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李德仁:充分挖掘数据资源,推动测绘学科创新发展
2016-12-03 12:47:25 文章来源: 武汉大学报社

       摘要:李德仁,两院院士,摄影测量与遥感学家,武汉大学教授博导,长期从事遥感、全球卫星定位和地理信息系统为代表的地球空间信息学的教学与研究。一直关注着我国测绘学科的创新发展,近日李德仁院士深入探讨了测绘学的发展方向。
       李德仁,两院院士,摄影测量与遥感学家,武汉大学教授博导,长期从事遥感、全球卫星定位和地理信息系统为代表的地球空间信息学的教学与研究。一直关注着我国测绘学科的创新发展,近日李德仁院士深入探讨了测绘学科的发展方向,以下为李德仁院士口述:
  我们从事一个专业,要对新事物持有敏锐的觉察力,并注意吸收和运用。我把武汉大学测绘遥感学科出彩的原因归结为:紧跟国家需要和学科发展,持续吸收和充分运用新技术。
  传统的测绘科学包括摄影测量学,是解决几何问题,也就是研究地球的形状、大小和地球上这些目标的分布与变化。武汉大学的几何遥感在世界上是领先的。这些成绩的取得绝非一蹴而就,而是经历了一个从无到有,从有到强和传承与创新的持续发展。
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从画地图到研发卫星
  起初我们扮演着“用户”的角色,只是拿卫星图像测制地图。1986年,我带回国用SPOT卫星拍的法国马赛的立体影像,带着三个研究生一起推导这些立体影像的区域网平差,并把SPOT立体像对的高程测量精度做到了5.5米。
  1988年,出席在日本召开的国际摄影测量与遥感大会时,我做了关于SPOT影像的立体摄影测量处理的报告,并写了一篇关于SPOT立体影像的区域网平差的论文。这次成功也让我深深意识到数据共享的重要性,这是推动中国乃至世界卫星遥感前进的关键。
  王之卓先生早在上世纪60年代就著文预言卫星测量地球是可能的。20世纪80年代,很多同行开始研究解决卫星测图问题。1988年,我们成功通过SPOT立体影像做出了1:50000地图,平面精度10米,高程精度5.5米,当时世界上能达到这个精度的只有几个国家。
  我们开始思考,中国人能不能自己发卫星做立体测图?改革开放后,中国开始重视遥感对地观测卫星。刚开始以军用为主,民用卫星发射最早始于中巴资源卫星。1999年,我和杨凯参与了中巴地球资源一号卫星的前期策划,这是南南合作的一个成功典范。
  钱学森说过,“科学是没有国界的,但科学家是有国籍的。”我把这句话理解成“科学没有国界,但是研究科学的人是有国界的。”在国防口,我们发现卫星地面处理软件是从加拿大高价购买的,质量不好,而且买国外软件存在安全隐患。于是我们毛遂自荐,提出由我们自主研发。相关负责人听了,表示难以置信:“几百万美金买来的软件,几个老师和学生能做出来吗?”结果我们做出来了,不仅把成本降低了近十倍,性能也好很多。外国的软件是在好器件的基础上做出来的,由于美国军方的限制,中国买来的器件存在先天不足,而武汉大学就有这个本事,用我们的理论把各种误差找出来,通过几何校正与辐射校正,把不清晰的变清晰,也因此立下了在该领域的权威地位。
  创新要有战略高度。我们一贯主张中国要有自己的高分辨率卫星,要有自己的测绘卫星。为此,我组织了一项中科院咨询项目,2002年向党中央建议发射我国高分对地观测卫星。这个建议得到了肯定,成为我国2006—2020年16个国家重大专项之一,投入460亿元,发射到0.3m分辨率的光学和SAR卫星。2005年,国家测绘局要我向当时的曾培炎副总理争取,建议发射我国系列测绘卫星,也得到政府支持,于2012年1月9日成功发射了ZY-3第一颗测绘卫星,该卫星参数由我与龚健雅院士确定,经过几年成功运转,性能达到国际同类卫星的领先水平。今年又发了ZY3-02星,进一步提高了高程精度。
  创新研究必须扎扎实实。为了推进我国卫星从有到好,我们又开始在卫星精度和质量上下功夫。在元器件受限的情况下,用高精度地面定标场,用精细的算法提高数据质量。到2015年5月,我们一共做了20多颗中国高分辨率卫星和两颗测绘卫星,分辨率从5米、3米、2米、1米做到0.5米,这一连串数据直观地记录了中国卫星从无到有、从有到好的整个过程。而且,我们的卫星和其他国家相比,不仅有更好的质量,而且有更宽的幅面,这就意味着效率更高。目前我们卫星影像的国产比例已达80%,提前实现了“十三五”目标。
不断壮大学科体系
  从传统的光学测绘遥感,到高光谱和雷达遥感,武汉大学测绘遥感学科体系不断壮大。2000年合校后,学科交叉与融合有了新突破,开拓了在高光谱、雷达遥感等领域的研究。从不入门到入门,从入门到创新,经历了漫长的过程。
  上世纪90年代,高光谱遥感逐渐兴起,当时我在加拿大当客座研究员,看到了这一研究领域的广阔前景,回国后带着学生开始钻研。现在由张良培教授领导的高光谱遥感团队,已成为国际上的知名团队。
  对于创新,我的思路是不断走出国门,了解世界发展的最新动向。我上学时不知道雷达,1995年在苏黎世理工大学任客座教授时才初次接触。我用4个月的时间把那里所有关于雷达遥感的书都看完了,边看边复印,装了满满3箱,然后寄回国。回校后,组织几个老师和博士生建立了雷达遥感兴趣小组,把资料送给他们翻译、阅读和讨论。
  在前进的道路上,每迈出一步都不是轻而易举的,必须拿出排除万难的魄力。例如在资金的使用上,有很多反对的声音,当然这是必要的谨慎。但是我坚持“好钢用在刀刃上”,坚持引进最好的设备来发展学科、推进学科创新。过于谨慎就没有创新了。
  我的老师王之卓先生曾说过;“跟着外国人走不叫创新,开拓国家科学发展需要,为实现还没有实现的目标去努力。这才是真正的原始创新。”原始创新的过程相当艰辛,获得其他人的认可是一个漫长的过程。譬如,我在1994年加拿大国际会议上首次提出“空间数据挖掘”的理论,并和我弟弟李德毅院士一起培养了好几位博士,后来写出了中文和英文专著,是一个理论创新。2015年,我指导李熙博士用这种理论做夜光遥感分析叙利亚内战,成果为国内外600多家媒体引用,成为联合国安理会文档。现在大数据时代到来了,数据挖掘的重要性已为世人所公认。
  孙中山先生有句话:“先知者先觉,后知者后觉,不知者不觉。”搞创新就是先知先觉。一方面,我们要争做先知先觉者;另一方面,国家应当对超前创新给予宽容,允许失败。
  十分重视国际合作
  我们应当学习全世界科学技术和人类文明智慧的结晶。国际交流是一个学科进步的基础,也是一个国家进步的基础。我参加的国际学术组织和国际交流很多,它们为我提供了灵感。
  记得我刚刚参加国际组织活动时,一无经验、二无经费,加上英语又不好,不免困难重重。当时为了开好1990年在武汉召开的国际摄影测量与遥感学会(ISPRS)第三委员会学术研讨会,芬兰赫尔辛基大学克尔派勒教授作为上两届第三委主席,在1989年专门来武汉,提前一年帮助我们做大会准备,手把手教我如何当主席。ISPRS第一次在中国召开的这次研讨会非常成功,王之卓先生十分高兴。大会还为先生的大作“摄影测量原理(英文版)”举行了首发仪式。
  按照国际学会要求,我应当出国参加ISPRS每年的相关活动和会议,但当时中国政府规定,每年只能公费资助我出国一次。怎么办呢?德国汉诺威大学康尼斯内教授及时伸来了援助之手。他帮助我申请到德国汉莎基金委研究基金,可支付我出国费用,但我每回去都必须到汉诺威大学讲一次课。美国、加拿大等其它国家的教授也多次全额资助我出国参加ISPRS的各种会议。
  这种情意我一直记在心头。现在我们中国强大了,科研经费多了,我们还有“111人才计划”,可资助外国知名专家来华,而国外这些知名教授大多已到退休年龄,我想这正是我报答他们的好机会。我们在研讨西部测图、数字城市和智慧城市时,我就请他们来华,继续传承友谊与学术交流。
  现在中国在ISPRS的力量非常强大。2012年,在澳大利亚墨尔本召开的第二十二届ISPRS大会上,国家基础地理信息中心陈军教授被选为主席,我被选为名誉会员,测绘遥感信息工程国家重点实验室主任龚健雅院士和国家基础地理信息中心蒋杰被选为第六和第四委员会主席。ISPRS还成立了一个白象俱乐部(white elephant club),职能是让老会员支持年轻会员,传承如何做人,如何创新。我的师兄张祖勋院士和我,还有陈军都是白象俱乐部的成员。

测绘遥感信息工程国家重点实验室和ISPRS友谊深厚。差不多每年都有ISPRS的领导和知名专家到武汉来讲学,参加我们的国际学术会议。在邀请我去作报告的国际组织里,我会首选ISPRS。这是我的老师带我入门的地方,是我的专业,也是我们中国人很有影响力的国际组织——我们有权重为8的投票权。
  2004年,由国家科技部和欧空局(ESA)联合组织的中欧遥感科技合作“龙计划”(Dragon Programme)启动,它是我国在地球观测领域规模最大的国际科技合作项目,目前已进行到第四期。它的合作方式是:欧方免费提供科研所需要的遥感卫星数据,我们用ERS-1,ERS-2和ENVISAT三颗欧空局卫星的雷达数据,研究中国的地形、形变、林业、农业、水资源、海洋和灾害管理等。我就是地形和形变这一合作领域的首席科学家,副首席科学家是欧洲空间局的Fabio Rocca教授。
  “龙计划”的实施极大地推动了我国遥感技术的发展,也产生了广泛的国内外影响。该项目的合作研究成果基本代表了目前国际最前沿水平,通过合作,我国许多遥感应用技术研究达到了国际先进水平,有些还填补了国内研究空白。我认为,中欧合作“龙计划”无论合作规模、研究水平,还是所取得的成效,都堪称空前,已引起国内外同行的广泛关注。欧洲空间局法律事务与国际关系部主任Peter Hulsroj(彼得.哈尔斯罗杰)先生也认为,“龙计划”是在中欧互信的基础上双方良好合作的典范,有力地推动了双方遥感合作向深度和广度发展。
  2014年,在“龙计划”十年成果总结会上,我的即兴发言是“Five Reasons Let Me Love Dragon Program”。第一,欧洲空间局无偿向我们提供数据援助和人才培养;第二,这个计划让中国人支配主导权,欧洲科学家协调支持;第三,强调年轻人参与,专门为青年人交流创造机会;第四,研究项目面向中国的需求,关系到中国的可持续发展和大众民生;第五,每年在中国和欧洲交替开会,促进了中欧文化交流。欧中同行们都很认同我的发言,为我的即兴发言鼓掌。
  我们很感谢Fabio Rocca(法比.奥罗卡)教授,他每年来华给实验室的学生上课,讲解永久散射体干涉雷达测量(PS-INSAR)原理。我们学习、研究他的理论并加以扩展和创新,以此为基础,研发出自己的相干目标分析法干涉雷达测量软件。科研合作是很愉快、很有意义的事,但要坚持一条——理论结合实际,你不能搞假的,要有真的成果。通过“龙计划”,我们双方的方法到上海去与水准测量对比,测定地表下沉的精度都达到了2-3mm/年。2013年,Rocca教授获得我国国际合作奖,习近平主席亲自为他颁奖。
  我们也十分重视与发展中国家的合作与交流。我在测绘科技大学当校长期间(1997-2000年),便开展了跟泰国AIT(亚洲理工大学)的合作。八年来,中泰双方在技术合作和人才培养方面已取得显著成效。我们有一个计划:利用武大和泰国的合作基地,从2016年起,每年联合培养30名研究生,其中20名泰国学生、10名其它周边国家学生,以此推进中国对第三世界国家的科技支援——不仅要为泰国培养人才,也要为亚太地区培养人才。
  我坚信,国际合作一定会有力推动学科创新发展和提升学科的国际地位。武汉大学测绘高等教育一甲子,我们在前辈指引下,走出了一条持续创新的发展道路,未来要让测绘学科更出彩,仍然需要坚持创新,创新,再创新。


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