本刊記者 周珈慧

內(nèi)蒙響沙灣

人類“鳥瞰”地球的夢(mèng)想催生了遙感這門科學(xué)的興起，高光譜遙感是遙感科學(xué)最前沿的領(lǐng)域之一。新中國建立后特別是最近的30多年，中國的高光譜遙感研究取得了長(zhǎng)足的發(fā)展。未來，有著自身優(yōu)勢(shì)的高光譜遙感技術(shù)將會(huì)在越來越多的領(lǐng)域里得到廣泛應(yīng)用，并越來越彰顯著其巨大的科技和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

為了使高光譜遙感技術(shù)能夠在人們的生產(chǎn)和生活中創(chuàng)造更大的價(jià)值，我國遙感科學(xué)家們辛勤耕耘，創(chuàng)新不息，用他們的智慧和努力、堅(jiān)毅和執(zhí)著不斷地譜寫著高光譜遙感技術(shù)的新篇章。在這些致力于高光譜遙感科技創(chuàng)新和發(fā)展的專家學(xué)者里，中國科學(xué)院遙感應(yīng)用研究所高光譜研究室主任張立福，多年來潛心在高光譜遙感技術(shù)的科研創(chuàng)新中，形成了自己的特色。

轉(zhuǎn)行投入遙感懷抱

1988年，張立福以優(yōu)異成績(jī)考入武漢大學(xué)遙感信息工程學(xué)院，學(xué)習(xí)攝影測(cè)量與遙感專業(yè)，大學(xué)本科學(xué)習(xí)期間，他的專業(yè)學(xué)習(xí)成績(jī)并不算突出，他愛好文學(xué)更多于所學(xué)專業(yè)。他熱衷于文學(xué)創(chuàng)作，更多精力投入了文學(xué)創(chuàng)作當(dāng)中，并陸續(xù)發(fā)表了若干篇微型小說作品。大學(xué)畢業(yè)時(shí)因其在文學(xué)創(chuàng)作方面“小有名氣”，且政治表現(xiàn)優(yōu)秀，被學(xué)?？粗辛粜Ｔ诔霭嫔绻ぷ鳎蔀榱艘幻侣劤霭婀ぷ髡?。后又因其工作刻苦努力，很快成長(zhǎng)為出版社的中堅(jiān)力量，期間他歷任編輯部主任、發(fā)行部主任，多次被評(píng)為優(yōu)秀共產(chǎn)黨員，湖北省優(yōu)秀編輯，所編輯圖書曾獲得國家科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)、湖北省優(yōu)秀圖書編輯獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)等各種國家、省部級(jí)獎(jiǎng)勵(lì)若干次，是當(dāng)時(shí)出版社獲得各種圖書成果獎(jiǎng)勵(lì)檔次和數(shù)量最多的編輯。那時(shí)的張立福在圖書編輯崗位如魚得水，本以為將來會(huì)在新聞出版戰(zhàn)線一展宏圖，并在文學(xué)創(chuàng)作上有所建樹，他從沒想到自己日后能成為“國家隊(duì)”的專職科研人員。

至于為何后來放棄愛好的文學(xué)，從新聞出版戰(zhàn)線轉(zhuǎn)投遙感科研的懷抱，張立福笑言那都是“緣分”的結(jié)果，“1996年，在‘緣分’的促使下，我在職攻讀了武漢大學(xué)測(cè)繪遙感信息工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的碩士學(xué)位，在學(xué)習(xí)過程中，我對(duì)遙感這一領(lǐng)域的科研工作產(chǎn)生了濃厚的興趣。”正是這次“緣分”，讓張立福真正愛上了這個(gè)讓他日后傾注全部熱情與精力的領(lǐng)域。

2011年澳大利亞CSIRO高訪

2011年指導(dǎo)學(xué)生野外試驗(yàn)

接觸的時(shí)間越久，掌握的理論越多，張立福越發(fā)現(xiàn)，遙感是一門應(yīng)用面很廣的科學(xué)，它不僅涉及到全球變化和地球系統(tǒng)科學(xué)方面的研究，在資源環(huán)境和其他領(lǐng)域也有著廣泛的應(yīng)用。遙感研究的廣闊前景讓張立福更加堅(jiān)定了扎實(shí)深入地將自己的研究開展下去的念頭。攻讀完碩士學(xué)位后，“機(jī)遇”使他有機(jī)會(huì)全身心備戰(zhàn)武漢大學(xué)博士研究生入學(xué)考試，他拿到了武漢大學(xué)測(cè)繪遙感信息工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室公費(fèi)博士生錄取指標(biāo)，得到了攻讀博士學(xué)位繼續(xù)深造的機(jī)會(huì)。

“我們國家在高光譜遙感研究領(lǐng)域起步比較早，在國際上處于領(lǐng)先位置，但在儀器研制，尤其是核心遙感探測(cè)器件的制造工藝方面，我們相對(duì)落后于發(fā)達(dá)國家?！碑?dāng)時(shí)國內(nèi)有限的儀器研究條件和求知的欲望使張立福認(rèn)識(shí)到，科學(xué)是無國界的，想要在遙感研究領(lǐng)域有所建樹，就必須要走出國門，到國際上去學(xué)習(xí)更多先進(jìn)的遙感科學(xué)技術(shù)理論和方法。

2003年，張立福遠(yuǎn)赴日本深造，期間他受到國外教授嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致、一絲不茍的鉆研精神以及國外科研體制的影響，使他很快由非科研行業(yè)，轉(zhuǎn)入正宗國家科研團(tuán)隊(duì)，并能夠在短短幾年取得突出成績(jī)。

“在日本，很多學(xué)者都不局限于自身專業(yè)的限制，完全按照自己的興趣做研究，把科研當(dāng)成是興趣和享受，這種自由研究的科研氛圍對(duì)我影響很大。”一年后，張立福不僅拿到了博士學(xué)位，研究成果還獲得了日本京都市長(zhǎng)獎(jiǎng)。

2005年，張立?；貒M(jìn)入北京大學(xué)從事博士后研究，期間曾獲得博士后科學(xué)基金一等獎(jiǎng)資助，當(dāng)時(shí)一等資助全國僅有10名，而他所從事的專業(yè)只有他一人得到一等資助，同時(shí)他也獲得了863面上研究項(xiàng)目一項(xiàng)。博士后研究期間，張立福還歷任北京大學(xué)博士后聯(lián)誼會(huì)副秘書長(zhǎng)、副理事長(zhǎng)、北京博士后聯(lián)誼會(huì)副秘書長(zhǎng)等職務(wù)。

盡心打造一流團(tuán)隊(duì)

早在日本留學(xué)時(shí)，張立福就心系祖國遙感事業(yè)的發(fā)展，積極參與中國駐外使館的各種活動(dòng)。近年來，作為一門應(yīng)用廣泛的科學(xué)，遙感技術(shù)的重要性日益突顯。張立?？吹剑陙碓趪业拇罅Ψ龀窒?，國內(nèi)遙感領(lǐng)域的很多科研項(xiàng)目正在起步，作為一個(gè)長(zhǎng)期置身于國際研究領(lǐng)域的“有經(jīng)驗(yàn)的人”，如果能夠回國參與到這些科研項(xiàng)目的籌備和發(fā)展過程中，更好地借鑒國際的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)和成熟做法，就能夠幫助國家將投入最大化地轉(zhuǎn)化為效益，使資源得到優(yōu)化配置！

求學(xué)北大，其自由民主的科研氛圍不僅使張立福的學(xué)術(shù)水平得以提升，還使他得以結(jié)識(shí)我國航空遙感開拓者、高光譜遙感創(chuàng)始人、中國科學(xué)院院士童慶禧先生。2007年，張立福博士后出站，被人才引進(jìn)到中科院遙感所童慶禧院士研究團(tuán)隊(duì)從事高光譜遙感科學(xué)研究，成為了一名專職的科學(xué)研究人員。

2010年，張立福開始擔(dān)任中科院遙感所高光譜研究室主任，這個(gè)研究室是上世紀(jì)90年代，在童慶禧院士積極倡導(dǎo)下創(chuàng)建起來的，它是國內(nèi)最早從事高光譜遙感研究的機(jī)構(gòu)之一，提出和發(fā)展了一系列高光譜遙感信息處理和分析的理論和模型，研發(fā)了HIPAS等相應(yīng)的遙感專業(yè)處理軟件，承擔(dān)了973、863、國家自然科學(xué)基金等一系列國家重點(diǎn)研究項(xiàng)目，取得了一系列重要研究成果。

對(duì)于團(tuán)隊(duì)的管理，張立福有著自己的標(biāo)準(zhǔn)，“首先要有事業(yè)心，要在工作中對(duì)自己從事的工作有一個(gè)執(zhí)著的追求，踏踏實(shí)實(shí)地做自己所從事的科學(xué)研究。此外，還要有獨(dú)立思考和解決問題的能力?！薄案憧蒲行枰獔F(tuán)隊(duì)通力合作，我對(duì)我的團(tuán)隊(duì)有信心！”“我提出要建立‘自由開放，兼容并蓄’的團(tuán)隊(duì)文化。”

目前，高光譜研究室現(xiàn)有科研人員14名，其中1名院士，6名研究員，5名副研，8名助研；博士碩士研究生30名左右。高光譜研究室致力于高光譜遙感領(lǐng)域的技術(shù)和應(yīng)用發(fā)展，對(duì)團(tuán)隊(duì)的前景，張立福躊躇滿志。

勤奮成就遙感專家

置身于中科院遙感所，從事的又是遙感技術(shù)最前沿的領(lǐng)域，更重要的是有我國高光譜遙感界權(quán)威科學(xué)家童慶禧院士和薛永祺院士?jī)晌辉菏康南ば闹笇?dǎo)，張立福如魚得水，也正是在這里，他的科研活動(dòng)得以向高、精、尖方向發(fā)展，站在了國際高光譜遙感前沿。

近10年來，張立福一直從事高光譜遙感理論與信息提取模型、高光譜遙感典型應(yīng)用研究。在多源/多時(shí)相衛(wèi)星數(shù)據(jù)歸一化特征提取模型構(gòu)建、新型高光譜植被指數(shù)模型建立、地面成像光譜數(shù)據(jù)典型應(yīng)用、高光譜影像空間分辨率增強(qiáng)算法研究、多維光譜數(shù)據(jù)庫理論與數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)等高光譜遙感的前沿科學(xué)問題方面，取得了初步研究成果。得到了國內(nèi)外學(xué)者的初步認(rèn)可和正面積極引用，研究成果曾獲日本《京都市長(zhǎng)獎(jiǎng)》，日本奈良女子大學(xué)、日本京都同志社大學(xué)等有關(guān)高校以及國內(nèi)武漢大學(xué)等研究人員，目前仍然利用他提出的UPDM以及VIUPD指數(shù)進(jìn)行后續(xù)的應(yīng)用研究。他還多次被邀請(qǐng)?jiān)趪鴥?nèi)外舉辦的遙感領(lǐng)域國際會(huì)議上做特邀報(bào)告等。

多源/多時(shí)相衛(wèi)星數(shù)據(jù)歸一化特征提取模型UPDM研究

多源/多時(shí)相衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)是實(shí)現(xiàn)區(qū)域乃至全球尺度遙感變化監(jiān)測(cè)、生態(tài)參數(shù)反演等研究必備的數(shù)據(jù)源，必須不斷的發(fā)射各種或者系列衛(wèi)星，才能滿足長(zhǎng)時(shí)間序列的遙感監(jiān)測(cè)對(duì)衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的需求；然而，由于衛(wèi)星壽命的限制，在長(zhǎng)期的遙感監(jiān)測(cè)過程中，所使用的遙感數(shù)據(jù)的載荷類型和指標(biāo)不可能一成不變，因此，必須研究一種針對(duì)該需求的多源/多時(shí)相衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的歸一化特征提取模型，來解決不同衛(wèi)星數(shù)據(jù)的歸一化問題，保證遙感監(jiān)測(cè)和定量遙感數(shù)據(jù)的一致性和可靠性。張立福自2001年開始，從事多源/多時(shí)相衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的歸一化模型、特征提取研究，創(chuàng)造性地提出了一種UPDM特征提取算法，建立了基于該算法的歸一化特征提取模型。

UPDM模型提取后的遙感特征，對(duì)于長(zhǎng)期大尺度的遙感連續(xù)監(jiān)測(cè)，植被信息提取，生物量遙感反演等等影響區(qū)域乃至全球的大的科學(xué)問題時(shí)，可以不用考慮多源、多時(shí)相的遙感數(shù)據(jù)的參量同化問題，對(duì)于快速分析研究重大科學(xué)問題，具有明顯的科學(xué)意義。

高光譜植被指數(shù)VIUPD研究

在進(jìn)行陸地生態(tài)、生物量估算、植被參數(shù)反演等研究中，一般是利用植被指數(shù)作為中間參數(shù)，建立經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，例如生物量估算、NPP、LAI等。VIUPD的計(jì)算利用了整個(gè)波段的有效信息，更能夠反應(yīng)植被的細(xì)微變化，因此，基于VIUPD建立的模型，精度更高。利用該植被指數(shù)進(jìn)行Aboveground Biomass（AGB）反演，精度明顯高于其它植被指數(shù)。

VIUPD植被指數(shù)由于利用的是不依賴于傳感器的特征參數(shù)，本身具備多傳感器歸一化的特征，因此即使是多源衛(wèi)星數(shù)據(jù)計(jì)算得到的植被指數(shù)，也可以直接進(jìn)行比較，這一點(diǎn)對(duì)于長(zhǎng)期的環(huán)境監(jiān)測(cè)、生態(tài)反演，具有重要的科學(xué)意義。

地面成像光譜數(shù)據(jù)典型應(yīng)用研究

高架車野外試驗(yàn)

張立福及其團(tuán)隊(duì)在國內(nèi)開創(chuàng)性地開展了地面成像光譜儀的應(yīng)用，在高光譜定標(biāo)方法研究、在植被信息生化參數(shù)反演、中藥藥效成分反演等方面，取得了原創(chuàng)成果，相關(guān)成果已經(jīng)陸續(xù)發(fā)表在“Sensors”，“Int.J.Remote Sensing”，“IEEE Trans.GRS”、“光譜學(xué)與光譜分析”等刊物上。

目前，地基成像光譜系統(tǒng)越來越受到全世界各領(lǐng)域研究者及公司的青睞，此外，在我國也有學(xué)者呼吁盡快發(fā)展新一代智能遙感衛(wèi)星系統(tǒng)，這些傳感器系統(tǒng)的一個(gè)重要共同點(diǎn)就是可以根據(jù)需求和研究目的不同，手動(dòng)或者自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)成像參數(shù)，以獲取高信噪比的數(shù)據(jù)。這一特點(diǎn)給傳感器輻射定標(biāo)帶來了難題和挑戰(zhàn)，張立福團(tuán)隊(duì)提出的基于可變成像參數(shù)的輻射定標(biāo)模型可以有效解決該類傳感器輻射定標(biāo)難的問題，普通用戶也不用擔(dān)心海量定標(biāo)系數(shù)的管理與使用問題，這將促進(jìn)該類新型傳感器系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，具有明顯的科學(xué)意義。

高光譜影像空間分辨率增強(qiáng)算法研究

高光譜遙感技術(shù)已經(jīng)發(fā)展了近30年，但其應(yīng)用能力遠(yuǎn)沒有發(fā)揮出來，究其原因是高光譜影像的空間分辨率往往不高，目前水平商業(yè)衛(wèi)星最高的也只有30m的空間分辨率，這樣就造成了光譜信息的混合，限制了直接從高光譜影像進(jìn)行地物識(shí)別的能力。張立福及其團(tuán)隊(duì)在高光譜影像空間分辨率增強(qiáng)研究方面，取得了初步成果，申請(qǐng)發(fā)明專利2項(xiàng)，獲得發(fā)明專利授權(quán)1項(xiàng)，國際刊物發(fā)SCI論文3篇，成果得到了大家的認(rèn)可。

自主研制的高光譜儀器FISS近照

高光譜數(shù)據(jù)的光譜特征對(duì)地物目標(biāo)的識(shí)別具有指紋鑒別效果，但由于高光譜數(shù)據(jù)的空間分辨率不高，所得到的光譜基本上是地物多目標(biāo)的混合，因此，以提高高光譜地物識(shí)別能力為目標(biāo)的高光譜影像空間分辨率提高算法研究，顯得很有意義，可以大大提高高光譜數(shù)據(jù)的應(yīng)用能力，同時(shí)也為新型高光譜對(duì)敵觀測(cè)模式設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)質(zhì)量評(píng)估提供重要的理論參考。

多維光譜數(shù)據(jù)庫理論與數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

張立福在遙感領(lǐng)域首次提出了“多維光譜數(shù)據(jù)庫的概念與設(shè)想”，使得原有的以二維表格形式存儲(chǔ)的光譜庫概念得到了拓展，豐富了傳統(tǒng)光譜庫的概念，能大大提升以“圖譜”合一為特色的成像光譜數(shù)據(jù)庫的有效信息量和檢索速度。該思想得到了國家自然科學(xué)基金的資助。

該研究的科學(xué)意義在于，實(shí)現(xiàn)高光譜影像圖譜合一的存儲(chǔ)和顯示，通過多維數(shù)據(jù)模型來構(gòu)建多維高光譜數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)高光譜數(shù)據(jù)的有效組織和查詢，在尺度轉(zhuǎn)換算法的支持下，得到不同空間分辨率和光譜分辨率的光譜數(shù)據(jù)，為高光譜遙感技術(shù)在應(yīng)用領(lǐng)域尤其是地礦領(lǐng)域的應(yīng)用提供支持。該想法是他在遙感領(lǐng)域首次提出，有望對(duì)推動(dòng)遙感光譜數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、管理以及高效利用，發(fā)揮重要作用。

近焦張立福

記者：請(qǐng)通俗地介紹一下什么是高光譜遙感？在這個(gè)領(lǐng)域中，您的研究主要是針對(duì)哪些問題或方向展開的？

張立福：高光譜遙感是高光譜分辨率遙感的簡(jiǎn)稱。它是在電磁波譜的可見光，近紅外，中紅外和熱紅外波段范圍內(nèi)，獲取許多非常窄的光譜連續(xù)的影像數(shù)據(jù)的技術(shù)。其成像光譜儀可以收集到上百個(gè)非常窄的光譜波段信息。高光譜遙感是當(dāng)前遙感技術(shù)的前沿領(lǐng)域，它利用很多很窄的電磁波波段從感興趣的物體獲得有關(guān)數(shù)據(jù)，它包含了豐富的空間、輻射和光譜三重信息。高光譜遙感的出現(xiàn)是遙感界的一場(chǎng)革命，它使本來在寬波段遙感中不可探測(cè)的物質(zhì)，在高光譜遙感中能被探測(cè)。

2011年澳大利亞，與女兒在一起

我的研究方向包括：高光譜前沿技術(shù)研究、瞄準(zhǔn)前沿算法、前沿關(guān)鍵技術(shù)等。發(fā)展先進(jìn)的高光譜信息提取模型，通過研發(fā)高光譜成像儀器，帶動(dòng)高光譜研究和關(guān)鍵問題的解決，以典型行業(yè)應(yīng)用，檢驗(yàn)驗(yàn)證發(fā)展的模型與算法。最終將研究成果在行業(yè)領(lǐng)域推廣應(yīng)用，為各行各業(yè)創(chuàng)造價(jià)值。

記者：實(shí)際應(yīng)用來說，研究高光譜技術(shù)具有怎樣的現(xiàn)實(shí)意義？我國對(duì)高光譜技術(shù)的研究在國際上處于怎樣的位置？

張立福：高光譜遙感由于具有較高的光譜分辨率，利用高光譜數(shù)據(jù)中地物的診斷性光譜信息，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)地物的精細(xì)識(shí)別和定量參數(shù)反演。

說中國高光譜遙感的發(fā)展，必須提到兩位院士，一位是童慶禧院士，還有一位是薛永祺院士。童院士是我們國家高光譜遙感的開拓者，這個(gè)概念是從美國引入過來的，他跟薛院士共同協(xié)作推動(dòng)了咱們國家高光譜遙感的發(fā)展。

從80年代初開始，我們陸續(xù)有一些航空高光譜遙感儀器在上海技術(shù)研究所研制出來了，后來去日本、馬來西亞、澳大利亞做實(shí)驗(yàn)，我們帶的都是我們自己的設(shè)備，我們靠中國自己的技術(shù)和實(shí)力，征服了世界。我們國家在高光譜遙感研究領(lǐng)域起步比較早，站在了國際高光譜遙感前沿。

在高光譜遙感儀器研制方面，國內(nèi)有上海技術(shù)物理研究所、長(zhǎng)春光學(xué)精密儀器研究所，西安光學(xué)機(jī)械研究所等科學(xué)院系統(tǒng)的研究所，從事航空航天遙感載荷研制，安徽光機(jī)所也開始從事高分遙感載荷研制中科院系統(tǒng)的幾家遙感載荷研制單位各有特色，我們與上海技物所開展合作起步比較早，基礎(chǔ)比較好一些。在應(yīng)用技術(shù)方面，我們給美國、澳大利亞、日本、馬來西亞都提供過技術(shù)服務(wù)，應(yīng)該說在應(yīng)用技術(shù)方面我們是不落后的。

記者：目前，您的工作進(jìn)展情況如何？下一步，您有怎樣的計(jì)劃和安排呢？

張立福：我在做關(guān)于成像光譜技術(shù)前沿應(yīng)用領(lǐng)域的研究，例如，利用激光作為主動(dòng)光源，激發(fā)地物產(chǎn)生熒光，進(jìn)行地物光譜特性基礎(chǔ)性科學(xué)研究；進(jìn)行植被、礦物熒光探測(cè)機(jī)理的研究，解決一些高光譜遙感挑戰(zhàn)性的基礎(chǔ)前沿科學(xué)問題，為我國的遙感科學(xué)與技術(shù)發(fā)展提供重要的理論和技術(shù)支撐，發(fā)揮科學(xué)院作為國家遙感科學(xué)發(fā)展中火車頭的作用。