华东师范大学余柏蒗教授:探索“暗夜之眼”,坚守教育初心
如今的夜间灯光遥感,已成为研究城市问题、区域发展的重要手段。作为我国最早研究夜间灯光遥感数据的团队之一,华东师范大学地理科学学院、地理信息科学教育部重点实验室余柏蒗教授团队取得了许多代表性成果。高校GIS论坛特邀专访2020第八届高校GIS论坛“高校GIS创新人物”余柏蒗教授,听他讲述这双“黑夜中的眼睛”。
横跨物理属性与社会属性的夜间灯光遥感
记者:作为我国最早研究夜间灯光遥感数据的团队之一,请您谈谈夜间灯光遥感的基本发展情
夜间灯光遥感有效拓展了传统遥感难以实现的应用领域,例如可以用于社会经济指标的估算、城市结构的分析、突发事件的监测、评估战争对城市和人口的影响等;可以用于对自然灾害的评估,比如飓风、地震、洪水等灾害导致的灾损情况;除此之外,由于诸多鱼类具有趋光性,夜光遥感还可以用于对渔业的调查;南京地理与湖泊研究所湖泊环境遥感团队曾运用夜光遥感监测夜晚非法采砂船只,并准确地提供了采砂船的时空分布特征;夜间灯光遥感还可以做大气环境的监测、PM2.5的估算等。另外夜间灯光遥感不仅能够反映灯光信息,其对月光强度也有很好的响应能力。得益于此,我们团队黄艳副教授近期成功实现了通过月光强度对夜间积雪的判别。总的来说,夜光遥感的应用领域还是比较广泛的,我们也期望有更多的科研人员能够关注到这一领域。
记者:近年来您和团队在夜间遥感领域做了哪些工作?取得了哪些主要成果?
余柏蒗:我们团队所做的工作分为三个方面,一部分是提升数据质量,构建长时序的夜间灯光数据,针对灯光数据本身存在的一些问题提出方法和模型,来对原始数据进行处理。我们采用模型对两种不同的灯光数据进行了一种类似于校准的工作,形成了一套长时序的、连续的、可对比的全球数据,形成数据产品对外发布共享,供大家下载使用,如今年发布的全球500m分辨率“类NPP-VIIRS”夜间灯光数据集。
另外两部分是针对城市化的两个方面来开展研究,城市化的过程包含了社会属性和物理属性。所谓社会属性,即城市化进程在社会经济结构上的体现,包括人口的聚集、GDP的增长等,传统的遥感很难对这些内容进行监测,这时夜间灯光遥感就可以作为优秀的指标来探测城市化的社会属性。我们经过十几年的探索,基于夜光遥感数据提出了涵盖城市社会与自然环境的感知框架和信息融合的概念,建立了一个多元数据的融合框架,将灯光遥感数据、其他遥感数据还有大数据中的有效信息提取出来,以期服务于社会和自然环境情况的分析研究。
所谓物理属性,即城市化进程在空间结构上的体现,包括城市建成区、城市多中心结构、城市群等。我们针对不同尺度的研究与应用需求,提出了连续场表达、面向对象结构和图论的方法体系,实现了从城市内部要素尺度到城市群尺度的城市空间形态分析,提升了城市空间结构的遥感分析与知识发现能力。
记者:夜间灯光遥感数据具体可以研究与解决哪些城市问题?比如今夏南方的大范围持久高温天气导致多地发生山火,夜间灯光遥感可以对此发挥什么作用?
高温天气引起的山火夜光遥感是可以监测的。因为很多夜间灯光遥感数据也提供日数据,在晴朗无云的天气下对某个地方进行定点监测,与前一天晚上的灯光数据对比,就可以分析出火点的分布。不过目前对于日数据的使用相对较少,因为日数据的使用存在很多难题,比如云层覆盖等因素,但是我相信克服了这些困难后,日数据可以发挥很大的作用。
记者:5月份,您在国家地球系统科学数据中心更新发布了全球500m分辨率“类NPP-VIIRS”夜间灯光数据集(2000-2021年),之前也上传过中国二氧化碳排放量数据集(1km)(1997-2012年)等数据集,可否分享下这方面的内容?
余柏蒗教授与团队成员讨论课题
寓学于趣,由内而生,让科学普及“活”起来
记者:9月份中办和国办发布了《关于新时代进一步加强科学技术普及工作的意见》,提到“要把科学普及提到跟科技创新同等重要的位置”,您也提到近年来大众对夜光遥感的兴趣与日俱增,那您又是如何科普夜光遥感的?
例如GISChaser曾推送过《夜间灯光卫星看苏伊士运河“堵船”》,借用夜间灯光遥感影像具备捕捉夜间地球表面微弱灯光的能力,为公众了解这次搁浅事件带来更为独特的视角。还有《从卫星上看,新疆正在变亮》,当时新疆棉事件沸沸扬扬,我们希望用灯光数据来对新疆做一个客观的呈现和有力的反击。诸如此类的文章还有很多,大家可以通过夜光遥感在时事中了解客观的真相,同时也进一步认识夜光遥感。
记者:2022年对上海来说十分特殊,借助夜间灯光遥感数据是否能够分析疫情对民众生活、经济建设等方面的影响?GIS在疫情防控中又发挥了怎样的作用?
当前的大数据分析、时空轨迹分析还有城市管理,都离不开 GIS。比如目前流行的“一网统管”系统,就是基于GIS来开发的。GIS科研人员、企业家们应该可以看到社会对于GIS需求越来越大,所以我想高校也需要做一些推进工作进一步宣传推广GIS,许多人认为GIS是计算机专业的人在做,但实际上我们需要强调“GIS”是“G”加“IS”。“IS”是信息系统,加上了“G”并不是有所限制,而是有所扩展。例如带有空间定位特征的数据的处理和分析“IS”做不到,但是“GIS”能做到,从事GIS行业还是要有地学思维的。
寓教于人,二十余年坚守教育初心
记者:华东师范大学在人才培养方面更注重学生哪些素质与能力的培养?我们都采取了哪些实际行动?
记者:从1998年进入华东师范大学求学、任教至今, 24年光阴里有什么印象深刻的经历?这些年来您觉得自己的变与不变在哪里?
今年的疫情期间学校封闭管理,我在校跟学生同吃同住一个多月,一起做志愿者为大家服务,看到学生们很可爱的一面,感觉自己也充满了朝气,生机勃勃,可以说这些都是使我作为一名人民教师的初心坚持不变的动力与源泉。
记者:作为论坛“高校GIS创新人物”的获得者,您也先后两次参与论坛报告,论坛给您留下了哪些印象?2022第十届高校GIS论坛即将举办,您希望通过这个平台和其他院校的老师做哪些方面的交流?对论坛在未来做哪些创新与突破有何建议?
人物介绍
余柏蒗,博士,华东师范大学地理科学学院、地理信息科学教育部重点实验室教授,博士生导师,青年长江学者(2018年度)。2009年毕业于华东师范大学地图学与地理信息系统专业获博士学位,之后留校工作。主要从事夜间灯光遥感、城市空间信息遥感分析、城市三维形态遥感等研究工作。
主持了国家自然科学基金等多项国家级和省部级科研项目,在Remote Sensing of Environment、IJGIS、Annals of AAG、遥感学报等期刊发表学术论文100余篇,其中SCI/SSCI检索80余篇。IEEE高级会员,中国地理信息产业协会理论与方法委员会副主任委员、教育与科普工作委员会委员,中国测绘学会摄影测量与遥感专业委员会委员,国际数字地球学会中国国家委员会激光雷达专业委员会委员,遥感学报、Remote Sensing副主编、Journal of Spatial Science等期刊编委,担任40余个SCI期刊审稿人;获上海市科技进步一等奖、上海市青年五四奖章等奖励。
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