作者:李思辉 来源:中国科学报 发布时间:2024/6/11 8:31:54
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李德仁:苍穹之上,擦亮“东方慧眼”

 

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李德仁 武汉大学供图

“5、4、3、2、1,点火!”随着赤橘色烈焰瞬间迸出,快舟十一号运载火箭一路呼啸、直上云霄。

5月21日12时15分,由武汉大学团队自主研制的“珞珈三号”科学试验卫星02星搭载快舟十一号运载火箭,在酒泉卫星发射中心成功升空,并顺利进入预定轨道。

接到来自酒泉的消息,中国科学院院士、中国工程院院士李德仁很高兴。担任这颗卫星首席科学家的中国科学院院士龚健雅是李德仁的学生,也是测绘遥感团队的成员。李德仁告诉《中国科学报》,这颗卫星具有0.5米分辨率全色成像、10米分辨率高光谱成像,数据将更加高效、精准,获取将更加便捷。

从落后走到前列

1985年,李德仁博士毕业从德国归来,进入武汉测绘学院(2000年并入武汉大学)任教,次年破格晋升为教授;1991年、1994年先后当选为中国科学院学部委员(院士)、中国工程院院士。

他向《中国科学报》介绍:“虽然我从博士毕业到评上教授、当选院士的时间较短,但那时候我已开展了几十年的研究和实践,打下了很扎实的基础,正好又赶上了党的人才政策机遇。”

回国后,他接到一个重要而艰巨的测绘任务——在有地雷的地区为中国和某邻国边界测图。

绵长的边界线或隐于茫茫群山中,或分布在险要之地,地下还可能埋有地雷。如何在短时间内迅速摸清情况?单靠人工测绘肯定不行。李德仁提出“把GPS放到飞机上”。运用“GPS空中三角测量”技术,他很快完成了无须地面控制点的边界测图任务。这是中国人第一次通过机载GPS系统为边界测图。此后他凭借这一技术又完成了我国海南岛、虎跳峡等多地的航测测图。

面对我国卫星、航空、地面系统等落后于人的现状,李德仁心急如焚。2002年,李德仁作为牵头人向国家提出“建设我国高分辨率对地观测系统”的建议(以下简称高分专项)。2010年,高分专项正式启动,专家组组长为中国工程院院士、中国航天科技集团的王礼恒,副组长由李德仁担任。

十多年过去了,高分专项基本满足了我国经济发展、国防建设与大众民生的重大需求,使我国卫星遥感及应用达到世界先进水平。“这项成果是在元器件受限的情况下,用中国人的智慧、用我们的数学和过程控制方法创造的。”李德仁自豪地说。

在自主自立这一原动力的驱使下,李德仁还带领团队研制了我国天-空-地3S集成的测绘遥感系统,构建了自主可控的国产地理信息技术体系。

从卫星数据85%依赖国外进口,到实现85%的自给率,再到向其他国家出口,我国测绘遥感技术一步步从落后走到了世界前列,建立起真正的“中国人自己的全球观测系统”。

服务国家和人民

有件事,李德仁至今无法释怀。

2008年,汶川发生大地震。抗震救灾过程中,遥感卫星的缺失导致人们无法第一时间获取灾后信息,不能在72小时黄金救援时间内为救援人员提供更多帮助。这成了李德仁心中难以抚平的伤痛。

他说,那时我国只有3米分辨率的遥感卫星,而且数量很少,无法“看清”汶川的情况,他只能在全世界找朋友要卫星数据。第三天,意大利科学家送来了相关数据。

在焦急等待的3天里,李德仁深感内疚。“我们做了一辈子遥感,却不能满足抗震救灾的要求,我们有愧呀!”“如果当时有0.5米分辨率的遥感卫星就好了,我们就可以在汶川上空进行精准扫描,第一时间找到倒塌的房子,配合官兵救援更多人。”好在经过十多年的努力,目前我国遥感卫星已经达到了这一精度。

事实上,汶川救灾中,遥感技术在当时的条件下依然发挥了不小的作用。比如,唐家山在地震中被削去一半,形成蓄水近3亿立方米的悬湖,一旦崩塌,将给绵阳等地几百万人带来巨大灾难。到底该怎么办,相关部门实难决策。

紧急关头,李德仁主动请缨赶赴汶川,带领武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室团队,对唐家山堰塞湖地形进行了扫描,运用航空遥感获得堰塞湖水位、水流流速、压力等详细数据,完成了最精细的三维数字高程模型。根据数据分析结果,他们认为唐家山堰塞湖虽险,但依然是稳固的,可以用明渠导流的办法排除风险。团队将这些数据呈报给抗震救灾指挥部,为正确处置险情提供了科学依据。

同样是救灾,在2023年夏季防汛之际,李德仁团队提出了一个语惊四座的建议——“赶快组织撤离”。正是这个建议让6400多名群众转危为安。

那时,李德仁团队自主研发的“珞珈二号”卫星获取了河北受灾地区上空的雷达图像,并观测到一处堤防决口。“刚开始决口不大,不易被发现,但通过卫星遥感数据分析,综合水流流速和压强分析,我们判断这个决口很快就要酿成大祸。”团队立即向有关部门发布预警。事实证明,这一及时预警避免了一场靠传统手段“难以预防的灾难”。“全天时、全天候、工程级应用”,是雷达遥感的优势之一。

从支持青藏铁路测量到参与汶川抗震救灾,从北京奥运会安保到数字敦煌工程,从协助农林部门摸清相关数据到为疫情防控提供技术支持,从南水北调可行性分析到城市拥堵问题数据收集……在李德仁看来,国家有需要、人民有需求,就是科学研究最大的动力。

作为摄影测量、遥感和地球空间信息科学的领军科学家,李德仁得到了国际科学界的高度认可。2022年6月,他获颁国际摄影测量与遥感领域最具影响力的奖项之一 ——布洛克金奖,是我国获此殊荣的第一人。

另辟蹊径谋突破

目前全球有四大卫星定位系统:美国的全球定位系统(GPS)、俄罗斯的格洛纳斯卫星导航系统(GLONASS)、欧盟的伽利略卫星导航系统(Galileo)和中国的北斗卫星导航系统(BDS)。一般情况下,构建卫星定位系统需要在地面布局基准站,使卫星导航系统精度提高到厘米级甚至毫米级。

当年某国布局卫星导航系统,在包括中国在内的很多国家和地区建了几千个基准站。2020年中国布局北斗,该国却拒绝中国在他们那里建基准站,对我国进行封锁。

在这种情况下,李德仁组织团队攻关,创造性地研究出中国第一个低轨卫星导航增强系统和室内外一体化亚米级手机导航定位系统。有了这些系统,中国的北斗卫星在不到某国建基准站的情况下,定位精度达到了GPS同等水平,而且多项技术性能超越GPS。

这无疑是一个颠覆性的重大创新。这个重大创新成果的取得,意味着中国在这项高精尖技术上已经领先世界。目前,包括美国在内的一些发达国家正奋力跟进这项技术。

“坐地日行八万里,巡天遥看一千河。”针对我国卫星遥感存在“成本高、效率低、不稳定、应用少”等诸多问题,李德仁带领团队提出一个极为宏大的计划——200多颗卫星组网的“东方慧眼”星座计划。

为了把“东方慧眼”擦得更亮,李德仁在卫星精度和质量上下功夫。卫星遥感分辨率从5米、3米、2米、1米做到0.5米,这一连串数据直观记录了中国卫星从无到有、从有到好的整个过程。

该团队预计到2030年发射252颗卫星,包括高分辨率光学和雷达卫星、高光谱卫星和热红外卫星,形成“星网”。这些卫星将帮助人们对地球上的每个地方都看得快、看得清、看得准、看得全、看得懂。

“到那时,我们的卫星使用成本会更低,每个人都有望轻松使用卫星数据,从‘玩微信’到‘玩卫星’。这些卫星将为国家创造万亿级新质生产力,为人类社会可持续发展服务。”谈及未来,李德仁满怀憧憬。

《中国科学报》 (2024-06-11 第1版 要闻)
 
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