測(cè)繪遙感學(xué)家李德仁——
精準(zhǔn)測(cè)繪大地山河
本報(bào)記者 谷業(yè)凱
人物小傳
李德仁，武漢大學(xué)教授，中國(guó)科學(xué)院院士、中國(guó)工程院院士，測(cè)繪遙感學(xué)家。1939年生，江蘇泰州人。1963年畢業(yè)于武漢測(cè)繪學(xué)院，1985年獲德國(guó)斯圖加特大學(xué)攝影測(cè)量與遙感專業(yè)博士學(xué)位?，F(xiàn)任教育部地球空間信息技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心主任，是我國(guó)高精度高分辨率對(duì)地觀測(cè)系統(tǒng)的開創(chuàng)者之一。
2024年2月3日，“東方慧眼高分01星”通過(guò)捷龍三號(hào)遙三運(yùn)載火箭在廣東陽(yáng)江海域成功發(fā)射。這顆運(yùn)行在距地520公里的太陽(yáng)同步軌道衛(wèi)星，搭載高分辨率推掃相機(jī)、全自主化在軌智能處理終端，集成北斗短報(bào)文和星間實(shí)時(shí)傳輸終端，具備在軌實(shí)時(shí)生成與分析功能，能夠有效提升用戶獲取遙感信息的速率。
這是“東方慧眼”智能遙感星座的業(yè)務(wù)首發(fā)星，也是通信、導(dǎo)航、遙感一體化智能遙感衛(wèi)星系統(tǒng)的一次重要實(shí)踐。“我們希望到2030年，‘東方慧眼’建成由200多顆高分辨率光學(xué)衛(wèi)星、雷達(dá)衛(wèi)星、高光譜衛(wèi)星組成的智能遙感星座?！睋?dān)任這顆衛(wèi)星首席科學(xué)家的李德仁(見圖一，新華社記者熊琦攝)，向著“看得快、看得清、看得準(zhǔn)、看得全、看得懂”的目標(biāo)，不懈努力著。
心系祖國(guó)，學(xué)成歸國(guó)投身測(cè)繪遙感學(xué)科建設(shè)
作為認(rèn)知地球和環(huán)境的重要技術(shù)手段，測(cè)繪遙感為各行各業(yè)發(fā)展提供基礎(chǔ)性、先導(dǎo)性的支撐。但在近40年前，李德仁學(xué)成回國(guó)時(shí)，受測(cè)繪遙感科技水平制約，中國(guó)人對(duì)地理信息知之甚少，更別說(shuō)利用這座“富礦”為經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展服務(wù)了。
留學(xué)期間，李德仁已經(jīng)在國(guó)際測(cè)繪學(xué)界有所成就：他在1982年提出的處理系統(tǒng)誤差的方法，被學(xué)界稱為“李德仁方法”；1985年，他在自己的博士論文中解決了誤差可區(qū)分性這一測(cè)量學(xué)領(lǐng)域的難題。
盡管收到多家國(guó)外科研機(jī)構(gòu)的工作邀請(qǐng)，心系祖國(guó)的李德仁卻一一婉拒。1985年2月底，他取得博士學(xué)位，3月初就站在了武漢測(cè)繪學(xué)院的講臺(tái)上，這里也是他的母校。
武漢測(cè)繪學(xué)院(后更名為武漢測(cè)繪科技大學(xué)，2000年并入武漢大學(xué))的前身——武漢測(cè)量制圖學(xué)院是1955年由國(guó)內(nèi)5所院校的測(cè)量專業(yè)集中創(chuàng)建的。但在上世紀(jì)80年代，學(xué)院測(cè)繪遙感學(xué)科人才面臨斷檔問(wèn)題。
回國(guó)任教后，李德仁干的第一件事就是編寫教材。他先后編寫了《基礎(chǔ)攝影測(cè)量學(xué)》和《解析攝影測(cè)量學(xué)》，又依據(jù)自己的博士論文編寫了《誤差處理與可靠性理論》——后來(lái)作為研究生教材。
測(cè)繪遙感是一門重視實(shí)踐的學(xué)科，尤其在一些人跡罕至地區(qū)的基礎(chǔ)測(cè)繪工作，更是實(shí)踐中的難點(diǎn)。為解決實(shí)踐中出現(xiàn)的問(wèn)題，李德仁創(chuàng)新性地提出“把GNSS(全球衛(wèi)星定位系統(tǒng))放到飛機(jī)上”，運(yùn)用“GNSS空中三角測(cè)量”技術(shù)，很快完成了無(wú)需地面控制點(diǎn)的測(cè)圖任務(wù)。
李德仁還指導(dǎo)博士生編寫了軟件，有效解決了困難和危險(xiǎn)地區(qū)測(cè)圖的技術(shù)難題，后來(lái)這項(xiàng)成果獲得國(guó)家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。
緊跟學(xué)科前沿，推動(dòng)測(cè)繪遙感更高水平的智能化
建立高精度高分辨率對(duì)地觀測(cè)體系，離不開遙感衛(wèi)星。本世紀(jì)初，我國(guó)遙感衛(wèi)星核心元器件受限、軟件受控，嚴(yán)重制約了國(guó)產(chǎn)遙感衛(wèi)星的發(fā)展和應(yīng)用。
“當(dāng)時(shí)的條件下，我們想的是用一流的數(shù)學(xué)模型把硬件上的差距補(bǔ)回來(lái)。”李德仁主持設(shè)計(jì)論證了我國(guó)第一顆民用測(cè)繪衛(wèi)星“資源三號(hào)”的系統(tǒng)參數(shù)，建立了衛(wèi)星遙感影像的高精度幾何處理技術(shù)體系，大幅提高了衛(wèi)星遙感影像的自主定位精度。
李德仁帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)主持設(shè)計(jì)并建立了衛(wèi)星地面定標(biāo)場(chǎng)，通過(guò)地面高精度定標(biāo)場(chǎng)和大規(guī)模區(qū)域網(wǎng)平差等方法，將“資源三號(hào)”衛(wèi)星影像無(wú)地面控制點(diǎn)的定位精度從300多米提高到3至5米，完成9000多萬(wàn)平方千米的全球1∶5萬(wàn)測(cè)圖，開創(chuàng)了國(guó)產(chǎn)衛(wèi)星高精度測(cè)圖從國(guó)內(nèi)走向全球的新階段。
2003年，李德仁作為牽頭人，聯(lián)合多位院士專家向國(guó)家提出建議：“要把中國(guó)的衛(wèi)星分辨率從原來(lái)的5米、10米，提高到亞米級(jí)?！?006年，高分辨率對(duì)地觀測(cè)系統(tǒng)重大專項(xiàng)被列入《國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要(2006—2020年)》，2010年全面啟動(dòng)實(shí)施。
“我們做測(cè)繪遙感的人，始終要堅(jiān)持自主創(chuàng)新?！崩畹氯蕩ьI(lǐng)團(tuán)隊(duì)研制了高分辨率衛(wèi)星遙感地面處理系統(tǒng)。經(jīng)過(guò)10年的建設(shè)，高分辨率對(duì)地觀測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了我國(guó)遙感衛(wèi)星系統(tǒng)的自主可控，相關(guān)成果有力推動(dòng)了新一代國(guó)家空間基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，為我國(guó)航天產(chǎn)業(yè)發(fā)展做了技術(shù)及人才上的儲(chǔ)備。
隨著新一代信息技術(shù)的加快發(fā)展，測(cè)繪遙感技術(shù)與數(shù)字經(jīng)濟(jì)的耦合協(xié)同效應(yīng)不斷增強(qiáng)，與經(jīng)濟(jì)社會(huì)聯(lián)系日益緊密?！熬o跟學(xué)科前沿，不停歇地做中國(guó)人自己的產(chǎn)品”，成為李德仁的又一個(gè)目標(biāo)。多年來(lái)，他牽頭研制的地理信息系統(tǒng)軟件、移動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)等高科技產(chǎn)品，不僅實(shí)現(xiàn)了技術(shù)國(guó)產(chǎn)化，還成功走向市場(chǎng)。
“東方慧眼”智能遙感星座項(xiàng)目建設(shè)也在穩(wěn)步推進(jìn)中?！拔覀円?shí)現(xiàn)測(cè)繪遙感更高水平的智能化，推動(dòng)天上的通信、導(dǎo)航、遙感衛(wèi)星一體化組網(wǎng)，讓天上有對(duì)地觀測(cè)的‘慧眼’和‘大腦’，讓空天信息更好服務(wù)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展?！崩畹氯收f(shuō)。
扎根三尺講臺(tái)，為年輕人的發(fā)展創(chuàng)造更多可能性
一生投身測(cè)繪遙感事業(yè)，既出于對(duì)事業(yè)的孜孜追求，也源自對(duì)腳下這片土地的熱愛。
2014年，李德仁和夫人朱宜萱兩人到塔克拉瑪干沙漠西南邊緣的新疆維吾爾自治區(qū)麥蓋提縣參加學(xué)術(shù)活動(dòng)，被當(dāng)?shù)馗刹咳罕娭紊吃炝值木窀袆?dòng)。此后10年間，他們兩個(gè)人發(fā)起義務(wù)植樹活動(dòng)，19批志愿者積極投身其中，種下了數(shù)萬(wàn)株苗木。
“我們讓學(xué)生每年做一次麥蓋提縣的遙感圖，能夠真切地觀察、感受到隨著植樹面積增長(zhǎng)，當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境越來(lái)越好?！敝煲溯嬲f(shuō)。
十年樹木，百年樹人?！褒徑⊙旁菏吭谧鲋袊?guó)的數(shù)字地球模型、國(guó)產(chǎn)地理信息系統(tǒng)；楊必勝三維建模做得很好，他用無(wú)人機(jī)做碳排放、碳吸收的研究非常精準(zhǔn)；我還有個(gè)研究生正在用人工智能技術(shù)，在大量遙感數(shù)據(jù)中自動(dòng)解譯目標(biāo)……”講起自己學(xué)生手頭上的工作，李德仁如數(shù)家珍。
在所有身份中，李德仁最看重的是教師，最看重的事情則是上課?！稖y(cè)繪學(xué)概論》這門課是始自1997年9月、面向本科新生的基礎(chǔ)課，7位院士先后加入教學(xué)團(tuán)隊(duì)，一講就是20多年。
在學(xué)生們眼中，李德仁很會(huì)“賣關(guān)子”：“把攝像機(jī)放到飛機(jī)上進(jìn)行測(cè)量，會(huì)出現(xiàn)什么問(wèn)題？如果放到衛(wèi)星上呢？”提問(wèn)漸次深入，課堂氛圍更加活躍，他便順勢(shì)引入講課重點(diǎn)，“學(xué)問(wèn)就藏在課堂內(nèi)容里，請(qǐng)看攝影測(cè)量……”
2022年，在李德仁的推動(dòng)下，武漢大學(xué)聯(lián)合國(guó)內(nèi)10多所高校共同論證遙感科學(xué)與技術(shù)一級(jí)學(xué)科建設(shè)。目前，全國(guó)已有300多所大學(xué)開設(shè)了測(cè)繪遙感地理信息專業(yè)。
“未來(lái)要靠年輕人，他們?cè)谘芯可铣^(guò)我們，我們非常高興?！崩畹氯收f(shuō)，“作為高校教師，我們要把教育辦好，把科技搞上去，還要把人才培養(yǎng)好，為年輕人的發(fā)展創(chuàng)造更多可能性。”
實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家薛其坤——
在物理學(xué)前沿長(zhǎng)跑
本報(bào)記者 喻思南
人物小傳
薛其坤，清華大學(xué)教授，中國(guó)科學(xué)院院士、實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家。1963年生，山東蒙陰人。1984年在山東大學(xué)獲得學(xué)士學(xué)位，1994年在中國(guó)科學(xué)院物理研究所獲得博士學(xué)位。先后在中國(guó)科學(xué)院物理研究所、清華大學(xué)、南方科技大學(xué)工作，是改革開放后我國(guó)成長(zhǎng)起來(lái)的杰出科學(xué)家之一。
早上7點(diǎn)到實(shí)驗(yàn)室、晚上11點(diǎn)離開，這樣的作息，薛其坤(見圖二，清華大學(xué)供圖)雷打不動(dòng)堅(jiān)持了30多年。
薛其坤的研究領(lǐng)域是凝聚態(tài)物理，是研究凝聚態(tài)物質(zhì)的物理性質(zhì)與微觀結(jié)構(gòu)以及它們之間的關(guān)系的學(xué)科，是當(dāng)今物理學(xué)最大也是最重要的分支學(xué)科之一。在這一領(lǐng)域，薛其坤率領(lǐng)團(tuán)隊(duì)不斷突破，創(chuàng)造性地發(fā)展了一系列國(guó)際通用的實(shí)驗(yàn)技術(shù)，取得量子反?；魻栃?yīng)、界面高溫超導(dǎo)等原創(chuàng)性科學(xué)發(fā)現(xiàn)。
不斷攀登高峰，動(dòng)力何來(lái)？“對(duì)科學(xué)研究的熱情與執(zhí)著，對(duì)推進(jìn)國(guó)家科技進(jìn)步的責(zé)任和信念，促使我努力向前?！毖ζ淅ふf(shuō)。
“不跟風(fēng)，專注于做‘從0到1’的研究”
“不跟風(fēng)，專注于做‘從0到1’的研究”，這是薛其坤的合作者和學(xué)生對(duì)他科研態(tài)度的評(píng)價(jià)。
量子反常霍爾效應(yīng)是一個(gè)新領(lǐng)域，在推動(dòng)新一代低能耗晶體管和電子學(xué)器件的發(fā)展上應(yīng)用前景很大，成為全球凝聚態(tài)物理學(xué)家關(guān)注的焦點(diǎn)。
從2009年起，薛其坤帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)，對(duì)量子反?；魻栃?yīng)的實(shí)驗(yàn)發(fā)起沖擊。雖然團(tuán)隊(duì)前期完成了很好的基礎(chǔ)性工作，但量子反常霍爾效應(yīng)出現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)條件非?？量?。能否找到合適的材料，在這種材料中又能不能觀測(cè)到量子反?；魻栃?yīng)，一切都是未知數(shù)。
認(rèn)準(zhǔn)這座科研高峰，薛其坤義無(wú)反顧地去攀登。
先后生長(zhǎng)測(cè)量了1000多個(gè)樣品、一步步提高樣品質(zhì)量，2012年底，薛其坤團(tuán)隊(duì)終于成功在實(shí)驗(yàn)中觀測(cè)到量子反?；魻栃?yīng)。這是在反?；魻栃?yīng)提出131年后，人類首次觀測(cè)到反常霍爾效應(yīng)的量子化。2013年，該成果在《科學(xué)》雜志上發(fā)表，被審稿人評(píng)價(jià)為“凝聚態(tài)物理界一項(xiàng)里程碑式的工作”。
在認(rèn)知范圍內(nèi)，挑戰(zhàn)最有價(jià)值的研究，貫穿薛其坤做科研的始終。
2005年到清華大學(xué)工作，薛其坤瞄準(zhǔn)長(zhǎng)期困擾物理學(xué)界的難題——高溫超導(dǎo)。這一探索就是8個(gè)年頭。2012年，他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了單層鐵硒與鈦酸鍶襯底結(jié)合而產(chǎn)生的界面高溫超導(dǎo)。該發(fā)現(xiàn)挑戰(zhàn)主流共識(shí)，增進(jìn)了科學(xué)界對(duì)超導(dǎo)材料的認(rèn)識(shí)，國(guó)際超導(dǎo)界開展大量追蹤研究。這是高溫超導(dǎo)領(lǐng)域，我國(guó)科學(xué)家開辟的全新研究方向。
薛其坤并未止步。2017年，團(tuán)隊(duì)將量子反?；魻栃?yīng)觀測(cè)溫度提高了一個(gè)數(shù)量級(jí)，并首次實(shí)現(xiàn)量子反?；魻栃?yīng)多層結(jié)構(gòu)；2018年，團(tuán)隊(duì)與合作者首次發(fā)現(xiàn)一種內(nèi)稟磁性拓?fù)浣^緣體，開啟了國(guó)際上又一個(gè)熱點(diǎn)研究方向……
今天，沿著量子反?；魻栃?yīng)以及相關(guān)量子態(tài)的應(yīng)用研究、高溫超導(dǎo)機(jī)理研究?jī)蓚€(gè)方向，薛其坤團(tuán)隊(duì)正開展新一輪攻關(guān)?！斑@是國(guó)際凝聚態(tài)物理領(lǐng)域最關(guān)注的研究方向，我們要努力站在世界前沿?！毖ζ淅ふf(shuō)。
“夜深人靜時(shí)，與論文、數(shù)據(jù)打交道，那種感覺很純粹、很幸?！?/p>
理論物理學(xué)家的預(yù)言對(duì)不對(duì)，往往需要實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家長(zhǎng)時(shí)間去驗(yàn)證。
做量子反常霍爾效應(yīng)實(shí)驗(yàn)，薛其坤團(tuán)隊(duì)用來(lái)實(shí)驗(yàn)的樣品，僅有5納米厚，制備每一個(gè)都非常不易。這樣的樣品，4年中，他們做了1000多個(gè)。
實(shí)驗(yàn)失敗是家常便飯。每次失敗后，薛其坤就會(huì)再次帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)優(yōu)化樣品、改進(jìn)方法。再失敗、再優(yōu)化、再改進(jìn)，一路上“循環(huán)往復(fù)”，直至實(shí)驗(yàn)成功。
2012年初，從理論上看，團(tuán)隊(duì)似乎解決了所有能想到的問(wèn)題，然而，量子反?；魻栃?yīng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果離最終的成功還非常遙遠(yuǎn)。團(tuán)隊(duì)成員、清華大學(xué)物理系教授何珂回憶，那段時(shí)間大家壓力很大，“擔(dān)心研究就此停滯不前”。
關(guān)鍵時(shí)刻，薛其坤給團(tuán)隊(duì)打氣。他常用自己“做針尖”的故事鼓勵(lì)團(tuán)隊(duì)。攻讀碩士期間，薛其坤用到的實(shí)驗(yàn)儀器是場(chǎng)離子顯微鏡，樣品是金屬針尖。他在導(dǎo)師的嚴(yán)格監(jiān)督下，每天至少要試做3個(gè)針尖，兩年做了1000多個(gè)針尖。其間雖沒有發(fā)表任何文章，但熟練掌握的實(shí)驗(yàn)技術(shù)，對(duì)后續(xù)工作幫助很大。在薛其坤的鼓舞下，團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)一輪輪沖刺，最終實(shí)現(xiàn)了技術(shù)突破。
薛其坤身上這股子韌勁從何而來(lái)？薛其坤說(shuō)，自己生長(zhǎng)于山東蒙陰縣的山村，是沂蒙山里出來(lái)的孩子，不怕挫折，“皮實(shí)”。自己打小就想當(dāng)科學(xué)家，一路追夢(mèng)，也遇到不少挫折。經(jīng)歷了3次考研，直到1987年，薛其坤才考上研究生，進(jìn)入中國(guó)科學(xué)院物理研究所凝聚態(tài)物理專業(yè)學(xué)習(xí)。
在實(shí)驗(yàn)室，日復(fù)一日觀察樣品、整理數(shù)據(jù)，薛其坤不以為苦，而以此為快樂和享受。薛其坤說(shuō)，“每當(dāng)實(shí)現(xiàn)重大突破的時(shí)候，那種滿足感是其他事情很難替代的?！币舱沁@種滿足感，鼓舞著他在物理學(xué)前沿持續(xù)長(zhǎng)跑。
如今，薛其坤有了更多身份。2013年起擔(dān)任清華大學(xué)副校長(zhǎng)，2020年起任南方科技大學(xué)黨委副書記、校長(zhǎng)……身兼科學(xué)研究、人才培養(yǎng)、行政管理等多項(xiàng)職責(zé)，無(wú)論角色怎么變，他對(duì)科研的極致追求沒有變?！耙股钊遂o時(shí)，與論文、數(shù)據(jù)打交道，那種感覺很純粹、很幸福?！毖ζ淅ふf(shuō)。
“中國(guó)人要有學(xué)術(shù)自信，要敢于去挑戰(zhàn)重大科學(xué)難題”
實(shí)現(xiàn)量子反常霍爾效應(yīng)，材料需要既具備磁性又是絕緣體，由于磁體通常為導(dǎo)體，這是一個(gè)自相矛盾的要求。
說(shuō)來(lái)也巧，在清華大學(xué)物理系教授王亞愚眼中，一些看似矛盾的地方，也完美融合在薛其坤身上。
薛其坤對(duì)學(xué)生和藹親切，他會(huì)給實(shí)驗(yàn)室學(xué)生帶夜宵，與學(xué)生們打成一片；看到學(xué)生在實(shí)驗(yàn)操作上有一點(diǎn)馬虎，他又會(huì)嚴(yán)厲批評(píng)，嚴(yán)肅告誡學(xué)生“做實(shí)驗(yàn)必須專心致志”。
薛其坤身上有中國(guó)人傳統(tǒng)的一面，但作為科學(xué)家的他卻處處求“新”。王亞愚回憶，對(duì)待研究，薛其坤倡導(dǎo)獨(dú)立思考，對(duì)與主流學(xué)術(shù)認(rèn)識(shí)不一致的觀點(diǎn)很有興致，像一位“攪局者”，總希望給科研帶來(lái)一些意外。
而說(shuō)起功勞，薛其坤總強(qiáng)調(diào)，現(xiàn)代科學(xué)研究是團(tuán)隊(duì)合作的結(jié)晶，沒有多個(gè)優(yōu)秀實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)緊密高效合作，不可能有量子反?；魻栃?yīng)等重大原創(chuàng)突破。
薛其坤非?？粗貙?duì)學(xué)生的培養(yǎng)。清華大學(xué)物理系教授肖志剛說(shuō)，碰到寫文章不太認(rèn)真的學(xué)生，薛老師會(huì)要求學(xué)生反復(fù)修改論文，且每一個(gè)版本都發(fā)給他，他會(huì)一一對(duì)照其中的差別；學(xué)生科研遇到困難，他又會(huì)及時(shí)鼓勵(lì)，并給他們送去指導(dǎo)。這些年來(lái)，薛其坤率領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)成員或培養(yǎng)的學(xué)生中有1人當(dāng)選中國(guó)科學(xué)院院士，30余人次入選國(guó)家級(jí)人才計(jì)劃。
憑借在量子反?；魻栃?yīng)方面的創(chuàng)新突破，2023年10月，美國(guó)物理學(xué)會(huì)宣布，薛其坤獲得奧利弗·巴克利獎(jiǎng)。自1953年授獎(jiǎng)以來(lái)，這項(xiàng)國(guó)際凝聚態(tài)物理領(lǐng)域的最高獎(jiǎng)，首次頒發(fā)給中國(guó)籍物理學(xué)家。此前，薛其坤已作為第一完成人榮獲2018年度國(guó)家自然科學(xué)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)，并獲得國(guó)際低溫物理最高獎(jiǎng)——菲列茲·倫敦獎(jiǎng)。像這樣有分量的榮譽(yù)，薛其坤還有不少。
“中國(guó)人要有學(xué)術(shù)自信，要敢于去挑戰(zhàn)重大科學(xué)難題?！痹谘ζ淅た磥?lái)，解決重大科學(xué)難題、關(guān)鍵技術(shù)難題，是中國(guó)科學(xué)真正走向世界的標(biāo)志，“我將盡己所能，作出更多的貢獻(xiàn)。”（人民日?qǐng)?bào)）