大師檔案:
李德仁,1939年12月31日出生於江蘇泰縣溱潼,籍貫江蘇鎮江。測繪與遙感學家,中國科學院院士、中國工程院院士、國際歐亞科學院院士、國際宇航科學院院士,武漢大學學術委員會主任、測繪遙感信息工程國家重點實驗室學術委員會主任、地球空間信息技術協同創新中心主任、武漢市科學技術協會主席、武漢·中國光谷首席科學家。
1963年畢業於武漢測繪學院航測系(現武漢大學遙感學院),獲得學士學位;1981年獲得武漢測繪學院攝影測量與遙感專業碩士學位;1985年獲德國斯圖加特大學攝影測量與遙感專業博士學位,同年返回武漢測繪學院任教;1986年被破格晉升為教授;1991年當選中國科學院學部委員(中國科學院院士);1994年當選中國工程院院士;1997年擔任武漢測繪科技大學校長;1999年當選國際歐亞科學院院士;2000年擔任測繪遙感信息工程國家重點實驗室主任;2008年獲得瑞士蘇黎世聯邦理工學院名譽博士;2018年當選國際宇航科學院院士。在長期的科研生涯中,牽頭開展頂層設計與「卡脖子」難題攻關,實現國產遙感衛星全球1:5萬無地面控制高精度測圖,推動國家設立全球測圖專項;創立誤差可區分性理論與粗差探測方法,解決測量學中的百年難題;研製我國天-空-地3S集成的測繪遙感系統,引領傳統測繪到信息化測繪的變革;建立自主可控的國產地理信息技術體系,推動我國地理信息產業成為戰略性新興產業;帶領團隊攻克遙感衛星影像處理系列瓶頸問題,為實現我國測繪遙感大國向測繪遙感強國轉變做出了傑出貢獻。
曾獲得國家科學技術進步獎(創新團隊)1項、國家科技進步二等獎5項、國家教學成果二等獎2項和何梁何利科學與技術進步獎。2008年獲得國際攝影測量與遙感學會「SamuelG.Gamble獎」(國際合作獎);2012年獲得國際攝影測量與遙感學會「榮譽會員」稱號;2016年獲得國際數字地球學會「科技貢獻獎」;2017年獲得國際移動測量技術大會「傑出成就獎」、中國地理學會「中國地理科學成就獎」、亞洲遙感大會「陳述彭獎」;2019年獲得中國測繪學會「傑出成就獎」;2020年獲得國際攝影測量與遙感學會「布洛克金獎」(最高成就獎)。
愛我中華,興我家邦
1939年,李德仁出生在江蘇泰州一個書香門第,曾祖父李貞發曾寫過一個80字的家訓,掛在江蘇老家的廳堂上。其中第一句就是「愛我中華、興我家邦」,究其內涵,便是一個中華兒女,熱愛祖國熱愛人民是第一位的。還有一句是「孝德永彰」,一個家庭要對內講究孝,對外講究德。
李家有重視讀書的傳統。李德仁的祖父尤為重視對子女的教育,他勉勵後人要堅持讀書,無論環境如何都要堅持讀書,帶著思索讀書,在思索的基礎上進行創新和實踐。父親李月如和母親華淑蕙從小告誡子女「立身以立學為先,立學以讀書為本」,希望他們勤學苦讀、修身養德、對人誠懇、關心鄰裡、助人為樂、忠厚守紀、奉獻社會。長輩們所提出的求學之道、為人之道和處世之道,對李德仁及同輩們的成長產生了能量效應,也是鑄就李德仁、弟弟李德毅、堂弟李德群「一門三院士」的主要原因之一。
良好的家風教育伴隨李德仁的成長,有幾件事讓李德仁至今難以忘懷:
小學二年級的時候,作為一個小學生,學校安排要找一個文盲家庭幫助掃盲。幼年的李德仁並不知道掃盲意味著什麼,只是聽老師說教人讀書識字是為人民服務的,是革命和建設的需要,是光榮的工作。回到家後,李德仁告訴母親「自己要為人民服務,要做光榮的工作」,母親聽後欣慰的笑了,花錢買好掃盲教材,送到人家家裡去,年幼的李德仁放學後就去教一兩個小時。在李德仁的幫助下,這家人很快掌握了讀寫的基本知識,大大方便了生活。對李德仁更是讚不絕口,稱其「小李老師」。正是這段經歷,讓李德仁體會到了幫助別人的快樂,同時「孝德永彰」的家訓也在李德仁心中紮下了根。
「你現在工作了,弟弟妹妹還在大學,家裡負擔大,你要承擔一些。」大學剛畢業那年,母親對李德仁說道,辛酸的語氣使他久久難以忘懷。雖然月收入並不高,但李德仁毅然接過了撫養弟弟妹妹的重擔。那時候,妹妹就讀於南京大學,弟弟就讀於南京工學院,而李德仁每月薪資僅有55元錢。「就算自己再苦,也不能苦了弟弟妹妹!」李德仁暗下決心,一定要將弟弟妹妹照顧好。為此,他節衣縮食,饅頭和鹹菜成了他的家常便飯,幾件衣服補了又補,穿了又穿。就這樣,他堅持每個月給弟弟妹妹每人寄去15元錢,自己僅留25元的必要開支過日子,被同事們戲稱為「窮秀才」。
勤儉自強精神的養成,離不開父母從小對他的教育。「人必須學會自力更生,理想生活要靠奮鬥獲得。」父母的教導他常記於心,也以此不斷砥礪前行。在良好家庭教育的薰陶下,李德仁在廣闊的人生道路上才越走越遠,不斷攀越高峰。在德國留學期間,他觀察到德國年輕夫妻均是不依靠父母,過著自力更生的生活。這使他感觸頗深,也更加堅定了自己奮鬥不息的人生理念。
逆境求學,才華展露
1957年,17歲的李德仁從江蘇省泰州中學畢業,被武漢測繪學院航空測量系錄取。當時,學院院長是夏堅白院士,系主任是王之卓院士。
大學6年裡,李德仁每天都處於求知若渴的狀態。大四時,他在蘇聯專家撰寫的教科書上發現了問題,寫了好幾篇文章。同班同學朱宜萱和王之卓的女兒是好朋友,李德仁就託她把文章轉給王之卓,而李德仁和朱宜萱後來也成就了美好姻緣。
王之卓在文章上寫了很多批註,並把李德仁叫到家裡,師生倆長談了3個多小時,連晚飯都耽誤了。正是這次交流,奠定了這對師生黃金搭檔的終生情誼。
1963年,李德仁本科畢業,王之卓鼓勵他報考自己的研究生。當年選拔的考試科目共三門,李德仁兩門滿分、一門99分。但因為檔案裡一份「莫須有」的材料,他被取消了錄取資格。
天之驕子開始面對長達15年的人生逆境。他先後在航測隊、幹校、水泥廠、研究所當工人、炊事員、技術員、科室負責人。而王之卓一直牽掛著這位得意門生,不僅時常寫信叮囑他別丟了學問,還千方百計託人幫助他。
李德仁謹記恩師的囑託,在工作中精進業務。1978年國家恢復研究生招生,李德仁終於回到了恩師身邊,這一年,他39歲,6年前下放時在水泥廠研製的硫鋁酸鹽水泥系列,獲得第一屆國家科技發明二等獎。
在王之卓門下讀研究生的1000多個日夜,李德仁埋頭苦學,僅專業方面的讀書筆記就是厚厚30多本。1981年,當他以全優成績獲得碩士學位時,已練就一身過硬本領:基本功紮實,洞悉本學科發展狀況和國際著名專家研究方向。他站在中國測繪學界的前沿,整裝待發,隨時準備跑步衝進世界航測研究的前列。
這一年他留校任教,隨即以訪問學者身份赴聯邦德國進修。在波恩大學求學的半年內,他發表了兩篇高質量論文,引起西方學者的廣泛關注。他針對西方學者發現和消除粗差的傾向性方法,反其道而行之,從驗後方差估計理論出發,在極短時間導出比丹麥法更優越的新方法,被國際測繪界稱為「李德仁方法」;他根據這種方法研製出的新軟體,獲得了比波恩大學原軟體更佳的計算結果。
1983年,李德仁轉入斯圖加特大學,在歐洲攝影測量試驗組織主席阿克曼教授門下攻讀博士。他常在教堂午夜的鐘聲響過之後才走出實驗室,第二天早晨,又拿著阿克曼教授給他的萬能鑰匙第一個打開實驗室和資料室大門。
阿克曼被這位中國學生獨具的才幹和敬業精神深深感動了。他建議當地政府和自己一起承擔李德仁進修所需費用。只用兩年半時間,李德仁完成了通常需要五六年才能完成的博士論文和學位課程。在長達255頁的博士論文《攝影測量平差中控制點粗差和像片系統誤差區分可能性理論和試驗》中,他將佔統治地位的荷蘭學者巴爾達教授的經典理論進行了擴充和發展,給測量結果的準確度問題研究帶來一片光明,使不同模型誤差的區分和同一模型誤差的定位難題迎刃而解。
素以嚴謹著稱的大地測量學家、德國洪堡基金會委員格拉法韌特教授再也無法掩飾內心的激動,揮筆在他的博士論文上批道:「我為這篇文章而激動,它解決了測量學上一個百年來的難題。」他的博士論文以「1分加5星」的得分,迄今仍保持著斯圖加特大學博士答辯的最高紀錄。王之卓稱讚李德仁:「獲得了前人所沒有解決的創造性成果。」
李德仁把粗差發現的理論上升到粗差和系統誤差區分的理論上,榮獲了聯邦德國的「漢莎航空測量獎」。今天,在時空大數據時代,人們還要用李德仁的理論來校正自己的空天大數據智能處理系統。
他以智慧和勤奮叩開了權威之門,實現了超越前賢的夢想。
李德仁婉言謝絕了歐美許多攝影測量教學科研單位的熱情邀請,1985年,他站在了母校的講臺上,不講職稱和待遇,給本科生開了3門課。一年後他被破格晉升為教授;1991年當選為中國科學院院士。
「教授的第一任務是教學,第二任務是組織科研,第三任務才是自己動手搞科研。」這是李德仁的信條。不管工作多忙,他都堅持親自上講臺授課。由李德仁等6位院士和4位知名教授聯合主講的大一專業基礎課《測繪學概論》,是武大最受學生歡迎的課之一,2007年入選國家精品課,2012年被列入國家精品視頻公開課。
「我最本質、最喜歡的是作為一名教師、一名導師,我的責任是傳承學問,培養下一代的接班人。」在所有頭銜中,李德仁坦承,自己最鍾愛的是「教師」。
截至今年,已經有190多位博士研究生從李德仁門下畢業,其中走出了1名中國科學院院士、5名全國優秀博士論文獲得者、5名長江學者、5名傑青和卓青等人才。從1989年帶第一個博士生開始,20多年來,他平均每年要帶6人。他的弟子數量之龐大,在整個中國甚至世界都位居前列,而且幾乎個個成績斐然。
在武漢大學,以測繪泰鬥王之卓院士為前導,李德仁為中堅,龔健雅為後續的教學、科研、開發精英群體,其師生三代均為院士的測繪佳話,被生動續寫和傳播著。
從常人的視角來看,做大師的弟子,雖然榮耀,但壓力也不會小。「我們要是做得不好,他會當面批評,有時候還會比較嚴厲。」弟子眭海剛證實了這一點。
弟子黃俊華將李德仁生動概括為:嚴師、慈父、俠士。「說他俠士,是因為每次都來去匆匆,整天飛來飛去,奔走在世界各地,儘量幫助更多的人,如同古時候的俠士一般。」
視野前瞻,勇攀高峰
早在1997年,李德仁就發表了論文《論遙感、衛星導航和地理信息系統(RS,GPS與GIS)集成的定義、理論與關鍵技術》,李德仁在論文末尾寫道:「『3S』集成具有重大意義,也具有相當難度,集成方式多種多樣,宜從簡單到複雜,從低成本到高成本,關鍵在於要找到它的應用市場。應當肯定地說,『3S』技術集成大有作為!」
於是,從20世紀90年代後期開始,李德仁便致力於研究以「3S集成及其應用」為代表的空間信息科學以及多媒體通信技術等行業問題。2007年,由李德仁主持的項目「基於3S集成技術的LD2000系列移動道路測量系統及其應用」獲2007年度國家科技進步二等獎。
汶川地震的救援經驗讓李德仁意識到了「3S集成」的不足。他直接指出了缺乏「實時性」的關鍵原因——我國的衛星太少。「要想解決『實時性』,就要解決天上的衛星——衛星要多!要與通信衛星組網!」自此,李德仁開啟了中國的「衛星組網夢」,而這也可以說是李德仁於近年提出的「通導遙一體化空天信息實時智能服務系統(PNTRC)」設想的雛形。
回想起來,李德仁表示,「正是由於汶川的經驗,我才堅定地認為各類衛星要組網。導航提供了位置,遙感提供了信息,而這些信息要送到需要的人手上(則需要通信),所以後來我就提出了『通導遙一體化』,要把3S集成發展成通導遙一體天基組網」。
這樣當災害發生時,才可以用最快的速度,實時地將災區信息反饋到一線、反饋給國家,大大提高救災的效率,才算是盡到了測繪遙感人科技救災的最大責任。
不過,對於當時衛星數量極少的中國,各個功能的衛星如何實現組網與應用也許還是後話,最急迫的是,我們要先把衛星的精度和數量提上來。
「當時我向國家提了建議,要把中國的衛星解析度從原來的5米、10米,提高到0.1米,這個建議中央領導接受了,於是成立了高分專項」,李德仁回憶道。「高分專項」即高解析度對地觀測系統重大專項工程,是我國部署的16個重大專項之一。
2002年,李德仁向國家提出了「高分專項」建議,並在2005年成立了專家組進行策劃工作。2006年,高分辨對地觀測系統重大專項被列入《國家中長期科學與技術發展規劃綱要(2006-2020年)》。2009年,實施方案經領導小組會議審議通過。2010年5月經國務院常務會審議批准,高分專項全面啟動實施。
2013年4月26日,高分一號衛星作為高分專項的首發星,由長徵二號丁運載火箭在酒泉衛星發射基地成功發射入軌。
「高分專項規劃了14顆衛星,包括光學的、雷達的、紅外的、多光譜的、高光譜的,其中高分11號已經達到了0.1米,衛星的敏捷程度也提高了,從過去的幾分鐘,到現在變成小於分鐘對目標多次成像,雷達的高解析度則提高到0.3米,光譜解析度從原來4個多光譜提高現在300多個高光譜」,談起高分專項,李德仁如數家珍地介紹起高分系列衛星,說到「高分七號」,李德仁自豪地說「測繪還有一顆0.7米,能實現1:10000(比例尺衛星立體測圖)的測繪衛星,已在2019年成功上天」。
說到這,李德仁驕傲地表示,「高分專項的實施,讓我國實現了從原來外國不願意賣衛星影像給我們,到自力更生(的轉變),從以前我們的衛星數據有85%依賴國外,發展到現在85%自力更生,而且我們的衛星系統也開始向外國出口,支持亞非拉、一帶一路。」
從衛星數據85%依賴國外進口,到實現85%的自給率,再到向其他國家出口,我國的測繪遙感科技,就這樣一步步從落後,走到了領先位置。關於衛星,李德仁在過去十年間還有兩件讓中國實現「從無到有」的「大事」不得不提。
第一件事就是讓中國有了自己的測繪衛星——資源三號。2005年1月,李德仁與陳俊勇院士、高俊院士3人向時任國務院副總理曾培炎匯報我國的測繪重大項目籌劃工作。
2012年1月9日,資源三號衛星在太原衛星發射中心由「長徵四號乙」運載火箭成功發射升空。我國終於有了第一顆自主的民用高解析度立體測繪衛星,在世界上首先實現了無需地面控制點製作全球1:50000地形圖。
另一件事,就是帶領武漢大學團隊與相關機構共同研發製作了全球首顆專業夜光遙感衛星——珞珈一號。2014年10月,李德仁等向國家提出建議,認為國家可考慮允許民營資本進入航天,允許民營資本發射衛星。他認為,「商業化衛星是滿足競爭國際市場的必要手段,商業化衛星更能提升中國的航天質量」。
隨後在2014年11月,國務院首個支持商業航天發展的政策《國務院關於創新重點領域投融資機制鼓勵社會投資的指導意見》出臺,意見中明確鼓勵民間資本進入衛星研製、發射、運營等整個產業鏈。在政策背景的支持下,2015年6月,「珞珈一號」科學試驗衛星項目通過需求分析和衛星可行性論證;2018年6月,「珞珈一號」01星成功發射升空。
隨著「珞珈一號」01星的發射,李德仁認為遙感已進入到對人、對社會觀測的新階段。「夜光遙感記錄著人類活動的軌跡,通過夜光遙感,我們從對地觀測,變成對人觀測,對社會觀測。根據夜光可以發現城市的擴張或收縮,發現城市是如何發展的,感知人類活動,還可以以此算出GDP,算出碳排放、電能消耗、貧困指數等等等等。」在這次戰勝疫情復工復產初期,李德仁團隊及時用夜光遙感分析全國從南到北復工復產的速度,得到國務院有關部門表揚。
不難發現,這個時期的李德仁早已將研究與應用的視野從行業,放眼到了更高一級的國家層面。此外,李德仁更不乏將目光看向國際。他帶領團隊潛心鑽研,永攀一座座科研高峰,給我國的測繪遙感事業添上了濃墨重彩的筆畫。
貼近實際,創新不已
2008年5月12日汶川發生重大地震災害,李德仁所在的測繪遙感信息工程國家重點實驗室召開全體教職工大會,部署抗震救災相關工作,並成立了「5.12地震遙感信息收集與災情評估項目組」,李德仁親自擔任項目組顧問。接著,李德仁和他的學生帶著兩套設備奔赴災區前線,以獲取災區的高解析度航空影像,為抗震救災貢獻「遙感力量」。5月14日晚,中科院遙感所發現北川縣發生大面積滑坡和泥石流,形成了堰塞湖,可能會對下遊地區產生洪水和泥石流次生災害,該信息按照國務院意見緊急報送至水利部和國土資源部。從中國水利水電科學研究院陳祖煜院士那裡了解到災區堰塞湖的嚴峻形勢後,他倆共同組織討論了如何通過機載雷射雷達技術和堰塞湖水位自動監測技術儘快掌握災區的地形、水位等最新數據的方案。很快,李德仁組織專家團隊通過雷射雷達對堰塞湖的地形進行了掃描,計算了地形和水量,又用遙感拍了照片,把這兩個「融合」到一起,做出了一個逼真的三維數字成果,送到了時任國務院總理的溫家寶手中。根據所得數據,結合實際情況,做出了「明流排水」的決定,沒有導致人員的傷亡。
十餘年後的2019年6月17日,四川宜賓市長寧縣(北緯28.34度,東經104.90度)發生6.0級地震,震源深度16千米。以微博、微信為代表的新媒體成為了新時代信息傳播的主要途徑,而同樣反應迅速的還有災後應急測繪保障工作。
地震發生第二日當晚,測繪應急保障中心順利完成震後第一張無人機影像圖《四川長寧6.0級地震震中雙河鎮無人機影像專題圖》。
同日,中國資源衛星應用中心啟動重大自然災害應急響應機制,迅速成立應急小組,緊急安排高分衛星對災區進行觀測。
十年後的測繪遙感人,做到了地震後及時反應,快速地告訴救援隊伍震中在哪兒,告訴了解放軍該往哪裡去。面對生命救援的黃金72小時,這一次,我們用科技與時間賽跑。
除了應急救災方面,李德仁還關注測繪地理信息技術在我國國防建設中的應用,在2019年國慶閱兵式上,就有著李德仁的「身影」。2019年10月1日,以李德仁為首席科學家的團隊所研製的「測繪神器」——5套通導遙一體化的移動測量系統(MMS)亮相慶祝中華人民共和國成立70周年閱兵式。
MMS是一種車載測量裝備,能快速採集高精度、三維地理信息,並能與無人機、有人機和遙感衛星採集的數據進行融合使用,形成「天空地」一體化的地理空間信息。「我們選了5輛參加今年的閱兵儀式,上面(裝備)都是全的,GPS、北鬥、全景掃描、光學、雷射雷達、衛星幹擾測定等,還有短波、長波通信裝備,能裝的全裝了,能夠為移動作戰提供保障,是用於作戰的高精度全能移動測量系統」,李德仁介紹。
視角回到眼前,為有效控制疫情,醫治新冠肺炎患者,中央決定建設火神山醫院、雷神山醫院。為加強對醫院選址周圍情況、周邊湖水有沒有受到汙染、醫院建設進度的監測,李德仁團隊及時採用遙感技術結合北鬥導航定位開展工作。如在火神山醫院建設中,為了解旁邊的湖水有沒有受到汙染,李德仁提出用「珠海一號」高光譜遙感衛星監測,它有20多個光譜,可以從湖裡對高光譜取樣,把動工之前和動工之後做對比,看看光譜有沒有變化。同時,研究團隊又用中國的「高分三號」和歐洲的雷達衛星進行遙感監測。評估顯示,地表穩定,對水沒有汙染,醫院建設對周邊環境沒有造成損害。同時,遙感技術在疫情期間在指揮交通管理、運輸物資以及醫院裡消殺、送飯、送醫療器材的機器人、4000輛保證醫務人員上下班的城市電動自行車等方面發揮了重要作用。
李德仁認為:「應急管理是國家的重大課題。疫情發生後,作為科技工作者,我一直在思考如何用智慧化手段應對疫情,更好地運用數據和技術手段降低損失。我們現在身處一個物理空間和網絡空間交叉融合的時代,通過測繪、遙感等技術手段獲取各種時空大數據,通過地理空間信息、時空大數據實現自動化管理,比如,讓機器人、無人機更多地參與工作,可以在儘量不影響人們社會活動的情況下防控疫情。」
面對困難之時更能考驗一個國家的科技發展水平,十餘年前的汶川地震,當今的新冠肺炎疫情,在全國人民勠力同心攻堅克難之時,這樣一位老人,不顧自己的安危,胸懷國家,每天奔走在科研一線,用他一生鑽研的地理信息技術,為祖國和人民提供戰勝疫情的「科技防線」。
李德仁用他的赤誠和鍾愛,將一生的心血都投入遙感科研事業,取得了累累創新碩果;用他的堅守和初心,致力於我國遙感領域科技人才的培養,打造出一支敢於創新拼搏的團隊。「興我家邦」的箴言在他的生命中銘刻,「嚴謹治學」的態度在後輩口中流傳,「勇攀高峰」的信念助他摘得一個個科學桂冠,「步履不停」的他還在謀劃下一個十年……
年逾八旬,探索不止,這就是李德仁一往無前的性格。在神奇的測繪遙感領域,他用數字繪天地之大美,用科研譜生活之樂章,用精神和事業影響年輕的一代。他與廣大科技人員一道,撐起中華脊梁,鑄就不朽功勳,成就未來中華。
(本文資料由武漢大學提供,門雪嬌整理編輯
轉自《中國高新科技》雜誌2020年第11期)