李德仁武漢大學(xué)供圖
“5、4、3、2、1，點(diǎn)火！”隨著赤橘色烈焰瞬間迸出，快舟十一號(hào)運(yùn)載火箭一路呼嘯、直上云霄。
5月21日12時(shí)15分，由武漢大學(xué)團(tuán)隊(duì)自主研制的“珞珈三號(hào)”科學(xué)試驗(yàn)衛(wèi)星02星搭載快舟十一號(hào)運(yùn)載火箭，在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心成功升空，并順利進(jìn)入預(yù)定軌道。
接到來自酒泉的消息，中國(guó)科學(xué)院院士、中國(guó)工程院院士李德仁很高興。擔(dān)任這顆衛(wèi)星首席科學(xué)家的中國(guó)科學(xué)院院士龔健雅是李德仁的學(xué)生，也是測(cè)繪遙感團(tuán)隊(duì)的成員。李德仁告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》，這顆衛(wèi)星具有0.5米分辨率全色成像、10米分辨率高光譜成像，數(shù)據(jù)將更加高效、精準(zhǔn)，獲取將更加便捷。
從落后走到前列
1985年，李德仁博士畢業(yè)從德國(guó)歸來，進(jìn)入武漢測(cè)繪學(xué)院（2000年并入武漢大學(xué)）任教，次年破格晉升為教授；1991年、1994年先后當(dāng)選為中國(guó)科學(xué)院學(xué)部委員（院士）、中國(guó)工程院院士。
他向《中國(guó)科學(xué)報(bào)》介紹：“雖然我從博士畢業(yè)到評(píng)上教授、當(dāng)選院士的時(shí)間較短，但那時(shí)候我已開展了幾十年的研究和實(shí)踐，打下了很扎實(shí)的基礎(chǔ)，正好又趕上了黨的人才政策機(jī)遇。”
回國(guó)后，他接到一個(gè)重要而艱巨的測(cè)繪任務(wù)——在有地雷的地區(qū)為中國(guó)和某鄰國(guó)邊界測(cè)圖。
綿長(zhǎng)的邊界線或隱于茫茫群山中，或分布在險(xiǎn)要之地，地下還可能埋有地雷。如何在短時(shí)間內(nèi)迅速摸清情況？單靠人工測(cè)繪肯定不行。李德仁提出“把GPS放到飛機(jī)上”。運(yùn)用“GPS空中三角測(cè)量”技術(shù)，他很快完成了無須地面控制點(diǎn)的邊界測(cè)圖任務(wù)。這是中國(guó)人第一次通過機(jī)載GPS系統(tǒng)為邊界測(cè)圖。此后他憑借這一技術(shù)又完成了我國(guó)海南島、虎跳峽等多地的航測(cè)測(cè)圖。
面對(duì)我國(guó)衛(wèi)星、航空、地面系統(tǒng)等落后于人的現(xiàn)狀，李德仁心急如焚。2002年，李德仁作為牽頭人向國(guó)家提出“建設(shè)我國(guó)高分辨率對(duì)地觀測(cè)系統(tǒng)”的建議（以下簡(jiǎn)稱高分專項(xiàng)）。2010年，高分專項(xiàng)正式啟動(dòng)，專家組組長(zhǎng)為中國(guó)工程院院士、中國(guó)航天科技集團(tuán)的王禮恒，副組長(zhǎng)由李德仁擔(dān)任。
十多年過去了，高分專項(xiàng)基本滿足了我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、國(guó)防建設(shè)與大眾民生的重大需求，使我國(guó)衛(wèi)星遙感及應(yīng)用達(dá)到世界先進(jìn)水平。“這項(xiàng)成果是在元器件受限的情況下，用中國(guó)人的智慧、用我們的數(shù)學(xué)和過程控制方法創(chuàng)造的?！崩畹氯首院赖卣f。
在自主自立這一原動(dòng)力的驅(qū)使下，李德仁還帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)研制了我國(guó)天-空-地3S集成的測(cè)繪遙感系統(tǒng)，構(gòu)建了自主可控的國(guó)產(chǎn)地理信息技術(shù)體系。
從衛(wèi)星數(shù)據(jù)85%依賴國(guó)外進(jìn)口，到實(shí)現(xiàn)85%的自給率，再到向其他國(guó)家出口，我國(guó)測(cè)繪遙感技術(shù)一步步從落后走到了世界前列，建立起真正的“中國(guó)人自己的全球觀測(cè)系統(tǒng)”。
服務(wù)國(guó)家和人民
有件事，李德仁至今無法釋懷。
2008年，汶川發(fā)生大地震。抗震救災(zāi)過程中，遙感衛(wèi)星的缺失導(dǎo)致人們無法第一時(shí)間獲取災(zāi)后信息，不能在72小時(shí)黃金救援時(shí)間內(nèi)為救援人員提供更多幫助。這成了李德仁心中難以撫平的傷痛。
他說，那時(shí)我國(guó)只有3米分辨率的遙感衛(wèi)星，而且數(shù)量很少，無法“看清”汶川的情況，他只能在全世界找朋友要衛(wèi)星數(shù)據(jù)。第三天，意大利科學(xué)家送來了相關(guān)數(shù)據(jù)。
在焦急等待的3天里，李德仁深感內(nèi)疚?！拔覀冏隽艘惠呑舆b感，卻不能滿足抗震救災(zāi)的要求，我們有愧呀！”“如果當(dāng)時(shí)有0.5米分辨率的遙感衛(wèi)星就好了，我們就可以在汶川上空進(jìn)行精準(zhǔn)掃描，第一時(shí)間找到倒塌的房子，配合官兵救援更多人?！焙迷诮?jīng)過十多年的努力，目前我國(guó)遙感衛(wèi)星已經(jīng)達(dá)到了這一精度。
事實(shí)上，汶川救災(zāi)中，遙感技術(shù)在當(dāng)時(shí)的條件下依然發(fā)揮了不小的作用。比如，唐家山在地震中被削去一半，形成蓄水近3億立方米的懸湖，一旦崩塌，將給綿陽等地幾百萬人帶來巨大災(zāi)難。到底該怎么辦，相關(guān)部門實(shí)難決策。
緊急關(guān)頭，李德仁主動(dòng)請(qǐng)纓趕赴汶川，帶領(lǐng)武漢大學(xué)測(cè)繪遙感信息工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室團(tuán)隊(duì)，對(duì)唐家山堰塞湖地形進(jìn)行了掃描，運(yùn)用航空遙感獲得堰塞湖水位、水流流速、壓力等詳細(xì)數(shù)據(jù)，完成了最精細(xì)的三維數(shù)字高程模型。根據(jù)數(shù)據(jù)分析結(jié)果，他們認(rèn)為唐家山堰塞湖雖險(xiǎn)，但依然是穩(wěn)固的，可以用明渠導(dǎo)流的辦法排除風(fēng)險(xiǎn)。團(tuán)隊(duì)將這些數(shù)據(jù)呈報(bào)給抗震救災(zāi)指揮部，為正確處置險(xiǎn)情提供了科學(xué)依據(jù)。
同樣是救災(zāi)，在2023年夏季防汛之際，李德仁團(tuán)隊(duì)提出了一個(gè)語驚四座的建議——“趕快組織撤離”。正是這個(gè)建議讓6400多名群眾轉(zhuǎn)危為安。
那時(shí)，李德仁團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)的“珞珈二號(hào)”衛(wèi)星獲取了河北受災(zāi)地區(qū)上空的雷達(dá)圖像，并觀測(cè)到一處堤防決口?！皠傞_始決口不大，不易被發(fā)現(xiàn)，但通過衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)分析，綜合水流流速和壓強(qiáng)分析，我們判斷這個(gè)決口很快就要釀成大禍。”團(tuán)隊(duì)立即向有關(guān)部門發(fā)布預(yù)警。事實(shí)證明，這一及時(shí)預(yù)警避免了一場(chǎng)靠傳統(tǒng)手段“難以預(yù)防的災(zāi)難”?！叭鞎r(shí)、全天候、工程級(jí)應(yīng)用”，是雷達(dá)遙感的優(yōu)勢(shì)之一。
從支持青藏鐵路測(cè)量到參與汶川抗震救災(zāi)，從北京奧運(yùn)會(huì)安保到數(shù)字敦煌工程，從協(xié)助農(nóng)林部門摸清相關(guān)數(shù)據(jù)到為疫情防控提供技術(shù)支持，從南水北調(diào)可行性分析到城市擁堵問題數(shù)據(jù)收集……在李德仁看來，國(guó)家有需要、人民有需求，就是科學(xué)研究最大的動(dòng)力。
作為攝影測(cè)量、遙感和地球空間信息科學(xué)的領(lǐng)軍科學(xué)家，李德仁得到了國(guó)際科學(xué)界的高度認(rèn)可。2022年6月，他獲頒國(guó)際攝影測(cè)量與遙感領(lǐng)域最具影響力的獎(jiǎng)項(xiàng)之一——布洛克金獎(jiǎng)，是我國(guó)獲此殊榮的第一人。
另辟蹊徑謀突破
目前全球有四大衛(wèi)星定位系統(tǒng)：美國(guó)的全球定位系統(tǒng)（GPS）、俄羅斯的格洛納斯衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（GLONASS）、歐盟的伽利略衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（Galileo）和中國(guó)的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（BDS）。一般情況下，構(gòu)建衛(wèi)星定位系統(tǒng)需要在地面布局基準(zhǔn)站，使衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)精度提高到厘米級(jí)甚至毫米級(jí)。
當(dāng)年某國(guó)布局衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，在包括中國(guó)在內(nèi)的很多國(guó)家和地區(qū)建了幾千個(gè)基準(zhǔn)站。2020年中國(guó)布局北斗，該國(guó)卻拒絕中國(guó)在他們那里建基準(zhǔn)站，對(duì)我國(guó)進(jìn)行封鎖。
在這種情況下，李德仁組織團(tuán)隊(duì)攻關(guān)，創(chuàng)造性地研究出中國(guó)第一個(gè)低軌衛(wèi)星導(dǎo)航增強(qiáng)系統(tǒng)和室內(nèi)外一體化亞米級(jí)手機(jī)導(dǎo)航定位系統(tǒng)。有了這些系統(tǒng)，中國(guó)的北斗衛(wèi)星在不到某國(guó)建基準(zhǔn)站的情況下，定位精度達(dá)到了GPS同等水平，而且多項(xiàng)技術(shù)性能超越GPS。
這無疑是一個(gè)顛覆性的重大創(chuàng)新。這個(gè)重大創(chuàng)新成果的取得，意味著中國(guó)在這項(xiàng)高精尖技術(shù)上已經(jīng)領(lǐng)先世界。目前，包括美國(guó)在內(nèi)的一些發(fā)達(dá)國(guó)家正奮力跟進(jìn)這項(xiàng)技術(shù)。
“坐地日行八萬里，巡天遙看一千河?！贬槍?duì)我國(guó)衛(wèi)星遙感存在“成本高、效率低、不穩(wěn)定、應(yīng)用少”等諸多問題，李德仁帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)提出一個(gè)極為宏大的計(jì)劃——200多顆衛(wèi)星組網(wǎng)的“東方慧眼”星座計(jì)劃。
為了把“東方慧眼”擦得更亮，李德仁在衛(wèi)星精度和質(zhì)量上下功夫。衛(wèi)星遙感分辨率從5米、3米、2米、1米做到0.5米，這一連串?dāng)?shù)據(jù)直觀記錄了中國(guó)衛(wèi)星從無到有、從有到好的整個(gè)過程。
該團(tuán)隊(duì)預(yù)計(jì)到2030年發(fā)射252顆衛(wèi)星，包括高分辨率光學(xué)和雷達(dá)衛(wèi)星、高光譜衛(wèi)星和熱紅外衛(wèi)星，形成“星網(wǎng)”。這些衛(wèi)星將幫助人們對(duì)地球上的每個(gè)地方都看得快、看得清、看得準(zhǔn)、看得全、看得懂。
“到那時(shí)，我們的衛(wèi)星使用成本會(huì)更低，每個(gè)人都有望輕松使用衛(wèi)星數(shù)據(jù)，從‘玩微信’到‘玩衛(wèi)星’。這些衛(wèi)星將為國(guó)家創(chuàng)造萬億級(jí)新質(zhì)生產(chǎn)力，為人類社會(huì)可持續(xù)發(fā)展服務(wù)。”談及未來，李德仁滿懷憧憬。
《中國(guó)科學(xué)報(bào)》(2024-06-11第1版要聞)
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