近日,李德仁院士应北京九三学社与中国科学技术馆邀请,开展了题为《论天地互联的智能遥感卫星与应用——从珞珈卫星到东方慧眼星座》报告,这是他荣膺2023年度国家最高科学技术奖之后,面向大众的一次公开演讲报告。报告中表示中国人一定要在空间科学、空间技术和空间应用三方面,做出应有的贡献!
在我国测绘遥感界,中国科学院院士、中国工程院院士李德仁如“拓荒牛”般攻克了遥感卫星影像高精度处理的系列难题,带领团队研发全自动高精度航空与地面测量系统,将中国卫星的分辨率赶上了世界先进的水平。科研教学方面,他是精神抖擞的“孺子牛”,为国家培养了大批测绘遥感杰出人才,推动了国际学术人才交流。
经李德仁院士同意,本文摘选李德仁院士讲座的部分内容并适当融入其成长、求学、工作等经历,以飨读者。让我们透过这双“东方慧眼”,一起“看清”世界。
海归报国
创业筑梦
1939年12月,李德仁出生在泰州市姜堰区溱潼古镇。1951年,11岁的李德仁从溱潼养正小学毕业,考入了江苏省泰州中学。
中学时期的李德仁,各门学科的成绩都非常优秀。兴趣广泛的他,曾经利用课余时间,用平板测量仪测量出泰州中学背后“小泰山”的高度。就是在那里,为他今后从事测绘工作埋下了伏笔。
1957年,李德仁被武汉测量制图学院录取。1982年,已经43岁的李德仁远赴德国学习。仅仅用了不到两年的时间,李德仁就解决了误差可区分性理论这一测量学界的难题,由此写就的博士论文,至今仍保持着斯图加特大学历史最高分的纪录。
博士毕业时,德国多家机构向李德仁伸出了橄榄枝,但他毫不犹豫地选择了回国。他的妻子朱宜萱在给他的信中写道:你是一头牛,吃国家的草,一直到了45岁,你怎么不为国家为人民产点奶?你现在应当回来挤奶了。1985年2月,他回到母校武汉测绘学院任教,开启了漫长的为国创新创业之路。
回国后,李德仁加快了研究步伐,在他看来:“有跨越才有创新,仅仅跟在人家后面做重复的研究,便总在后面”。面对世纪之交我国卫星、航空、地面系统等多方面存在差距的现状,李德仁提出:“中国要有自己的高分辨率卫星,要有自己的测绘卫星”。
党的十八大以来,中国遥感卫星技术实现从“有”到“优”的蜕变,业务化、商业化水平显著提升,90%的遥感卫星数据实现自给自足,标志着国家遥感技术实力的显著增强。这一成就离不开中央领导层的坚定支持与推动。
面对通信导航遥感卫星体系的发展挑战,中国提出创新服务模式,旨在通过实时智能处理与通信卫星结合,实现数据的快速传输与高效应用,为军民用户提供更加精准、高效的信息服务。当前,我们正致力于构建天地互联网络,打造涵盖卫星制造、发射、应用的全产业链,目标直指万亿元产值。
2019年,多位院士联名向中央提交建议书,强调军民融合战略对于保障中国空天信息优势的重要性,这一战略不仅关乎国防安全,也是推动经济发展的关键。针对商业遥感发展,我们确立了五项基本原则,旨在促进商业航天的健康发展,确保其在国家遥感信息服务体系中发挥重要作用,同时推动通导遥一体化,实现技术自主可控与全球市场拓展。当前,中国遥感技术展现出广阔的发展前景,获得了全球多地合作伙伴的积极响应。
解决“卡脖子”难题
探索“科研创新之路”
李德仁一生都在马不停蹄地推动摄影测量、遥感学科发展——不仅推动本学科的终身发展,也关注与其他学科的交叉发展。提出把传统的孤立的系统、分离的信息,事后服务的模式走向实时智能。让人工智能、数据处理、精确定位先在天上做,再用通信卫星传到地面上。他说:“有的人喜欢钻一点,钻得很精,而我喜欢看得全一点、远一点,坚持理论与实践结合,抓多学科交叉融合。”
李德仁团队制定的发展目标,是要实现天基信息的实时服务,把卫星遥感、通信、导航和地面互联网集成在一起,天地互联网,用户在任何地方、任何时候可以获取到他需要的信息,形成一个完整的卫星制造、发射、应用的产业链,走在世界前沿。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。
为实现2035年科技强国的宏伟目标,我们必须付诸实践,积极贡献力量。我们已成功研制并发射了多种卫星,均彰显了我们在遥感领域的持续进步。
珞珈三号01星,作为一颗多模、智能、互联、开放的卫星,于2023年1月15日成功发射。它能够在轨处理高分辨率遥感视频图像,通过智能计算与压缩,利用通信卫星及5G网络迅速传输至手机等终端,实现了星地、星间数据的实时、精准、灵活传输。
此外,我们发射的珞珈二号卫星,搭载了世界首创的Ka毫米波雷达,具备多个创新点:实现从二维到三维乃至形变的探测能力,兼具导航增强、成像与数据传输一体化功能,以及气象水文监测与背景图像测绘等多元应用。这一科学实验卫星的发射,标志着我们在遥感技术领域的又一重大突破。
强空天科技
筑未来之路
到泰州市姜堰区溱潼古镇旅游,在院士旧居景点,你会听到导游讲这样一句话,“古有三科两状元,今有弟兄四院士”。“弟兄四院士”其实是弟兄三人的4个院士头衔,其中李德仁拥有中国工程院和中国科学院两个院士头衔,另外两兄弟李德毅、李德群都拥有中国工程院院士头衔。
在溱潼镇上的院士旧居,悬在厅堂的李氏80字家训特别引人注目。李德仁院士说,这是他曾祖父留给李氏后人的训诫。从他小时候起,这则家训就一直教诲着他和家人,特别是“爱我中华兴我家邦”8个字为他的科学人生指明了方向,让他在后来的卫星遥感领域的科学研究,坚韧探索,矢志不渝。针对卫星遥感存在的“成本高、效率低、不稳定、应用少”等问题,李德仁带领的团队把目光投向更远——“东方慧眼”智能遥感星座项目。
“在万物互联的时代,我们要抓紧建设天地互联网空天信息实时智能服务,要推动遥感在各行各业的应用”。年逾八旬的李德仁院士说,这是他近年来投入精力最多和最关注的发展项目。
遵循习近平总书记的指示精神,我们坚持自力更生、独立自主、安全可控的原则,运用此技术推动中国下一代天基信息服务系统的建设,命名为“东方慧眼星座”。
我们的规划分为多个阶段:今年已发射一颗5分钟内获取数据并上传至手机的高精度卫星,并计划发射两颗高光谱卫星,实现每5天全球覆盖一次。未来数年内,将逐步部署多颗雷达卫星和光学卫星,计划在2030年前实现252颗雷达和光学卫星的全球网络布局,形成多分辨率多角度对地遥感能力,这一创新概念由我们中国人率先提出。
“东方慧眼”高光谱卫星项目,与国际领先水平相当,但扫描幅宽和分辨率都优于欧美。光谱波段数量上,我们好于欧美,数据传输速率也实现大幅提升,且卫星重量更为轻量化。我们的创新追求在于更优、更好、更经济。
特别设计的高分辨率高光谱卫星遥感系统,对于精确计算碳排放与碳汇、保障碳交易公平性具有重大意义。面对国际挑战,我们必须自力更生,确保数据准确,避免国家利益受损。
此外,我们还规划了包含若干颗光学卫星、雷达卫星、高光谱卫星及红外卫星的庞大体系。通过上述卫星网络的构建,我们计划实施网格布局,实现多角度摄影测量与遥感,为中国人民和世界人民服务。
励志耕耘
奉献终身育英才
李德仁院士数十年来坚持在教学科研第一线,已培养180多位博士,学生中当选中国科学院、中国工程院院士各1人。他还与武汉大学测绘领域5位院士一起,20多年来坚持为武汉大学测绘遥感本科生上基础课,在武汉大学建成了世界上规模最大、门类最全、办学层次和办学体系最完整的测绘遥感学科群。
2022年,在李德仁等推动下,“遥感科学与技术”正式获批为交叉门类一级学科,目前全国已有300多所大学开设测绘遥感地理信息专业。
在中国共产党成立100周年时,李德仁分享了一幅他手书的题词:“活到老,学到老,干到老,为党和人民奉献到老”。
今年,“东方慧眼”星座的首颗卫星成功发射,该卫星搭载了人工智能处理单元,标志着“东方慧眼”向通导遥一体化、智能化方向迈出了坚实步伐。这一创新不仅符合习近平总书记关于新质生产力的要求,更是对传统卫星功能的全面升级,实现了通信、导航、遥感与人工智能的深度融合。
在技术创新方面,我们成功研发了图像高效压缩技术,能够将静态图像数据压缩40倍,视频图像压缩200倍,且几乎不损失图像质量。这一突破性成果优于国际通行的4至8倍压缩比,其关键在于我们在天上即进行噪声去除与预处理,从而实现了更高比例的压缩。此技术的应用,有效减轻了通信负担,是中国科研团队自主研发的专利成果。
“东方慧眼”星座项目已启动并顺利推进,一期项目已基本完成,目前正全力推进二期建设,并规划于未来几年内完成三期部署。至2027年,我们力争建成由100颗卫星组成的星座,以庆祝中国人民解放军建军一百周年;至2030年,星座规模有望扩大至252颗,为全球用户提供高质量的遥感信息服务。
中国人一定要在空间科学、空间技术和空间应用三方面,做出应有的贡献!
本文主体内容根据李德仁院士在中科馆大讲堂的报告整理而成,经李德仁院士本人审定。
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