李德仁:巡天问地,助力建设“遥感强国”

作者: 王菲 吴纯新

在地球空间信息科学领域,遥感技术至关重要。作为人类经济建设和社会可持续发展的关键支撑手段和战略需求,遥感技术在生物多样性保护、防灾减灾、粮食安全与绿色农业、城市发展、水资源管理等方面起到了不可替代的作用。

在近40年的科研时光里,武汉大学教授李德仁致力于提升遥感对地观测水平,持续开展基础理论研究和重大技术创新,为我国从测绘遥感大国到测绘遥感强国的转变作出了杰出贡献。

2024年6月24日,李德仁获得2023年度国家最高科学技术奖。

“我得赶快回国”

“爱我中华、兴我家邦、少小勤学……”在江苏省泰州市姜堰区溱潼古镇的一所旧居堂屋,挂着一副用毛笔书写的“李氏家训”,家训里的80个字,影响了李德仁的一生。

1978年,科学的春天来临,国家恢复研究生招生。李德仁得以回归校园继续学业,并师从中国科学院院士王之卓。1981年,就在李德仁完成硕士学业时,王之卓“迫不及待”地将他送出国深造。

1982年,李德仁进入德国波恩大学进修,短短半年时间,他就在国际学术期刊连发两篇高质量论文,针对西方学者发现和消除粗差的倾向性方法,推导出比“丹麦法”更具优势的新方法,被国际测量学界称为“李德仁方法”。

次年,李德仁又进入德国斯图加特大学攻读博士学位,师从摄影测量领域世界著名领军学者弗里兹·阿克曼。为了将更多知识早日带回祖国,他每天工作14个小时以上,常在凌晨最后一个锁门,又在清晨第一个打开实验室的大门。

这期间,李德仁首次创立了误差可区分性理论和系统误差与粗差探测方法,为现代测量学奠定了数据处理的理论基础。德国洪堡基金评委Grafarend认为,“他解决了一个测量学的百年难题”。李德仁也因此获得1988年“汉莎航空测量奖”。

“回国是必然的,是自觉的。改革开放以后,国家好不容易让我们出去学习,我们与外国有很大差距,我得赶快回国。”为此,李德仁用两年时间完成了五六年的课程,并谢绝了国外科研院所的邀请,在毕业答辩后立刻回国,短休几日后便走上了讲台。

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。

李德仁说,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”。正是这个建议让6400多名群众转危为安。

擦亮“东方慧眼”

“要把天上的大数据经过人工智能处理,变成小数据送到用户的手机上,这样才能实现分钟级的智能服务。”李德仁说,以前,天上的遥感、导航、通信卫星没有相互联通,所提供的服务老百姓用不上。

为此,李德仁带领团队积极开展“通导遥”一体化天基信息实时服务系统关键技术攻关,启动珞珈系列科学试验卫星工程,研制发射4颗珞珈系列卫星。

不仅如此,李德仁还推动“通导遥”一体化的“东方慧眼”智能遥感星座计划建设。“东方慧眼”智能遥感星座计划极为宏大。通过部署在天上的遥感卫星组网,能够建立从全国到全球的服务系统,把目标看得快、看得清、看得准、看得全、看得懂……

从2022年起,李德仁带领团队开展“东方慧眼”智能遥感星座论证工作。为将“东方慧眼”擦得更亮,李德仁侧重在卫星精度和质量上下功夫,使卫星遥感分辨率从5米降低到3米、2米、1米,再到0.5米。

2023年4月,“东方慧眼”智能遥感星座一期工程正式启动。2024年2月3日,由李德仁担任首席科学家研制的“东方慧眼”高分01星成功发射,顺利实现业务化运行。

作为“东方慧眼”智能遥感星座的业务首发星,这颗卫星的成功发射是“通导遥”一体化智能遥感卫星系统的重要实践,对后续星座建设具有重大意义。该星投入运行后,可通过聚合高性能算力、引入人工智能遥感大模型,为行业提供实时时空观测智能化分析决策服务。

培养栋梁之材

在自己所有的身份中,李德仁认为,当老师才是他最骄傲、最有成就感的事。

李德仁曾说,恩师王之卓有一句话让他记了一辈子。那是在王之卓学术思想研讨会上,王之卓在会议门口看着会标,感慨道:“我有什么学术思想?我的思想就是不断地跟我的学生学习。”

李德仁也把这句话送给自己。他说,作为一名教师,他可以培养一代又一代的年轻人,而年轻人在任何细节上超过自己,都让他感到高兴。

数十年来,李德仁在武汉珞珈山下甘为人梯、殚精竭虑、为国育才,始终奋斗在教学科研第一线。他引导学生在学科交叉前沿刻苦攻关,获得高等教育国家级教学成果。

执教30多年,谈及指导博士生的成功经验,李德仁说:“我把我老师教我的方法,传授给我的学生,那就是首先要学会做人,再学会做事,最后学会做学问。”

李德仁是这么说的,也是这么做的。他要求学生坚持“读书、思维、创新、实践”,做国家的栋梁。因此,他总把学生带到科研一线“拉练”,鼓励学生发现问题、解决问题,不断思考、大胆创新。

如今,李德仁的学生遍布世界各地,在测绘遥感领域各有建树。这是李德仁最为高兴的事。直到现在,李德仁也仍然坚持带博士生和硕士生。

从毅然归国到开拓创新,从扎根科研一线到孜孜不倦教书育人,李德仁坚定不移地践行着自己的人生追求——一辈子为国家服务。他用自己的一生,诠释了中国科学家奋进、奉献、甘为人梯的精神。

(摘自《科技日报》)

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