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經天緯地,開路先鋒

——記2023年度國家最高科學技術獎獲得者李德仁

本報記者 谷業凱
2024年07月08日07:49 | 來源:人民網-人民日報海外版
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李德仁近影。

李德仁近影。

2006年1月,李德仁(左二)隨測繪院士考察團到中國南極長城站考察。

2006年1月,李德仁(左二)隨測繪院士考察團到中國南極長城站考察。

2002年10月,李德仁(左)在三峽大壩建設工地。

2002年10月,李德仁(左)在三峽大壩建設工地。

2024年2月3日,“東方慧眼高分01星”通過捷龍三號遙三運載火箭在廣東陽江海域成功發射。這顆運行在距地520公裡的太陽同步軌道的衛星,搭載高分辨率推掃相機、全自主化在軌智能處理終端,集成北斗短報文和星間實時傳輸終端,具備在軌實時生成與分析功能,能夠有效提升用戶獲取遙感信息的速率。

這是“東方慧眼”智能遙感星座的業務首發星,也是通信、導航、遙感一體化智能遙感衛星系統的一次重要實踐。“我們希望到2030年,‘東方慧眼’建成200多顆高分辨率光學衛星、雷達衛星、高光譜衛星的智能星座。”擔任這顆衛星首席科學家的李德仁,向著“看得快、看得清、看得准、看得全、看得懂”的目標,又邁出了堅實一步。

科學家小傳

李德仁:1939年出生於江蘇省泰州市。中國科學院院士、中國工程院院士,測繪遙感學家、中國高精度高分辨率對地觀測系統的開創者之一。他1963年畢業於武漢測繪學院航空攝影測量系,1985年獲德國斯圖加特大學攝影測量與遙感專業博士學位,歷任武漢測繪科技大學教授、系主任、校長,武漢大學學術委員會主任等職務,現任教育部地球空間信息技術協同創新中心主任。

“自己國家不強大,個人生活即使再好也會被人瞧不起”

“經天緯地,開路先鋒”,是測繪遙感事業生動而精准的寫照。作為人類認知地球和環境的重要技術手段,測繪遙感為各行各業發展提供基礎性、先導性的支撐。

我國有著廣闊的疆域、多樣的地形地貌、豐富的自然資源……但是近40年前,李德仁學成回國時,受測繪遙感科技水平制約,中國人對這些地理信息知之甚少,更別說利用這座“富礦”為經濟社會發展服務了。

留學期間,李德仁已經在國際測繪學界嶄露頭角:他在1982年提出的處理系統誤差的方法,被學界稱為“李德仁方法”﹔1985年,他在自己的博士畢業論文中解決了誤差可區分性這一測量學領域的“百年難題”。他的老師同學中不少人都知道:“中國有個王之卓,20世紀30年代在德國拿了航測博士學位,現在又出了一個很厲害的中國人,他叫李德仁,是王之卓的學生。”

雖然收到國外多家科研機構的工作邀請,但是心系祖國的李德仁一一婉拒,“自己國家不強大,個人生活即使再好也會被人瞧不起”。1985年2月底,他取得博士學位,3月初就站在了武漢測繪學院的講台上,這裡也是他的母校。

武漢測繪學院(后更名為武漢測繪科技大學,2000年並入武漢大學)的前身——武漢測量制圖學院是1955年由國內5所院校的測量專業集中創建的,匯集了我國大部分測繪專家和師資力量。由於種種原因,上世紀80年代,國內測繪遙感學科面臨基礎差、底子薄,人才“斷檔”等問題。

李德仁回國任教后,第一件事就是編寫教材。他把攝影測量分為基礎、解析和數字三方面,和夫人朱宜萱合寫《基礎攝影測量學》,與鄭肇葆合寫《解析攝影測量學》,請張祖勛寫了《數字攝影測量學》,又依據自己的博士論文編寫了《誤差處理與可靠性理論》——后來作為研究生教材。

測繪遙感是一門重視實踐的學科,尤其一些人跡罕至地區的基礎測繪工作,更是實踐中難啃的“硬骨頭”。李德仁接到任務后,創新性地提出“把GNSS(全球衛星定位系統)放到飛機上”,運用“GNSS空中三角測量”技術並很快完成了無需地面控制點的測圖任務。

李德仁不僅提出了全套理論,還指導博士生編寫了軟件,有效解決了困難和危險地區測圖的技術難題,后來這項成果獲得國家科學技術進步獎二等獎。

“我們做測繪遙感的人,始終要堅持自主創新”

建立高精度高分辨率對地觀測體系,離不開遙感衛星。本世紀初,我國遙感衛星核心元器件受限、軟件受控,嚴重制約了國產遙感衛星的發展和應用。

“當時的條件下,我們想的是用一流的數學模型把硬件上的差距補回來”。李德仁主持設計論証了我國第一顆民用測繪衛星“資源三號”的系統參數,建立了衛星遙感影像的高精度幾何處理技術體系,大幅提高了衛星遙感影像的自主定位精度。

李德仁帶領團隊主持設計並建立了衛星地面定標場,通過地面高精度定標場和大規模區域網平差等方法,將“資源三號”衛星影像無地面控制點的定位精度從300多米提高到3至5米,完成9000多萬平方千米的全球1︰5萬測圖,開創了國產衛星高精度測圖從國內走向全球的新階段。

2003年,為進一步扭轉我國高分辨率遙感數據長期依賴進口的局面,李德仁作為牽頭人,聯合多位院士專家向國家有關方面提出建議:“要把中國的衛星分辨率從原來的5米、10米,提高到亞米級。”2006年,高分辨率對地觀測系統重大專項即高分專項被列入《國家中長期科學與技術發展規劃綱要(2006—2020年)》,2010年全面啟動實施。

“我們做測繪遙感的人,始終要堅持自主創新”。李德仁帶領團隊研制了高分辨率衛星遙感地面處理系統。經過10年的建設,“高分”系統實現了我國遙感衛星系統的自主可控,相關成果有力推動了新一代國家空間基礎設施建設,為我國航天產業發展做了技術、人才上的儲備。

隨著新一代信息技術的加快發展,測繪遙感技術與數字經濟的耦合協同效應不斷增強,與經濟社會聯系日益緊密。“緊跟學科前沿,不停歇地做中國人自己的產品”,成為李德仁的又一個目標。多年來,他領導研制的“吉奧之星”地理信息系統軟件、3S移動測量系統等高科技產品,不僅實現了技術國產化,還成功走向市場,在相關領域孵化出極具競爭力的企業。

近年來,李德仁帶領團隊積極開展“通導遙”一體化天基信息實時服務系統關鍵技術攻關和試驗衛星研制,他組織國內多所高校與航天企業協同攻關,研制發射了4顆“珞珈”系列衛星。

“東方慧眼”智能遙感星座項目建設也在穩步推進中。“我們要努力實現測繪遙感更高水平的智能化,推動天上的通信、導航、遙感衛星一體化組網,讓天上有對地觀測的‘慧眼’和‘大腦’,讓空天信息更好服務經濟社會發展。”李德仁說,“要做有組織、高水平的科學研究,在更加完備的產學研鏈條上為實現高水平科技自立自強作出貢獻。”

“作為高校教師,我們要把教育辦好,把科技搞上去,還要把人才培養好,這是我們國家的希望”

一生投身測繪遙感事業,既出於對事業的孜孜追求,也源自對腳下這片土地的熱愛。

2014年,李德仁和夫人朱宜萱到塔克拉瑪干沙漠西南邊緣的新疆維吾爾自治區麥蓋提縣參加學術活動,被當地干部群眾治沙造林的精神感染。此后10年間,他們發起義務植樹志願者活動,19批志願者積極投身植樹造林工程,在沙漠上種下了數萬株苗木。

“我們讓學生每年做一次麥蓋提縣的遙感圖,能夠真切地觀察、感受到隨著植樹面積增長,當地的生態環境越來越好。”朱宜萱說。

十年樹木,百年樹人。“龔健雅院士在做中國的數字地球模型、國產地理信息系統﹔楊必勝三維建模做得很好,他用無人機做碳排放、碳吸收的研究非常精准﹔我還有個研究生正在用人工智能的方法,在大量的遙感數據中自動解譯目標……”講起自己學生手頭上的工作,李德仁如數家珍。

在所有工作中,李德仁最看重的身份是教師,最看重的事情是上課。《測繪學概論》這門課是始自1997年9月、面向本科新生的基礎課,7位院士先后加入教學團隊,一講就是20多年。

在學生們眼中,李德仁最會“賣關子”:“把攝像機放到飛機上進行測量,會出現什麼問題?如果放到衛星上呢?”提問漸次深入,課堂上不時有人“交頭接耳”。見課堂氛圍活躍起來,他便順勢引入講課重點:“學問就藏在我們今天的講授裡,請看攝影測量……”李德仁用淵博的知識、開闊的眼界、對學科專業的深刻見解,激發著一代代學子對測繪遙感事業的熱愛。

2022年,在李德仁的推動下,武漢大學聯合國內十多所高校共同論証遙感科學與技術一級學科建設,報國務院學位委員會審議通過。目前,全國已有300多所大學開設了測繪遙感地理信息專業。

“雖然年紀大了,還可以把握方向、提出問題、出好‘卷子’。真正干活要靠年輕人,他們在研究上超過我們,我們要高興。”李德仁說,“作為高校教師,我們要把教育辦好,把科技搞上去,還要把人才培養好,這是我們國家的希望。”

(本文配圖均由武漢大學提供)

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(責編:邢鄭、孫娜)

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