1. 引言
雷达具有全天候、全天时、远距离、高效、精准定位目标、具有一定的穿透能力的特点，是军事上重要的装备，同时雷达也广泛应用于气象、自然资源、环境监测等领域。随着应用日益成熟，雷达技术在林草资源监测领域也逐渐应用开展，并取得了一定成果[1]-[8]，为林草资源监测提供了新的技术手段。同时，由于无人机续航能力有限，激光点云数据处理算法不足，林种识别等需要人工完成等，仍有改进提升的空间。为了深入了解雷达技术在林草资源调查监测领域和应用现状及研究进展，通过文献计量法对相关文献资料进行统计和分析，为今后国内雷达技术在林草资源监测领域应用及研究提供参考。
2. 材料与方法
本文以CNKI数据库为文献获取来源，在CNKI专业检索中输入“TI =‘雷达#林业’or TI =‘雷达#森林’or TI =‘雷达#林分’or TI =‘雷达#蓄积’or TI =‘雷达#材积’or TI =‘雷达#单木’”等林业相关词为检索词进行查询，检索时间为2023年6月29日，检索的数据库包括学术期刊、学位论文、会议、专利、标准、成果和图书，经过筛选后共检索到基于雷达在林草监测领域的文献680篇，对发表时间、文献期刊、作者来源和关键词、引文数量等通过EXCEL进行分析。
通过CNKI数据库对相关词进行检索，经过筛选后，在EXCEL里进行分类汇总，运用数据透视表功能对数据进行分析，得出相关结论。
3. 结果与讨论
3.1. 文献发类型、发表时间及数量分析
文献数量的年度分布反映出该领域的发展程度、研究水平、研究进展及发展趋势[9]。雷达技术在林业调查监测领域相关应用研究的相关文献总量为680篇，其中学术期刊342篇，占总文献的50.3%，硕博论文170篇，占25.0%；专利146项，占21.5%；重大会议论文13篇，占1.9%；科技成果9项，占1.3%。
研究文献年度分布如图1所示，各年度文献变化可分为3个阶段，第1阶段为1989~2003年，该阶段为雷达技术在林业调查监测中的初步研究阶段，年发表数量较少，总计9篇文献，占所有文献的1.3%，大部为期刊文献，研究成果数量增长缓慢；第2阶段为2004年至2013年，随着雷达技术的逐步应用，文献数量逐年增长，达到了100篇，且文献类型开始出现多元化，其中期刊57篇，硕博学位论文21篇，各类重大会论文10篇，专利10项，科技成果2项。第3阶段为2014年至今，雷达在广泛应用于林草资源监测，如单木[1] [2]、林分[3]-[6]、生物量[7] [8]监测，这一阶段文献数量爆炸式增长。文献数量达到571篇，占总量的84.0%，其中期刊277篇，硕博学位论文149篇，各类重大会论文3篇，专利136项，科技成果6项。
3.2. 引文数量分析
被引次数是测度论文的学术影响力的重要指标[10]。论文被引次数值越高，说明该论文受关注越高，其学术影响力也相对越大。被引次数排在前10名的论文及被引次数见表1。10篇论文中有1篇为中国科学院东北地理与农业生态研究所博学位论文，其他9篇均发表在学术期刊上，论文所在期刊均为北大中
Figure 1. Annual distribution of literature
图1. 相关文献年度分布
Table 1. Top 10 most often cited papers
表1. 被引次数排名前10的高被引论文
序号 |
文献题名 |
第一作者 |
作者单位 |
文献来源 |
被引频次 |
1 |
激光雷达技术及其在林业上的应用 |
庞勇 |
中国林科院 |
林业科学 |
313 |
2 |
合成孔径雷达森林生物量估测研究进展 |
陈尔学 |
中国林科院 |
世界林业研究 |
186 |
3 |
激光雷达森林参数反演研究进展 |
李增元 |
中国林科院 |
遥感学报 |
171 |
4 |
激光雷达在森林生态系统监测模拟中的应用现状与展望 |
郭庆华 |
中国科学院 |
科学通报 |
139 |
5 |
红树林湿地植被生物量的雷达遥感估算 |
黎夏 |
中山大学 |
遥感学报 |
129 |
6 |
基于机载激光雷达的小兴安岭温带森林组分生物量反演 |
庞勇 |
中国林科院 |
植物生态学报 |
129 |
7 |
基于LIDAR数据的森林参数反演方法研究 |
何祺胜 |
北京师范大学 |
地球科学进展 |
100 |
8 |
基于地基激光雷达的亚热带森林单木胸径与树高提取 |
刘鲁霞 |
中国林科院 |
林业科学 |
100 |
9 |
基于激光雷达与多光谱遥感数据的森林地上生物量反演研究 |
汤旭光 |
中国科学院 |
中国科学院
(博士论文) |
94 |
10 |
激光雷达技术估测森林生物量的研究现状及展望 |
曹林 |
南京林业大学 |
南京林业大学学报(自然科学版) |
79 |
文核心期刊，其中《红树林湿地植被生物量的雷达遥感估算》和《基于地基激光雷达的亚热带森林单木胸径与树高提取》被EI收录。被引次数最高的前3篇论文分别刊登在《林业科学》《世界林业研究》与《遥感学报》。发表于《林业科学》的《激光雷达技术及其在林业上的应用》被引频次达到了313次。前10高被引论文中，中国林业科学研究院有5篇，中国科学院2篇，北京师范大学、中山大学和南京林业大学各1篇，说明中国林业科学研究院关于雷达在林草资源监测应用研究中具有一定的影响力。
3.3. 文献期刊与作者来源
在检索范围内，学术期刊一共有342篇刊登于118种期刊上，其中载文量5篇以上的期刊有19种，共刊载203篇，占总文献量的59.4%。表2为载文量超过5篇的期刊及学位论文排名情况。《遥感学报》24篇高居第一，排名靠前的期刊还有《林业科学》《林业资源管理》《东北林业大学学报》《世界林业研究》《中南林业科技大学学报》《北京林业大学学报》等，载文量分别是22篇、19篇、17篇、13篇、13篇、12篇。其中发文量前17的学术期刊均为中文核心期刊，总发文量为189篇，占期刊发文量的55.3%，说明基于雷达技术在林草监测应用的研究学术水平较高。在期刊文献中，被北大中文核心期刊收录的共有267篇，占期刊文献总量的78.1%，被EI收录的有61篇，被SCI收录的有2篇。
Table 2. Statistical table of journals with more than 5 articles
表2. 载文量5篇以上的期刊统计表
序号 |
期刊 |
载文量/篇 |
序号 |
期刊 |
载文量/篇 |
1 |
遥感学报 |
24 |
11 |
林业科学研究 |
7 |
2 |
林业科学 |
22 |
12 |
测绘科学 |
7 |
3 |
林业资源管理 |
19 |
13 |
应用生态学报 |
6 |
4 |
东北林业大学学报 |
17 |
14 |
农业工程学报 |
6 |
5 |
世界林业研究 |
13 |
15 |
森林工程 |
6 |
6 |
中南林业科技大学学报 |
13 |
16 |
南京林业大学学报(自然科学版) |
6 |
7 |
北京林业大学学报 |
12 |
17 |
植物生态学报 |
5 |
8 |
遥感技术与应用 |
11 |
18 |
测绘与空间地理信息 |
5 |
9 |
西北林学院学报 |
10 |
19 |
林业调查规划 |
5 |
10 |
农业机械学报 |
9 |
|
|
|
3.4. 研究机构和作者分析
研究机构分析在一定程度上反应该领域研究机构的科研影响力[11]。雷达技术相关研究发文量10篇以上的机构有10家，贡献了365篇，研究机构主要以科研院所和大学为主。东北林业大学100篇，数量最多，其次是中国林业科学研究院、南京林业大学、北京林业大学、中国科学院等。由此看出，以上科研院所是目前我国雷达技术在林草监测应用领域研究的主力。详见表3。
作者发文量可以较为清楚的得知本领域具有较高影响力的作者。以第一作者作为统计数据，通过统计分析，在所有作者中，发文量最多的作者共发文8篇，6篇的作者2名，5篇的作者3名，4篇的作者1名。有7位作者的8篇文献被引用次数达100次以上，高产作者、高被引作者所属机构统计见表4。由这些学者发表的论文数量和文献被引次数可知，在雷达技术在林草监测领域的研究，中国林业科学研究院优势明显。
Table 3. Statistics of the 10 institutions with the largest number of publications
表3. 发文量最多的10个机构统计表
机构 |
数量 |
东北林业大学 |
100 |
中国林业科学研究院 |
54 |
南京林业大学 |
52 |
北京林业大学 |
49 |
中国科学院 |
32 |
西南林业大学 |
24 |
中南林业科技大学 |
18 |
电子科技大学 |
14 |
国家林业和草原局林草调查规划院 |
11 |
武汉大学 |
11 |
Table 4. Statistical table of institutions of high-yield authors and high-cited authors
表4. 高产作者、高被引作者所属机构统计表
高产作者 |
篇数 |
总被引次数 |
作者单位 |
高被引者 |
总被引次数 |
作者单位 |
庞勇 |
8 |
690 |
中国林业科学研究院 |
庞勇 |
690 |
中国林业科学研究院 |
刘峰 |
6 |
140 |
中南林业科技大学 |
刘清旺 |
226 |
中国林业科学研究院 |
邢艳秋 |
6 |
104 |
东北林业大学 |
刘鲁霞 |
212 |
中国林业科学研究院 |
刘清旺 |
5 |
226 |
中国林业科学研究院 |
李增元 |
189 |
中国林业科学研究院 |
曹林 |
5 |
186 |
南京林业大学 |
曹林 |
186 |
南京林业大学 |
尤号田 |
5 |
69 |
桂林理工大学 |
陈尔学 |
186 |
中国林业科学研究院 |
穆喜云 |
4 |
118 |
赤峰市林业科学研究院 |
赵峰 |
173 |
中国林业科学研究院 |
3.5. 关键词分析
关键词为文章主题的主要表现形式，体现出作者的研究兴趣和研究方向，关键词的出现频次反映着研究方向的关注程度和研究热度[1]。文献中，共出现关键词1181个，关键词出现2545次，平均每个关键词出现2.15次，关键词平均频次等于关键词频次除以关键词的个数，此值越高，说明关键词的分布越集中[10]。表5为出现频次前20位的关键词，“激光雷达”、“机载激光雷达”、“地基激光雷达”、“树高”、“单木”排在前五位，同时也能看出无人机研究者的研究方向较广泛，包括宏观的森林资源调查、森林防火、病虫害监测，也涉及微观的树高调查和深度学习等方面的研究。
从关键词总数量及总频次看：三十五年来二者都呈增长趋势，1989~1993年雷达技术在林业行业开始应用，主要是合成孔径雷达的应用；2004~2008年明显增长，随后的十五年增速明显，表明近15年的研究热度整体高于前20年，且2019~2023年尤为突出；从近20年新增的研究方向看：2004~2008年新增“激光雷达”、“机载激光雷达”等，且出现频次都位居该时段的前列，表明该阶段技术应用有了新的突破，激光雷达技术的应用逐步进入林草监测中。2014~2018年新增“地基激光雷达”，激光雷达应用由机载为主向地基激光雷达与机载相结合，2019~2023年新增“单木分割”，表明雷达技术进入全面的应用阶段，向林分、单木、胸径、蓄积、树种分析不断延伸，详见表6。
Table 5. Top 20 most frequent keywords
表5. 出现频次排名前20位的关键词
序号 |
关键词 |
出现频次/次 |
序号 |
关键词 |
出现频次/次 |
1 |
激光雷达 |
159 |
11 |
遥感 |
20 |
2 |
机载激光雷达 |
110 |
12 |
点云数据 |
19 |
3 |
地基激光雷达 |
38 |
13 |
胸径 |
18 |
4 |
树高 |
34 |
14 |
森林参数 |
18 |
5 |
单木分割 |
33 |
15 |
高光谱 |
18 |
6 |
生物量 |
31 |
16 |
地上生物量 |
18 |
7 |
点云 |
28 |
17 |
森林生物量 |
16 |
8 |
随机森林 |
26 |
18 |
地面激光雷达 |
15 |
9 |
叶面积指数 |
24 |
19 |
蓄积量 |
14 |
10 |
无人机 |
21 |
20 |
单木参数 |
14 |
Table 6. Annual distribution of keywords
表6. 关键词年度分布
时间段 |
总数量 |
总频次 |
主要关键词(频次) |
1989~1993 |
12 |
12 |
合成孔径侧视雷达(1)、雷达(1)、雷达图像(1) 、森林类型(1)、森林资源调查(1) |
1994~1998 |
7 |
11 |
合成孔径雷达数据(2)、树种组成(2)、林冠结构(2)、森林生物量(2) |
1999~2003 |
13 |
13 |
有效林分高(1)、数字高程模型(1)、森林类型(1)、森林生物量(1)、雷达卫星(1) |
2004~2008 |
70 |
100 |
森林火灾(4)、树高(4)、数字高程模型(3)、多普勒雷达(3)、激光雷达(3)、机载激光雷达(3)、大光斑激光雷达(3) |
2009~2013 |
215 |
319 |
激光雷达(24)、生物量(11)、森林参数(9)、树高(8)、叶面积指数(5) |
2014~2018 |
464 |
803 |
激光雷达(32)、机载激光雷达(25)、叶面积指数(13)、地基激光雷达(13)、树高(10)、点云(10)、生物量(9) |
2019~2023 |
696 |
1287 |
激光雷达(60)、机载激光雷达(43)、单木分割(27)、地基激光雷达(22)、树高(12)、胸径(11)、蓄积量(11) |
4. 结论
雷达技术在林草资源监测中的应用进入了快速发展期，从合成孔径雷达到激光雷达；从星载雷达到机载雷达和无人机载雷达、背包式雷达的应用；在测定林木树高、冠幅、林分平均胸径、林分蓄积量、生物量等林分参数上得以应用。
机载激光雷达在森林参数反演上取得了一定的成果，背包式激光雷达在树木近景测量等方面也展现出了很好的应用前景。但由激光雷达于成本高，反演模型尚不成熟等原因，限制了其在森林资源调查中的应用，仍未大面积推广，其推广还需要一定时间。