【侠客岛】十年“数”树，我们是认真的

【侠客岛按】
你知道中国有多少棵树吗？
近日，由北京大学、中国科学院等科研机构组成的联合研究团队，首次对全国树木数量进行测算，绘制出中国首张“树密度地图”。
截至2020年，中国树木总数为1426±3.5亿棵，相当于实现“人均百树”。
为什么要“数”树？怎么“数”才科学？侠客岛邀请了北京大学遥感与地理信息系统研究所所长郭庆华，一起来听他的讲述。

郭庆华（中）在开展野外调查。图源：中国环境

一

中国有多少棵树？
在完成调查前，说实话，我对这个数字也没概念。
现在，我可以告诉大家的是，根据我们的调查估计，截至2020年，中国大约有1426亿棵树，中国人均拥有约100棵树。
在研究中，有很多有意思的发现——
从植被类型看，寒温带针叶林植被区以约720棵/公顷的树密度，贡献了全国超六成的树木（约879亿棵树）；而暖温带落叶阔叶林区的树木密度最高，约989棵/公顷。
从地理区域看，西南地区树最多，约360亿棵；东北、东南、西南地区的树木数量和密度，显著高于北方和西北地区。从流域看，长江流域以约496亿棵树的绝对优势居于首位，东南诸河流域、西南诸河流域、珠江流域与松辽流域等，均有超100亿棵树。
从省域看，四川、黑龙江、云南和广西的树木数量均超过100亿棵，占全国树木总量的32%。其中，四川凭借复杂地形和多样气候条件，树木数量达全国之首。而在人均数量上，西藏位列第一，人均拥有近2000棵树。

郭庆华团队在开展野外调查。图源：受访者供图

二

中国这么大，这么多的树，是怎么“数”出来的呢？这个过程可能跟很多人想象得不一样。
我们通过科学抽样，选取了超7.6万个样方，通过实地调查样方，估算出全国树木总量。
这7万多个样方，我们团队走了个遍，前后花了10年左右时间，采集了400多TB数据。什么概念呢？一张照片按5M大小算，400TB相当于8000多万张照片的体量。
采集这么多数据，光靠肉眼和纸笔记录肯定做不到。我们把“数”树的过程，理解为给树林做CT扫描。它离不开两只“眼睛”：一只在空中，一只随身携带。
空中的“眼睛”是无人机上的激光雷达传感器。
我们研发出一些设备和工具，把它们挂在无人机上。其中有激光发射器，每秒可发射出上百万个激光脉冲，而且可旋转，能多角度采集数据；还有相机，可同步拍摄照片、视频等数据，与激光数据互为补充。
随身携带的“眼睛”是手持设备。
最早我们带的是类似于背包的设备，这几年迭代到手持大小，更轻便，功能也更多。手持设备也可同步采集激光和影像数据。我们在林下随走随拍，效率比以前高了很多。
天上的“眼睛”俯瞰下面的情况，随身携带的“眼睛”平视和仰视，这样一来，一片树林的全景图很快就绘制出来了。
这些设备和技术，全是我们自主研发的。

无人机在为树林做“CT扫描”。图源：受访者供图

三

有人问，现在AI这么火，你们用上了吗？
答案当然是肯定的。
如果说激光雷达和相机是眼睛，那AI就是智慧大脑。无论在硬件端还是软件端，AI都是我们的好帮手。
在实际测量过程中，我们经常遇到一个难题：同一片树林的地表是有起伏的，如果要知道这里面每棵树的高度，显然不能把所有树都放在同一个水平面上计算。
因此，我们针对地形的起伏，把包含AI算法的模组固化到硬件中，这样就可以针对地形起伏来调整飞行高度。
AI在软件端的应用就更重要了。
试想，在上千平方公里或更大面积上采集出的巨量数据，如果都靠人工去提取关键数据点，那要等到什么时候？这时就要用上AI算法，比如怎么建立一个AI模型，让它自动提取森林的结构参数等。
AI要做的，就是解读上面说的CT扫描片，发现其中的关键信息，再整理成报告，形成树密度地图等。

激光雷达点云单木分割结果。图源：中国环境

四

十年“数”树，我们是认真的。我觉得我们干了件很酷的事。
当然也有人问：做这事的意义是啥？
其一，树的数量和密度是生态系统质量的晴雨表，一个地方生态好，树密度就会高一点。反之亦然。
其二，现在全球都面临应对气候变化的时代课题。中国作为负责任大国，这些年人工林的种植面积居世界首位，未来我们还将继续为地球增添绿色。
基于这些考虑，我认为摸清树木家底十分重要。这项工作可以为我们更高质量地种树提供数据支撑，比如，在哪里种树，种什么类型的树，种多少棵树等。因此我们团队多年如一日，始终坚持做森林研究。
作为一名科研工作者，我希望能够通过自己的研究，为地球的可持续发展贡献力量。
口述／郭庆华（北京大学遥感与地理信息系统研究所所长）
采访整理／一鹤
编辑/点苍、辛夷、云鹤
来源/侠客岛微信公众号