「授人以魚」不若「授人以漁」。除了把非洲的青年人才引進來，宮鵬還帶領團隊走出去，讓中國的技術在非洲落地開花。

今年1月，該團隊到肯亞、烏干達和衣索比亞等東非三國調研，並展示了自主研發的全球地表覆蓋製圖系統（FROM GLC-MP）系統。「這個系統中包含了清華地學系積累的30米解析度全球遙感影像資料，可以支持樣本採集和共享並訓練分類模型，讓非洲研究人員用採集的樣本做自己的產品。」地學系副教授白玉琪告訴記者。

「現在，合作方已經能夠進行樣本的創建、維護和共享，下一步是進行地表分類及製圖。」白玉琪說。這將需要龐大的計算資源，為了提高FROM GLC-MP系統在非洲乃至全球訪問的穩定性及便捷性，他們計劃在非洲建立本地化的伺服器，讓基礎設施落地非洲，並在當地培訓技術人員，推動長效合作。

隨著技術的發展和合作的深入，宮鵬計劃進一步提高遙感觀測的精度。「百米級的解析度可以觀測到一般的農田田塊，30米級可以看清類似美國農場面積較大的粗放田塊，但要看清亞洲和非洲的土地利用情況，還要將解析度再提高一個數量級。」宮鵬透露，更精細的全球陸地觀測製圖將有利於從了解土地覆蓋向土地利用轉變，並進一步保護諸如藤間小雀等活動範圍較小的生物的多樣性。

「我們有一個大的目標：提高中國人對世界的了解，掌握第一手的全球地表覆蓋、土地利用資源等情況，在國家有需要的時候，用我們擅長的、已經有準備的東西服務國家。」宮鵬說。

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