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陈富龙:漫步在遥感技术的大道上

来源:  发布时间:2014-03-31

本刊记者  严永红    

 

        2012年9月,在历经4年半海外科研生涯的磨砺后,陈富龙以中国科学院“百人计划”高层次人才引进加入中国科学院遥感与数字地球研究所参加工作,并担任研究员。从求学到治学,从内地到香港,陈富龙都是最优秀的那批人,翘首走进遥感技术的知识殿堂。而今,他满腔热血回归,带着多年累积的科研经验,一边潜心在遥感技术的科研创新中,一边又奋斗在遥感技术应用的实践中,理论联系实际,不断地寻找着科技智慧和现实生产力的最佳切合点,期望为遥感技术的发展与应用贡献自己的青春和智慧。
        岁末年初,我们来到中国科学院遥感与数字地球研究所采访陈富龙,走进了他在遥感技术领域的探索历程。


青春熠熠辉


        2011年,亚洲遥感协会为陈富龙颁发了“村井俊治奖——年度亚洲遥感学会最佳青年论文奖”。这在别人眼里光芒四射、让人惊叹的荣誉,在陈富龙的叙述中却如云淡风轻般平常,若不是我们有意提起,他似乎早已将之忘诸脑后。
        “之所以获奖,在我看来归属于两大原因:一是因为我的选题比较有意义——用微波遥感技术解释冰川变化与全球变暖之间规律的关系,获得了一些定量的分析结果,该选题得到了评委们的青睐。二是我的工作做得还算细致,不仅在理论上做出了创新,还通过实地考察进行了科学验证。” 
        诚然,一个年青科学家对理想的执着与追求本不是为了所谓的奖项,因为科研之路意味着枯燥与乏味,意味着日复一日的实验与攻坚,意味着淡漠名利,甘于寂寞。每当谈起当初为何会选择走上遥感技术研究的专业道路,陈富龙回忆说,一切都是顺其自然的结果。
        在1999年的秋天,陈富龙顺利走进了武汉大学遥感信息工程学院的殿堂,珞珈山下的四年,是他人生中的一段美好时光。随着专业课程的开启,陈富龙对遥感这种新型、实用性技术的兴趣日渐浓厚。他说,接触的时间越久,掌握的理论越多,他越发现,遥感是一门应用面很广的科学,它不仅涉及到全球变化和地球系统科学方面的研究,在资源环境和其他领域也有着广泛的应用。
        遥感研究的广阔前景让陈富龙更加扎实深入地将自己的研究开展下去。在拿到本科毕业证书之后,陈富龙又报考了中国科学院遥感应用研究所,开始了硕博连读的学习。对于他来说,研究生阶段的学习才是开启探索生活的真正起点。
        然而,在一个地方待久了,总想去外面的世界看一看,想去世界上最好的学校、最好的课题组进一步深造、丰富一下自己的理论知识。抱着这样的信念,2008年7月,陈富龙得到了去香港深造的机会。在香港中文大学三年博士后研究员科研生涯的磨砺中,他曾多次带领项目团队,成功完成课题项目工作,并于2011年7月博士后出站,在香港中文大学担任副研究员,开始了在雷达干涉与时序数据分析等方向的研究工作。 
        “在香港,我参与了香港中文大学DG项目、香港研究资助局RGC项目以及香港创新署ITF基金等项目,主要做的是雷达干涉地表沉降监测与分析研究,尤其关注了珠三角城市群地表下陷与滑坡泥石流等地质灾害。2010年,我所在的团队提出了大型人工线状地物空间技术监测的理念,并组织召开了首届大型国际研讨会,我们倡导把空间遥感技术应用于大型人工线状地物监测保护与智能管理。”
        香港海外科研经历,陈富龙认为它对自己的人格素养及求学笃实的科研态度起到了很好的塑造作用,而今回到内地工作,完成了从求学人到治学人的角色转换,对他而言是一个新的开始,更是一个全新的挑战。 
        其实,在遥感与测绘方向历经磨炼的陈富龙,早已是这一领域的一颗“新星”,他具备扎实的学术能力,曾在重要学术期刊上发表论文40余篇(其中以Remote Sensing of Environment代表SCI论文10余篇),完成专著撰写1部,组织国际研讨会3项,参加国内外学术会议并做专题报告10余次,ADSAR 2011获最佳论文奖,ACRS 2011获Shunji Murai Award(亚洲遥感学会最佳青年论文奖), 受邀参与SCI学术期刊和国际研讨会论文审稿20余次,获得国家专利和软件著作权共2项。他还擅长技术沟通和科研交流,曾赴美国USGS、意大利CNR访问并作专题报告,能与国内外专家畅谈,曾同武汉大学、中国测绘科学研究院、中国科学院等兄弟单位进行项目合作。


为遥感考古尽一份力


        十八大后,习近平总书记提出了文化强国的理念,中国科学院遥感与数字地球研究所所长郭华东院士顺势希望把遥感考古这个方向做实做强。遥感考古是一个很有潜力、新兴的学科方向,尽管我国早在十余年前就涉足了这一领域,并经过多年努力获得了系列阶段性成果,但仍缺乏科学方法论的指导,亟需开展以电磁波全谱段考古机理与响应为代表的基础研究,也就是在这样的背景之下,陈富龙作为高层次人才被该所引进,并寄予引领和发展遥感考古的厚望。
        其实,通过遥感技术辅助考古并不是什么新鲜事。上世纪80年代国外就有所尝试,我国科学家也曾利用雷达卫星遥感技术揭示了被沙土掩埋的长城遗迹及隋唐大运河遗迹等。目前空间遥感技术应用于遗产监测与保护已引起国内外的高度重视。联合国教科文组织第34届世界遗产大会明确指出“随着遥感技术的持续进步,可利用该技术提供世界遗产地时序信息,以证实世界遗产所面临的威胁是否减轻或恶化”。
        但对于将遥感技术应用于考古领域的现状,陈富龙所在的数字遗产研究室并不是特别满意,研究团队认为“在我国,遥感技术和考古基本上是‘两张皮’,各干各的,最多也就是搞考古的拿着遥感图像看一看,没有让两个学科真正的融合在一起”。陈富龙指出,目前考古科学研究范式正在经历嬗变,多学科交叉融合与创新也层出不穷,相关研究亟需向纵深方向发展。其次,“现有的海洋卫星、资源卫星都有对应的谱段对其进行监测,而遥感考古这个方向没有卫星,显而易见遥感考古研究目前散而杂,并没有形成一门健全的学科体系。”
        基于遥感考古的重要性及其发展现状,陈富龙加入中国科学院遥感与数字地球研究所后竭尽全力希望为该学科的发展尽一份力。
        “目前我的主要研究方向集中在雷达遥感考古、遥感地质灾害以及雷达遥感与冰川冻土三个方面。”方向清晰之后,陈富龙在遥感技术的创新之路上,以自己的严谨、勤奋以及对社会的责任不懈地攀登着、奋斗着,为遥感考古技术的进步贡献着自己的青春和智慧,也努力地诠释着一个年青科学家对理想的执着与追求。


雷达遥感考古


        文化遗产是记录人类社会演化和进步的宝贵财富,受各国政府高度重视。近年来,人类活动加剧、全球变暖及重大自然灾害严重威胁着文化遗产地的安全和可持续发展,亟需各国政府采取切实措施,探索科学有效的方法对文化遗产进行监测、保护和管理。而雷达遥感具有全天候,全天时的工作能力、通过主动发射脉冲信号波,获取反映地物雷达后向散射的地物特征。雷达遥感极化和穿透特性有利于干沙区考古目标的探测与发现,其干涉特性有利于遗产目标及赋存环境变化监测与灾害分析。
        基于雷达遥感技术的优越性,近期陈富龙参与了中意政府间的合作项目“基于对地观测的中意文化遗产地智能管理与试点应用研究”。项目通过对认知的提升、方法的创新和技术的开发,中意双方联合开展文化遗产地智能管理应用研究,以支持文化遗产地持续监测和完整性保护。项目主要关注中意双方遥感、地球物理和诊断工具在文化遗产科研中的交流和训练,进而实现优势互补和共同进步。令人欣喜的是,目前该项目已取得阶段性产出,包括通过了共建虚拟联合实验室的预案,以实现数据和成果共享等。
        此外,在项目“基于雷达遥感的吴哥遗产地灾害监测与评估”中,陈富龙以中-高分辨率星载雷达为主要数据源,充分利用雷达遥感全天时、全天候和穿透等特性,研究基于强度及相干特性的吴哥遗产地洪水监测与评估方法,深入探索以SBAS为代表的大范围地表形变和以4D-InSAR为代表的遗产本体异常形变。以时序分析为切入口,研究吴哥遗产本体及周边赋存环境异常形变地质灾害发展趋势与演变规律;通过对洪灾信息统计分析、异常形变监测与诊断,为吴哥遗产地可持续化发展提供理论依据和技术支撑。


遥感地质灾害与冰川冻土


        地质灾害日益严重,考虑到对突发性地质灾害抢灾救灾工作的时效性要求,应用遥感技术开展地质灾害监测极其必要,是当代高新技术发展的必然趋势。将雷达遥感用于地质灾害的监测也是陈富龙长期以来关注的科研方向之一。他以国家中长期科技发展规划为纲领,结合我国城市化进程和高速交通网迅猛发展,从探索雷达遥感理论方法出发,首次围绕大城市群地表沉降、大型轨道交通安全运营监测等前沿科学问题,引入永久散射体雷达干涉技术(PS-InSAR)开展高精度定量形变反演研究,在大范围地表沉降及交通网形变监测、滑坡体驱动力分析等方面获得了一系列显著成果,并获同行专家一致好评。
        在这一领域,他典型的科研产出包括:利用微波遥感全天时、全天候的优势,对多云多雨香港地区潜在滑坡实施遥感监测,并完成驱动力分析和地学解释,研究成果可用于大型遗产地周边不稳定地表探测、识别与评估;结合我国大城市圈发展规划,首次尝试使用永久散射体干涉技术开展大范围城市群地表沉降和驱动力分析研究,以珠江三角洲为例获得了令人鼓舞的阶段性成果;结合极化和相干信息,以上海为试验区反演获取高密度地表形变场并完成驱动力分析;针对市政工程建设,采用雷达干涉技术,获取广州地铁5/6线施工现场地表形变信息,为施工建设提供智力支持,积极探索雷达干涉技术在大型人工线状地物(以高铁、高速公路等轨道交通网为代表)形变监测方法等研究。


雷达遥感与冰川冻土


        随着人类开发大自然的加剧,全球变化(包括全球变暖、臭氧层破坏、森林锐减、物种灭绝、资源短缺)已经成为国内外社会关注焦点,并将对人类生存和社会可持续发展产生长远影响。冻土作为冰冻圈中全球变暖响应敏感因子,其演化模式不仅可用于分析、预测变暖趋势,且同区域乃至全球水环境、碳循环、生态、农业和地表景观息息相关。鉴于其重要性,冻土科学已发展成为地球系统科学的热点问题。应对冻土演变与人类活动复杂的交互响应,在我国深化西部和边远地区资源大开发背景下,如何掌握我国冻土时空分布规律,建立冻土演化与区域气候、环境耦合机制,评价冻土退化对大型基建工程的影响已成为制约区域可持续发展的关键科学问题之一。 
        针对上述科研问题,陈富龙的研究拟将从复杂自然场景长时间序列SAR复影像高精度配准出发,克服场景雷达影像严重失相干,探索面向冻土地表形变精确监测PS-InSAR方法和模型,建立冻土时空演化与区域气候、环境过程耦合机制。 
        近期,他就主持了国家自然科学基金青年科学基金项目2013/2015“基于雷达干涉青藏高原冻土演化模式及响应监测研究”。在该项目中,他将负责InSAR大气延迟改正和轨道误差改正研究。而在他作为项目主要负责人参与的项目ESA/NRSCC Dragon 3 cooperation programme 2012/2016中,他将负责项目申请书的起草与撰写,以及作为中方核心代表,负责邀请中/欧项目团队科学家。据他介绍,在项目实施期间,他将重点研究青藏地区冻土演化、人类活动及全球变暖之间的耦合机制。

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