再來武漢大學采訪李德仁院士，倍感親切。還記得上一次是2018年的12月30日，大雪紛飛，記者在武大人文館里聽了李德仁院士關于“我國測繪遙感技術發(fā)展的回顧與展望”的主題報告，連續(xù)2小時，李德仁院士興致極高，一口氣講下來，將非常深刻的專業(yè)知識講得深入淺出，真是一場測繪知識的盛宴！

近日，《中國測繪》雜志以“對地觀測衛(wèi)星系統(tǒng)”為主題與李德仁院士作專訪邀約，得以成行。9月的武漢陰雨霏霏、氣溫降低，但或許心向往之，只覺一路丹桂飄香、處處皆是美景。

穿過信息學部的教學區(qū)，走進測繪遙感信息工程國家重點實驗室，快步邁上臺階，輕輕踏入李德仁院士的辦公室，他的秘書告訴記者，李德仁院士剛剛出完長差，現(xiàn)在正在查閱資料。

片刻之后，我們的采訪正式開始。

14顆衛(wèi)星花樣齊全高分家族個個本領大

記者：今年8月20日，高分七號衛(wèi)星正式投入使用，它屬于我國對地觀測衛(wèi)星的高分專項系列，請您為我們介紹一下我國對地觀測衛(wèi)星的發(fā)展概況。

李德仁：首先，我想先談談對地觀測的意義。

人類生活在地球的四大圈層之中，巖石圈、水圈、大氣圈等。人類及其生存的地球正面臨嚴峻的挑戰(zhàn)，這需要我們對此進行實時的觀測。

1957年，蘇聯(lián)發(fā)射了世界上第一顆人造地球衛(wèi)星“斯普特尼克1號”，這正式開啟了人類的“天空時代”，從此改變了千百年來人類只能從地球表面進行觀測的歷史。隨后幾十年人類相繼發(fā)射氣象、資源、海洋等衛(wèi)星序列，均以光學和雷達遙感為探測手段，從外部空間對地球進行觀測，獲取人類所需要的各種空間信息?？梢哉f對地觀測對于國防建設與國家安全十分關鍵，涉及到制空權、制海權、制天權、制信息權等。

在世紀之交之時，中國的航天技術——衛(wèi)星應用、深空探測和空間安全三方面與西方國家相比仍存在明顯差距，舉例來說，那時候中國只有氣象和資源衛(wèi)星，然而資源衛(wèi)星的分辨率也僅僅只能達到5m。當然西方國家也并不希望中國航天做大做強，因此對我國采取了諸多限制，由美、英、法、德等國家成立的巴黎統(tǒng)籌委員會（編者注：對社會主義國家實行禁運和貿易限制的國際組織，后更名為輸出管制統(tǒng)籌委員會）限制向中國出口先進的航天器件，我國建立對地觀測衛(wèi)星系統(tǒng)的國際形勢并不樂觀。

那時正值第18屆國際衛(wèi)星對地觀測委員會（Committee on Earth Observation Satellites）將于2004年在中國召開，徐冠華部長將擔任輪值主席。因此從2002年開始，我便代表徐冠華部長參加委員會的籌備工作，同時聯(lián)合十多位院士撰寫咨詢報告，向中央領導建議發(fā)展中國高分辨率對地觀測系統(tǒng)。

中央領導批示支持，并將其列入中長期科技發(fā)展規(guī)劃中。2005年，科技部成立專家組討論商議國家2006～2020年的中長期發(fā)展規(guī)劃，我有幸參與到高技術組、資源與生態(tài)環(huán)境組和國防組，最后形成了16個國家重大專項。其中與我們測繪相關的有3個專項——高分辨率對地觀測系統(tǒng)、載人航天與探月工程和北斗全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)。

工信部航天局的王禮恒院士帶領我和其他專家經過多年研究，一共規(guī)劃了14顆衛(wèi)星，就是我們現(xiàn)在所說的高分對地觀測衛(wèi)星，其中1～7顆是民用衛(wèi)星，8～14顆是軍用衛(wèi)星。這14顆星可以說是“軍民融合、花樣齊全”，包含了光學、雷達衛(wèi)星，從地球同步軌道衛(wèi)星到太陽同步軌道衛(wèi)星，基本上滿足了中國國防建設、經濟發(fā)展與百姓生活的需求。

光學衛(wèi)星空間分辨率達到0.1m～0.5m；雷達衛(wèi)星的分辨率達到0.5m～1m，且具有全極化數(shù)據(jù)；兩顆地球同步軌道衛(wèi)星分辨率分別為50m和15m；高光譜遙感衛(wèi)星成像波段超過360個以上；16m分辨率寬幅遙感衛(wèi)星的地面幅寬達到800km。

在高分專項中測繪衛(wèi)星有兩顆，一顆是去年發(fā)射的高分七號，一顆是高分十四號。高分七號的特點是具備雙線陣立體測繪功能，且具有激光斷面測高系統(tǒng)，高分十四號衛(wèi)星規(guī)劃時由白俄羅斯建造，目前還在建設中，尚未發(fā)射上天。

記者：這14顆高分衛(wèi)星中，雷達衛(wèi)星比重較小，后續(xù)是否有一些規(guī)劃？

李德仁：當前我們有C波段、S波段和X波段的衛(wèi)星，還沒有L波段的衛(wèi)星。我們會補充X波段的雷達衛(wèi)星，X波段有利于保證三維測量和形變測量的精度；L波段的干涉合成孔徑雷達衛(wèi)星能夠測定植被覆蓋地面地形和地表變化。此外，我們開始了一項2020年~2030年的空間基礎設施的衛(wèi)星計劃，在這個計劃里就有多顆雷達衛(wèi)星。今年，我們已經發(fā)射了一顆多模態(tài)、智能化的高分辨衛(wèi)星（0.42m分辨率），這是高分專項之后國家基礎設施衛(wèi)星的成功案例。

記者：歷經15年發(fā)展，高分辨率對地觀測衛(wèi)星重大專項可以說是碩果累累，請問您如何評價這項成果？

李德仁：第一，我們中國人通過自力更生、自主創(chuàng)新，讓我國的衛(wèi)星遙感及其應用趕上了世界先進水平?，F(xiàn)在美國最好的衛(wèi)星是鎖眼號（Keyhole），它的分辨率是0.1m，我們的高分十一號也能達到這個標準；第二，中國衛(wèi)星數(shù)據(jù)自給率達到了85%以上，2005年之前，我們基本上都是買國外的衛(wèi)星數(shù)據(jù)，價格昂貴。在參與制定國家中長期科學與技術發(fā)展規(guī)劃時，我們當時設立的目標是衛(wèi)星數(shù)據(jù)自給率提高到60%以上，經過15年的努力，現(xiàn)在目標超額完成，我國的衛(wèi)星數(shù)據(jù)不僅滿足了本國需求，還能出口；第三，我們衛(wèi)星采集的數(shù)據(jù)總量達到了約1500PB，是世界上存量最多的國家，這些數(shù)據(jù)支持了我國國防建設、經濟發(fā)展和大眾民生的需求。第四，對地觀測衛(wèi)星的高分專項技術還支持拉動了新一代的國家空間基礎設施計劃，推動了始于2014年的商業(yè)航天產業(yè)的發(fā)展。

從資源三號到高分七號

測繪衛(wèi)星實現(xiàn)高精度衛(wèi)星測繪

記者：高分七號衛(wèi)星的立體測繪被比喻為“航天界的詹姆斯·卡梅隆”，請您談談立體測繪在行業(yè)與民用領域有哪些應用？

李德仁：高分七號屬于測繪衛(wèi)星，這就涉及到另一個話題一—我國測繪衛(wèi)星的成績。中國的民用測繪衛(wèi)星之路起始于2005年1月7日，當時中共中央政治局委員、國務院副總理曾培炎視察國家測繪局，各位專家在座談會上就21世紀國際測繪發(fā)展趨勢做分析，我提出建議：國家測繪局作為我國重要部門，要建設國家，要為人民服務，必須自力更生，擁有自己好的數(shù)據(jù)源，不能依靠外國。我國要發(fā)展包括測繪衛(wèi)星、測高衛(wèi)星、重力衛(wèi)星等在內的六大衛(wèi)星，并建議先發(fā)一顆1∶50000測繪衛(wèi)星，分辨率在2.5m左右。當場，曾培炎副總理就批示支持發(fā)展我國測繪衛(wèi)星事業(yè)。

項目立項完成，我和龔健雅院士及航天508所的衛(wèi)星相機研制專家楊秉新一起為衛(wèi)星設計參數(shù)。我們設計了一個前視、后視分辨率達到3.5m和正視分辨率達到2.1m的三線陣相機，地面幅寬為60km，影像量化級別10Bit。為了實現(xiàn)快速準確的彩色立體測圖，我們又為這個相機增加了一個“眼睛”——5.8m分辨率的多光譜相機。因為測繪衛(wèi)星的數(shù)據(jù)要用于地圖繪制，必然對精度提出要求，因此在解決衛(wèi)星上的傳感器問題后，我們還在衛(wèi)星上采用國產雙頻GPS接收機和武大劉經南院士的PANDA軟件，提高定軌的精度。為了進一步確保精度，我和龔健雅院士、航天科技五院及解放軍信息工程大學的專家一同到河南嵩山定標場進行在軌衛(wèi)星幾何定標，最終定標精度優(yōu)于0.3個像元。

資源三號衛(wèi)星高精度的設計要求和標準大大提高了后期數(shù)據(jù)處理的速度，我們自主編制了基于人工智能影像相關和粗差自動剔除的超大區(qū)域網平差軟件，用60個計算機結點，基于GPU+CPU解算，7天就處理完了我國陸地20TB的衛(wèi)星數(shù)據(jù)，生成了精度為3.5m的數(shù)字正射影像和4m精度的數(shù)字表面模型，并采用該技術實現(xiàn)了無地面控制點的1∶50000全球測繪，支持“一帶一路”建設和國防需要。

高分七號繼承了資源三號的優(yōu)勢，不同的是因為提高了分辨率（0.7m），相機體積大，衛(wèi)星上放不下三個“眼睛”的立體相機，于是換為雙線陣立體相機，增加了激光測高儀（高程精度達到0.3m）。高分七號的目標是要為國家制作1∶10000的地形圖。

下一代測繪衛(wèi)星的目標是小型化、輕量化、智能化，我們希望能在明年發(fā)射的珞珈三號智能小衛(wèi)星上實現(xiàn)。珞珈三號衛(wèi)星只有230公斤，衛(wèi)星上載有一個面陣相機，可以實現(xiàn)80%的立體測圖、20%的平面測圖以及凝視視頻成像。此外，這顆小衛(wèi)星能夠迅速在軌定位并搜索目標和變化，通過星地通信和地面5G技術，在1分鐘之內將信息發(fā)送到用戶手機里。

從資源三號到高分七號，再到珞珈三號小衛(wèi)星，發(fā)展歷程代表了測繪衛(wèi)星的三代，它們互相補充、互為配合。

再談立體測繪技術的應用，高分七號的立體測繪數(shù)據(jù)已經由陜西測繪地理信息局成功完成珠峰周邊的三維立體測圖。地球本來就是三維的，三維實景影像更為逼真，這為社會管理、經濟建設和生態(tài)環(huán)境調查等都提供了更真實的數(shù)據(jù)，其發(fā)展前景十分光明。

商業(yè)化運營推動航天事業(yè)良性循環(huán)

記者：當前我國高分衛(wèi)星專項進入收尾階段，您認為還有哪些需要提高的地方？

李德仁：高分專項和它后續(xù)的空間基礎設施建設，大大提高了中國對地觀測的能力，包括北斗三號的建設，也提高了中國的對地觀測和導航的能力，取得很大的成績。但是要把這兩個系統(tǒng)成果用好，還需要努力解決“好用”和“用好”的問題。

存在哪些問題呢？總結來說是衛(wèi)星用好和衛(wèi)星好用兩方面的問題。在衛(wèi)星用好方面，衛(wèi)星的數(shù)據(jù)需求、獲取、分發(fā)與共享缺少動力和機制，數(shù)據(jù)積壓在一些部門，很多用戶想要數(shù)據(jù)但是無法得到；在衛(wèi)星好用方面，本來我們衛(wèi)星元器件受西方國家限制，很多用的都是二等品，要將二等品做成好用產品就得下功夫，再加上衛(wèi)星上天后，外在環(huán)境復雜，要持續(xù)維護衛(wèi)星以保證獲取有質量的數(shù)據(jù)也需要花費力氣，但是相關部門并無動力或資金去持續(xù)改善衛(wèi)星質量，將衛(wèi)星變得好用。

這背后深層次的原因是我國的衛(wèi)星發(fā)射是政府投資，不存在將發(fā)射衛(wèi)星的錢賺回來的壓力。2014年8月底，我和多名院士代表中國工程院向國家提交了一份咨詢報告，建議國內的高分辨率遙感衛(wèi)星盡快實現(xiàn)商業(yè)化。10月，李克強總理在辦公室會議上宣布，允許民間資本進入航天領域，從此以后商業(yè)航天如雨后春筍，呈勢如破竹之勢。做衛(wèi)星產業(yè)的有研制“高景一號”的中國航天科技集團公司、珠海歐比特、長光衛(wèi)星技術有限公司等，這些商業(yè)公司形成了如春秋戰(zhàn)國時期的群雄競起局面，這個勢頭是非常好的，但需要宏觀指導、規(guī)劃和資源整合。

通過商業(yè)化衛(wèi)星運營，實現(xiàn)發(fā)射衛(wèi)星—利用衛(wèi)星數(shù)據(jù)獲利—維護、發(fā)射衛(wèi)星的循環(huán)，形成了按照國家要求的可持續(xù)發(fā)展的航天產業(yè)。商業(yè)化運作調動了兩個積極性，使相關國有企業(yè)與民間企業(yè)，相互促進、相互競爭，提高了我國的衛(wèi)星技術、水平和應用，努力推動我國走向航天強國。

對地觀測衛(wèi)星升級  譜好對地觀測腦三部曲

記者：您近年來提出了“從對地觀測衛(wèi)星到對地觀測腦”，這是一個新的轉變，請您為我們詳細講一講“對地觀測腦”的概念。

李德仁：我們先從人類大腦特點說起，大腦就像一個超級智能計算機，能夠對于五官感知的數(shù)據(jù)進行存儲、認知、分析、推理、決策等，比如當你看見一個熟人，脫口而出：“小王，你最近好像瘦了”，這就是人腦的智能體現(xiàn)——首先大腦獲得這個人的圖像數(shù)據(jù)，然后迅速從數(shù)據(jù)庫里搜索比對，這和數(shù)據(jù)庫里的哪個圖像是吻合的？現(xiàn)在和原來相比有哪些變化？短短幾毫秒鐘，大腦就做出了智慧判斷。

以此類比，我們原來建立的對地觀測衛(wèi)星系統(tǒng)就僅僅是感知地球的手段，只能單純獲取數(shù)據(jù)，后期需要人對數(shù)據(jù)進行再處理并決策，一系列過程耗費時間太久，尤其當面臨緊急情況、分秒必爭之時，容易誤事。我想舉兩個例子具體闡明，第一個是2008年汶川地震，當?shù)氐倪b感影像并未及時獲取，因此震中判斷不準。解放軍接到命令去汶川救災，但是去了之后發(fā)現(xiàn)，震中實際上在汶川縣下的北川鎮(zhèn)和映秀鎮(zhèn)，因而喪失了生命救援的黃金72小時。災害應急需要我們快速、準確、智能化地回答問題。第二個是中國海軍在非洲執(zhí)行抓捕海盜的任務，中國衛(wèi)星已經拍到了海盜的位置，但必須等到衛(wèi)星過境轉到中國上空，這個數(shù)據(jù)才能下載到地面站再進行處理解譯，四五個小時過去了，海盜早已經不在那個位置了。這體現(xiàn)了當前的遙感、導航和通信衛(wèi)星系統(tǒng)運行各自獨立、信息分離，無法及時提供服務。

這兩個例子啟發(fā)我們，能否將對地觀測衛(wèi)星系統(tǒng)上升成為對地觀測腦呢？現(xiàn)在天上有導航衛(wèi)星、遙感衛(wèi)星和通信衛(wèi)星，正好像人的眼睛（遙感、導航衛(wèi)星）、耳朵（通信衛(wèi)星），將通導遙衛(wèi)星一體化組成一個系統(tǒng)，形成一個大腦，這個大腦能夠對“眼睛”“耳朵”感知的數(shù)據(jù)進行智能化處理，為用戶提供PNTRC的功能——P（position）代表位置，N（navigation）代表導航路線，T（time）代表時間，R(remote sense）代表遙感圖像、狀態(tài)，C（communication）代表通信，即這些信息可以發(fā)送到你手上的接收設備中——這就是對地觀測腦產生的過程。

但是做好它并不簡單，有7個原來根本沒有的關鍵技術需要解決，我邀請了各個領域的院士專家，請他們一同來攻克難關——

第一個是星載在軌智能處理，簡單來說就是怎么在天上用人工智能技術做在軌智能處理，比如跟蹤識別目標，變化檢測等，這個是我來牽頭，通過地球空間信息技術協(xié)同創(chuàng)新中心組織一大批青年學者來解決這項難題；

第二個是天地一體化網絡通信，在天上處理完數(shù)據(jù)后，需要它與通信衛(wèi)星聯(lián)動往地面?zhèn)骰?，到了地面后再利?G信號傳出去。當前，清華大學的中國科學院院士陸建華正在牽頭研究這個問題；

第三個是天基資源調度，地面用戶有很多需求，用哪顆衛(wèi)星去服務呢？我請了北京理工大學的中國工程院院士張軍來解決，因為張軍院士曾經管理了中國所有的飛機調度；

第四個是太空環(huán)境安全，涉及到空間物理和網絡安全諸多問題，我們請了武漢大學的中科院院士竇賢康校長來研究；

第五個是星基導航增強，要將北斗衛(wèi)星導航精度提高到0.5m，除了地基增強外，必須要用低軌的衛(wèi)星增強高軌的北斗導航衛(wèi)星，才能保證在無法建立地基增強系統(tǒng)的地區(qū)獲得實時高精度導航定位。目前，劉經南院士和我們實驗室陳銳志主任正在攻克這個難題；

第六個是天基信息智能終端服務，要把信息送到用戶的手機上，實現(xiàn)信息智能服務，這個難題交給了龔健雅院士；

第七個是基于載荷的衛(wèi)星平臺設計與研制，新一代的小型化、智能化衛(wèi)星要怎么做，怎么打破原來的條條框框？這個問題，我請了航天科技院的張慶君研究員來解決，國家自然科學基金委有一個重大專項支持這項研究。

記者：這項工作十分艱巨，目前有沒有一些突破？

李德仁：這項工作是一個原始創(chuàng)新的難題，我們正在與全國相關專家共同攻關?，F(xiàn)在已經有了三個成功案例。第一個是我們在中國的多顆衛(wèi)星上實現(xiàn)了尋找海上的移動目標，精度達到10m內，然后把處理壓縮過的數(shù)據(jù)送到中國的靜止軌道通信衛(wèi)星，通過星地通信落地，再利用光纖或者5G送給用戶，時間在1分鐘內。第二個是，我們在長光衛(wèi)星技術有限公司的紅外遙感衛(wèi)星“吉林一號”上，利用熱紅外圖像自主識別森林高溫火點，同時能把森林著火點的坐標算出來，再用北斗短消息直接從低軌衛(wèi)星傳送至森林救火隊員，整個過程只需要20秒。原來是衛(wèi)星掃描以后圖像落地，人來尋找著火點再去上報，需要1～2小時，現(xiàn)在這個系統(tǒng)大大提高了效率。第三個是利用珞珈一號小衛(wèi)星做了低軌增強高軌導航衛(wèi)星的實驗。在衛(wèi)星上，我們裝了一個2.5公斤的載荷，它能夠同時接收北斗、GPS的雙頻信號進行實時自主精密定軌和授時，然后向地面發(fā)射兩個L波段的導航信號，用這兩個信號來增強地面用戶接收，從而將導航精度提高到偽距法的2m，如果用載波相位法，則可以達到3cm精度。

這三個案例證明了我們的對地觀測腦是完全可以實現(xiàn)的，為了實現(xiàn)這個目標，現(xiàn)在我們正在規(guī)劃對地觀測腦的PNTRC三部曲——

第一步做一個局域的（local）覆蓋南中國海到華北地區(qū)，這大概需要20顆遙感衛(wèi)星和1～3顆靜止軌道通信衛(wèi)星，實現(xiàn)15分鐘的時間分辨率，1分鐘處理將亞米級分辨率目標圖像和亞米級導航定位精度送到用戶手機等智能終端上；

第二步是區(qū)域性的（regional）覆蓋中國及周邊一帶一路國家，這大概需要100顆遙感衛(wèi)星，其中遙感衛(wèi)星一半是光學衛(wèi)星，一半是是雷達衛(wèi)星，保證白天、夜晚都有影像，再加上150顆通信衛(wèi)星；

第三步是全球的（global）。如果要實現(xiàn)對全球服務，預計需要200顆遙感衛(wèi)星、300顆通信衛(wèi)星。服務指標是時間分辨率5分鐘，即要求的圖像目標在5分鐘內找到，分辨率和導航精度達到0.5m，在軌處理與通信時間小于1分鐘便送達用戶手機，開拓B2B、B2G和B2C的空天信息智能服務，為國家創(chuàng)造萬億產值。這是我們正在繼續(xù)努力奮斗的最終目標。

通過“譜”好對地觀測腦三部曲，實現(xiàn)“一星多用、多星組網、多網融合、智能服務”，我們才能實現(xiàn)由航天大國向航天強國的跨越，服務習近平總書記提出的國家精準治理及實現(xiàn)人類命運共同體的目標，實現(xiàn)中國兩個一百年奮斗目標。

后記

一個半小時的采訪過得真快！

李院士的桌子上有個很大的地球儀，采訪過程中遇到記者疑惑的地方，他不時站起來用拳頭比作衛(wèi)星放在地球儀的赤道上空，旋轉地球儀為記者講解，非常宏大的知識和課題在李院士的拆分、講解下變得清晰易懂，讓人不由自主沉浸在測繪的海洋里。這讓記者想起武大測繪學院的院士共講一門基礎課，讓枯燥、冷門的《測繪學概論》變成熱門的旁聽課程的新聞，臺下的學生想必和我是一樣的感受吧！

采訪結束，快走到信息學部大門時候，回首，發(fā)現(xiàn)遙感信息工程學院大樓上掛著兩條長長的紅色橫幅，與樓下矮矮的綠色桂樹相互掩映，煞是好看。橫幅上寫著：立壯志揚信息時代風帆下五洋捉鱉，樹雄心擷遙感科學菁英上九天攬月。想起李德仁院士采訪時說的那句話“一個人要用自己的本領為國家多做事！”正是有李院士這樣為國為民的精神傳承和師心造化，才有了一代又一代為我國測繪遙感事業(yè)獻身的測繪人。下一個十年，我國的衛(wèi)星遙感事業(yè)必將邁上新臺階，我們拭目以待！