45歲用一篇論文解百年難題，85歲他站上國家最高科技領(lǐng)獎(jiǎng)臺

從跋山涉水扛著機(jī)器測量，到航空遙感再到衛(wèi)星遙感，測繪遙感學(xué)科領(lǐng)域隨著技術(shù)的迭代在迅速變化?！拔疫@一生的工作，就是讓測繪實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、智能化、自動(dòng)化、實(shí)時(shí)化。”盡管已85歲高齡，李德仁院士依然步履不停。他用不停歇的思考、不停歇的創(chuàng)新，引領(lǐng)我國實(shí)現(xiàn)從傳統(tǒng)測繪向信息化測繪遙感的根本性變革，使中國走上遙感強(qiáng)國的創(chuàng)新之路。2024年，這位中國測繪界“泰斗”，問鼎國家最高科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)。

人不能虛度一生

“愛我中華、興我家邦，少小勤學(xué)、車胤孫康，弦歌雅樂、翰墨傳香，尊師益友、孝德永彰，和親睦鄰、扶幼尊長……克勤克儉、家道隆昌。”“李氏家訓(xùn)”中的80個(gè)字，李德仁爛熟于心。無論是少時(shí)求學(xué)，長大后深造，還是工作后遇到困難，李德仁常用“家訓(xùn)”勉勵(lì)自己。

李德仁于1963年本科畢業(yè)并以高分考取碩士研究生，但因?yàn)闄n案里一份“莫須有”的材料，被取消了錄取資格。之后，李德仁面對的是長達(dá)15年的人生逆境。即使被下放到五七干校，他依然堅(jiān)持學(xué)習(xí)。1978年國家恢復(fù)研究生招生，李德仁終于回到校園。這一年，他已經(jīng)39歲。

“順境也好，逆境也好，都要自信自尊，正如一塊白布，可以做頂帽子給別人戴頭上，也可以做塊墊子，讓人坐在身下……人不能虛度一生，要為國家作點(diǎn)貢獻(xiàn)?！奔覈閼选?jiān)韌頑強(qiáng)的意志讓他雖面對時(shí)代的風(fēng)暴依然屹立不倒。

武漢大學(xué)測繪實(shí)驗(yàn)室進(jìn)門處立有李德仁恩師王之卓的塑像，王之卓與夏堅(jiān)白、陳永齡三人被譽(yù)為中國測量的創(chuàng)始人，他們合力改善了當(dāng)時(shí)中國測量落后的局面。

李德仁仍記得自己與恩師王之卓的相識。讀書期間，他發(fā)現(xiàn)了蘇聯(lián)教科書上的幾處錯(cuò)誤，于是寫了3篇學(xué)術(shù)文章進(jìn)行闡釋，并托同學(xué)轉(zhuǎn)給王之卓。讓李德仁意外的是，當(dāng)時(shí)作為系主任的王之卓竟邀請他到家中討論直至夜深。

▲1991年，李德仁在瑞士蘇黎世理工大學(xué)工作

1978年，國家恢復(fù)研究生招生考試，39歲的李德仁如愿考上王之卓的研究生。3年后，李德仁以全優(yōu)的成績獲得碩士學(xué)位。1982年，李德仁獲得赴聯(lián)邦德國交流學(xué)習(xí)的機(jī)會，在王之卓的推薦下，他師從國際著名攝影測量和遙感學(xué)家阿克曼教授。當(dāng)時(shí)，阿克曼給了他一個(gè)航空測量領(lǐng)域極具挑戰(zhàn)的難題——找到一個(gè)理論，能同時(shí)區(qū)分偶然誤差、系統(tǒng)誤差和粗差。

誤差問題是當(dāng)時(shí)的世界性難題，李德仁每天工作十幾個(gè)小時(shí)，最終僅用一年零四個(gè)月的時(shí)間，就用德語完成了博士論文。他的博士論文答辯成績是1分+5星，成為當(dāng)時(shí)斯圖加特大學(xué)的最高分紀(jì)錄。在回國前的一次聚會上，阿克曼教授破例公布了李德仁的論文評語，國際著名理論大地測量學(xué)家格拉發(fā)倫特教授寫道：“我為此文而激動(dòng)，它解決了一個(gè)困擾測量理論與實(shí)踐達(dá)一百多年的難題。”因?yàn)榘汛植畎l(fā)現(xiàn)的理論上升到粗差和系統(tǒng)誤差區(qū)分的理論上，他榮獲了聯(lián)邦德國的漢莎航空測量獎(jiǎng)。如今，世界上每個(gè)國家，在校正航測平差系統(tǒng)時(shí)都要用李德仁的理論。

從德國畢業(yè)時(shí)，國外多家科研機(jī)構(gòu)向李德仁伸出了橄欖枝。面對邀約，他毅然回國。李德仁心中所想，正如妻子朱宜萱在信中所寫：“你是一頭牛，吃國家的草，一直到45歲，你現(xiàn)在應(yīng)當(dāng)回來擠奶了，這是你作貢獻(xiàn)的時(shí)候?！?/p>

從落后走到前列

1985年3月，李德仁站到了母校的講臺上，他不講職稱和待遇，給本科生開了3門課。一年后他破格晉升為教授，1991年當(dāng)選為中國科學(xué)院院士，1994年當(dāng)選為中國工程院院士、歐亞科學(xué)院院士，1997年當(dāng)選武漢測繪科技大學(xué)校長，直到學(xué)校2000年與武漢大學(xué)合并。

回國不久，李德仁接到一個(gè)艱巨的測繪任務(wù)——在雷區(qū)為中國和某鄰國邊界測圖。綿長的邊界線或隱于群山中，或分布在險(xiǎn)要之地，地下還可能埋有地雷。在短時(shí)間內(nèi)迅速摸清情況，單靠人工測繪不行。李德仁提出“把GPS放到飛機(jī)上”，運(yùn)用“GPS空中三角測量”技術(shù)，他很快完成了無須地面控制點(diǎn)的邊界測圖任務(wù)。這是中國人第一次通過機(jī)載GPS系統(tǒng)為邊界測圖。此后他憑借這一技術(shù)又完成了我國海南島、虎跳峽等多地的航測測圖。

世紀(jì)之交，面對我國衛(wèi)星、航空、地面系統(tǒng)等多方面落后于人的現(xiàn)狀，李德仁心急如焚。在他看來“有跨越才有創(chuàng)新，僅僅跟在人家后面做重復(fù)的研究，便總在后面，中國要有自己的高分辨率衛(wèi)星?！?002年，李德仁作為牽頭人向國家提出“建設(shè)我國高分辨率對地觀測系統(tǒng)”，這一建議得到肯定，在2005年正式立項(xiàng)，并被列入我國16個(gè)國家重大專項(xiàng)之一。

歷時(shí)15年，“高分專項(xiàng)”建設(shè)成績斐然，基本滿足了經(jīng)濟(jì)發(fā)展、國防建設(shè)與大眾民生的重大需求，使我國的衛(wèi)星遙感及其應(yīng)用趕上了世界先進(jìn)水平。2020年，相關(guān)研究“天空地遙感數(shù)據(jù)高精度智能處理關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用”獲得國家科技進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。

“這項(xiàng)成果是我們在元器件受限的情況下，用中國人的智慧，用我們的數(shù)學(xué)和過程控制方法，達(dá)到了世界一流水平?！崩畹氯首院赖卣f。

從衛(wèi)星數(shù)據(jù)85%依賴國外進(jìn)口，到實(shí)現(xiàn)85%的自給率，再到向其他國家出口，我國的測繪遙感科技，一步步從落后，走到了世界前列，建立起了真正的“中國人自己的全球觀測系統(tǒng)”。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)，將國產(chǎn)衛(wèi)星遙感影像定位精度從300米提高到0.5米以內(nèi)；研制了我國天-空-地3S集成的測繪遙感系統(tǒng)；建立了自主可控的國產(chǎn)地理信息技術(shù)體系；6次獲得國家科技進(jìn)步獎(jiǎng)。

“高分專項(xiàng)”的實(shí)施，讓比西方國家晚了近30年的中國遙感衛(wèi)星研究，實(shí)現(xiàn)了從無到有、從有到優(yōu)的跨越式發(fā)展，衛(wèi)星分辨率提高到了民用0.5米，遙感信息服務(wù)時(shí)間從數(shù)小時(shí)縮短至8分鐘，追上了世界先進(jìn)水平。

▲2012年，李德仁（左一）被授予國際攝影測量與遙感學(xué)會榮譽(yù)會員

李德仁一直認(rèn)為，科研人員的成果，無論是技術(shù)還是產(chǎn)品，都應(yīng)該取之于民、用之于民?！懊總€(gè)行業(yè)、每個(gè)家庭、每個(gè)人的衣食住行都離不開測繪?！鼻嗖罔F路，通過自主產(chǎn)品“三維立體地圖”，管理人員只需點(diǎn)擊鼠標(biāo)，就能監(jiān)管千里之外的沿路設(shè)施；北京奧運(yùn)會，李德仁帶領(lǐng)專家團(tuán)隊(duì)，從奧運(yùn)會申辦、場館建設(shè)到成功舉辦，全方位提供專業(yè)的“貼身服務(wù)”；數(shù)字敦煌，李德仁課題組運(yùn)用測繪遙感新技術(shù)，致力于將莫高窟外形、洞內(nèi)雕塑等全部文化遺跡，以毫米級精度虛擬在電腦里，集文化遺產(chǎn)保護(hù)、文化教育、文化旅游于一體……

但有件事，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。他說，那時(shí)我國只有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?！白隽艘惠呑舆b感，卻不能滿足抗震救災(zāi)的要求，我們有愧呀！”好在經(jīng)過十多年的努力，目前我國遙感衛(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)請纓趕赴汶川，帶領(lǐng)武漢大學(xué)測繪遙感信息工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室團(tuán)隊(duì)，對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”衛(wèi)星獲取了河北受災(zāi)地區(qū)上空的雷達(dá)圖像，并觀測到一處堤防決口。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)警避免了一場靠傳統(tǒng)手段“難以預(yù)防的災(zāi)難”。

國家有需要、人民有需求的地方，總能出現(xiàn)李德仁和團(tuán)隊(duì)的身影。

以實(shí)際行動(dòng)詮釋科學(xué)家精神的真諦，李德仁榮獲了“2021最美科技工作者”稱號。作為攝影測量、遙感和地球空間信息科學(xué)的領(lǐng)軍人物，李德仁也得到了國際學(xué)術(shù)界的高度認(rèn)可。2022年6月，他獲頒國際攝影測量與遙感領(lǐng)域最具影響力的獎(jiǎng)項(xiàng)之一——布洛克金獎(jiǎng)，成為我國獲此殊榮的第一人。

擦亮“東方慧眼”

美國的全球定位系統(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）和中國的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（BDS）是目前全球四大衛(wèi)星定位系統(tǒng)。一般情況下，為使衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)精度提高到厘米級甚至毫米級，構(gòu)建衛(wèi)星定位系統(tǒng)需要在地面布局基準(zhǔn)站，

當(dāng)初某國布局衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，在包括中國在內(nèi)的很多國家和地區(qū)建了幾千個(gè)基準(zhǔn)站。2020年中國布局北斗需要在該國建基準(zhǔn)站，卻遭到了拒絕。在此背景下，李德仁帶隊(duì)攻關(guān)，創(chuàng)造性地研究出中國第一個(gè)低軌衛(wèi)星導(dǎo)航增強(qiáng)系統(tǒng)和室內(nèi)外一體化亞米級手機(jī)導(dǎo)航定位系統(tǒng)。有了這些系統(tǒng)，中國的北斗衛(wèi)星在不到某國建基準(zhǔn)站的情況下，定位精度同樣能達(dá)到極高水平。這一顛覆性重大創(chuàng)新成果的取得，意味著中國在這項(xiàng)高精尖技術(shù)上已經(jīng)領(lǐng)先世界。

▲李德仁學(xué)生龔健雅（右）、李平湘（左）獲金牛獎(jiǎng)

近年來，李德仁帶領(lǐng)的武大測繪團(tuán)隊(duì)繼續(xù)向前，針對我國衛(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，他們把目光投向了一項(xiàng)更宏大的工程——“東方慧眼”智能遙感星座項(xiàng)目。

目前，由武漢大學(xué)牽頭研制的“珞珈”系列衛(wèi)星，作為“先遣隊(duì)”已經(jīng)出發(fā)?！扮箸煲惶?1星”在2018年成功升空，“珞珈二號01星”“珞珈三號01星”在2023年成功入軌，前往太空探路。

2024年5月21日12時(shí)15分，“珞珈三號”科學(xué)試驗(yàn)衛(wèi)星02星搭載“快舟”十一號運(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，李德仁很高興。擔(dān)任這顆衛(wèi)星首席科學(xué)家的龔健雅院士是李德仁的學(xué)生，也是測繪遙感團(tuán)隊(duì)的成員。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。

隨著一顆顆衛(wèi)星陸續(xù)升空，未來，整個(gè)星座預(yù)計(jì)將有200余顆衛(wèi)星在軌，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，“東方慧眼”將搭建起一張集定位、導(dǎo)航、通信、應(yīng)急、搜救于一體的“太空網(wǎng)”。這張網(wǎng)將幫助人們將地球看得更快、更清、更準(zhǔn)、更全、更懂。

“到那時(shí)，我們的衛(wèi)星使用成本會更低，每個(gè)人都有望輕松使用衛(wèi)星數(shù)據(jù)，都可以用手機(jī)調(diào)用頭頂?shù)男l(wèi)星，從‘玩微信’到‘玩衛(wèi)星’，3至5分鐘就能看到想看的地球圖片或視頻，享受衛(wèi)星帶來的紅利。這些衛(wèi)星將為國家創(chuàng)造萬億級新質(zhì)生產(chǎn)力，服務(wù)于人類社會的可持續(xù)發(fā)展?！睂ξ磥恚畹氯市膽雁裤?。