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武汉“光谷北斗”首席科学家——李德仁院士
时间:2017-04-26 来源:武汉地方志办公室 点击:

1986年,李德仁与其博导阿克曼教授在芬兰北极圈联欢

        2013年7月,国内唯一的国家级地球空间信息产业化基地及对外开展科技输出和科技援助的项目平台企业,武汉光谷北斗地球空间信息产业股份有限公司在武汉宣告成立。成立仪式上,以74岁高龄点亮水晶球精神矍铄的长者,尤为引人注目,他就是武汉测绘科技大学前校长,武汉光谷北斗公司首席科学家,中国工程院、中国科学院、国际欧亚科学院三院院士李德仁先生。

从小就十分珍惜读书机会

        1939年,在江苏泰县溱潼小镇的一个银行职员之家,一个健康的男婴呱呱落地,洪亮的哭声划破了古老溱潼黎明前的黑暗。这个家的第二个孩子李德仁出生了。

        正如李德仁自己所言,“我出身于贫民家庭”。李家并不富裕,李德仁的父亲在县银行当会计,母亲在百货公司当售货员,一家7个兄弟姐妹。为了帮助父母维持家庭生活,大姐财经学校毕业后早早参加了工作。作为家中的老二,李德仁从就小懂得刻苦努力,各科成绩都很好。

        因家乡溱潼镇没有中学,1951年秋天,刚满11周岁的小德仁,考入江苏省泰州中学。江苏省泰州中学是一所所历史悠久、文化底蕴深厚、具有优良的办学传统和辉煌的办学业绩的百年名校。学校老校址位于泰州城西郊的小丘泰山脚下,其前身是北宋著名教育家胡瑗所创办的安定书院。

        初到异地、孤身求学的不适,很快被环境变化带来的新鲜感所代替。李德仁充分利用学校提供的一切条件努力学习。泰州中学“团结、进取、勤奋、求实”的校风,“好学、善思、致用”的学风也奠定了李德仁的人生观和价值观。

        泰州中学初中毕业后,在老师劝说下,他的父母希望他早点就业以分担家庭负担,同意让他继续读高中,由小姨每月贴补五块钱,住校读书。“所以,我从小就十分珍惜读书的机会。”

        高中时期,李德仁是数学课外活动小组和化学课外活动小组的活跃分子。与数学小组和组里叶凤梧老师的邂逅是个意味深长的伏笔,为他日后辉煌的职业生涯埋下了种子,叶老师不仅组织他们做了大量的数学竞赛题,自己还用小平板仪测量了小泰山的高度。在那个年代,能测山的高度,在李德仁和同学们看来可是个壮举。叶老师当时不知道自己不仅测量了小丘的高度,还开启了学生的理想。李德仁至今仍认为:“这也许就是我后来学测绘遥感的一种启蒙吧!”

        高中期间还有发生了一件轶事,令李德仁至今记忆犹新。那是1956年3月,他的同乡、京剧艺术大师梅兰芳先生率夫人、幼子梅葆玖及其京剧团回乡省亲时从他们学校经过到烈士陵园献花圈。德仁和同学们上街夹道欢迎,并观看了艺术大师在家乡的五场演出。后来,李德仁参加第九届全国政协大会,还与梅葆玖先生回忆起当年的故事。“作为中学生能享受如此文化大餐,也是终身之幸事。”

        尽管高中成绩优异,但父母希望他早日就业早日分担家庭重任的想法并未改变。1957 年毕业后,还是老师劝德仁父母让他考大学。但三方谈妥考不上就找工作挣钱养家。

        李德仁对自己很有信心,报考了北京大学工程物理系,而且觉得考得相当不错,可结果却被录取到武汉测绘学院航测系。少年气盛的李德仁一直想查看一下高考分数,可因为当时自己是7512 班班长,不好意思闹专业情绪。但却开启了这位未来测绘大师与武汉的缘分。事后证明,他所考入的这所测绘大学,自诞生之日起就是国内相关领域的一流学科,就因为这所大学,武汉今天成为亚洲乃至世界的测绘学之都。

大学毕业设计评为全年级最佳论文

        随着对大学的了解,李德仁最初的不快逐渐消失。课程一门接一门地展开,他对自己的学校和专业慢慢有所了解。这所成立于1956年10月的测绘学院,由国内一流测绘学者夏坚白、陈永龄、王之卓、叶雪安、金通尹等创办和主持,将同济大学、天津大学、青岛工学院、南京工学院、华南工学院等大学的测量专业调整出来集合在一起,以青岛工学院的公共课、基础课、基础技术课师资及党政干部为基础而成立。他很快了解到夏坚白院长、陈永龄教授、王之卓教授和叶雪安教授等都是国内外知名的测绘学者。其中夏坚白、王之卓、陈永龄是第二届中英庚款资助26人中的三位,1934年8月坐同一条船赴英留学。李德仁至今记得当时给他们上课的许多老师,如教测量学的蒋维恒教授、教画法几何的黄振寰教授、教地貌的潘丹杰教授、教化学的梅其祥讲师,称他们“都善待我们,课讲得有声有色。”这些中国测绘学界的先驱者们给学生们传授知识的同时,也传授给他们对事业执著追求的态度。

        李德仁的航测课由两位老师执教:顾葆康教授讲授一半,陈适教授讲授另一半。 顾老师的授课思路明晰,陈老师的授课条理简明,都给李德仁留学了深刻印象。而专业实习对学生的教育作用也不亚于教师。李德仁和同学在海南岛经过十几个月航测专业实习后,进一步认知了知识的重要性和自己的不足,回校后加倍努力学习。

        卓越者任何时候都有自己独特的认知方法,李德仁即也不例外。在学习专业课的时候,李德仁“喜欢在笔记本边上留下一侧空白,让课后自己思考或看了参考书后加以补充”,知识面在宽、深两个方面都有了很大的提高。渐渐地,这位青年学生敢于批判地对待书上的知识了。“我常把自己对名家著作的质疑写成读书心得,到处寻找老师求解”。大胆的质疑让大四时李德仁发现了苏联专家撰写的教科书上的公式有问题,他结合航测课写了3 篇习作,并辗转到了当时的测绘学院院长王之卓教授手中。李德仁没想到过了几天,王教授就约自己去他家。

        这是日后的测绘学巨子与中国第一代测绘学开创者的初次亲密接触,老学者和小学者的见面时刻令那位后来者、日后的全国政协委员,国务院学科评议组成员李德仁兴奋难耐、激动万千,以至于至今还记忆犹新。

        “那是一天下午五点钟,我按时到王教授的小洋楼,王师母慈祥微笑地把我迎到王老师的书房。”进了王家,他看到王教授已经在他的习作上作了一大段赞扬的评语,充分肯定了他用仿射变换理论对变换光束测图的误差所作的分析和用多谱勒效应测定航摄仪外方法元素的设想。师生一席谈话“不知不觉过去了3个小时,王师母才进来请老师去吃晚饭。”

        这次难忘的讨论实际上是李德仁一次登门拜师,两位中国测绘巨人30年的师生同程从此拉开了序幕。临告别时,王教授要李德仁学好英语,跟他做毕业设计。

        王家之行全面彻底激发了英才少年的全部才情。要知道,在青年学子眼中,时为学院院长、一校之首的王之卓惊若天人:他代表了世界测绘科学研究的最前沿,因为他不但是庚子赔款的留学生,在测绘科技最先进的西方学成回国,而且五年前即 1957年发表《起伏地区航摄像片相对定向元素解算公式的研究》,精度大大优于苏联“瓦洛夫公式”,被誉为“王之卓公式”。同年,王之卓又在《偶然误差积累的系统现象及其在摄影测量中的应用》一文中,首次提出了偶然误差积累规律。

        正想以自己的才华报效祖国的李德仁立即行动,和他们大班里的十几个人组成了一个业余英语学习小组,其中包括他未来的夫人朱贻萱同学,专门请陆铁铺老师辅导。因为当时是政治第一,中国亲苏,学习英语会被人说成是不安心航测专业工作的表现。李德仁他们只好在晚上找一个房间偷偷地学习。

        王之卓、李德仁两位测绘大师的正式交集开始于师生之间的指导论文和论文写作。为了做好这篇极具深意的毕业设计,王之卓教授指定李德仁阅读英国摄影测量学家汤姆逊教授的几篇英文论文和加拿大乌尔赛克教授的论文。 王之卓教授没有失望,他惊喜地看到,李德仁竟然用刚学的英语将它们译成了中文。“毕业设计由王教授和郑肇葆教师指导,题目为《反光立体镜在航测分工法测图中的应用》”。李德仁院士至今提及此事仍兴奋不已。在老师指导下,他导出了比加拿大马尔赛克教授更加严密的公式及其简化形式,并用此公式完成了相对定向、绝对定向和平高加密及分工法测图等工作,而使用的工具仅为反光立体镜和视差镜。

        李德仁的毕业设计被评为全年级最佳论文。随后,在恩师王之卓教授的指导推荐下,他将毕业论文压缩成一篇论文发表在《测绘学报》上。“他亲自为我为修改论文、排章节、理头绪”。每提及此事,李德仁院士对恩师的感激之情都溢于言表。

15年后再回母校

        1963年,大学毕业后的李德仁按照周恩来总理对大学生的要求,服从组织分配,到野外测量队去锻炼自己。1963年7月21日晚,周恩来总理在人民大会堂二楼宴会厅向北京市高等院校应届毕业生代表作报告。周总理号召广大的高校毕业生投入到社会主义建设热潮当中,用自己学到的本领为祖国作贡献。

        李德仁虽然是从广播里听了周总理的报告,但其中一句他至今记得:“祖国的意愿就是自己的志愿”。李德仁依依不舍地离开了生活了6年的大学,带着学到的本领走向报国之途。

        在离开武汉之前,李德仁还有一个重大的、贯彻一生的收获,就是赢得了同学朱宜萱的爱情。朱宜萱回忆,那时“成天搞运动,影响我学习。李德仁是我们班的学习委员,一起上晚自习,谈得来。李德仁的脾气好,诚实,妈妈看中了。”要知道,李德仁的这位女同学是湖北医科大学朱裕壁先生的女儿,家庭条件远高于李德仁。

        李德仁不知道,自己正在朝一个15年的人生逆境走去。大学毕业后李德仁先后在陕西省测绘局第二地形测量队、国家测绘总局科学研究所情报研究室工作。文革爆发后,李德仁因为是“反动学术权威”培养的“修正主义苗子”,1969年,李德仁随国家测绘总局驻京机关大多数人员一起被下放到河南正阳的“五七干校”,“和陈永龄局长床对床。”他在那里“干了半年建筑,半年种水稻,半年坎事员。”1971年,李德仁被重新分配到石家庄水泥制品厂。他想办法把朱宜萱从甘肃的测量队调到石家庄的石英玻璃厂,此时才算真正有了一个家。两人1967年结婚,一直两地分居。在石家庄水泥制品厂,李德仁与建材研究院合作研制出了“硫铝酸盐水泥”,还获得了第一届国家科技发明奖二等奖。

        1978年中国恢复研究生招生制度后,王之卓教授执意推荐昔日的好学生免试读他的研究生,并委托当时航测系副主任黄世德教授给李德仁写信。接到信后,李德仁欣然应召来汉,回到母校参加口试。可惜李德仁大学毕业时考研究生的成绩档案因“文化大革命”已经丢失,湖北省教委要他临时重考。于是学校专门为他出卷,“总算顺利地通过了英语、政治、数学和航测4门考试,正式成为硕士研究生。”

        而他的母校、亚洲和世界的测绘之都也是多灾多难,1966年6月,“文化大革命”席卷全国,武测被迫停课。1966年6月11日,中共湖北省委工作队进驻。1966年8月中旬,省委工作队奉命撤离。撤离前成立了以学生为主体的“院文化大革命委员会”。1966年10月,根据中央决定,武测全体越南留学生停学回国。1968年9月23日,工宣队进武测。1969年11月,武测全校师生员工赴湖北省崇阳县白虹桥搞“斗批改”。1970年春,武测工宣队传达1969年11月10日撤销武测的命令;年底武测人员被调遣,测绘专业人员大多数被迫改行;校舍、设备移交有关部队。1971年至1973年7月,武测被撤销后设留守组处理善后事项,留守组组长为张益堂。

        十年“文化大革命”浩劫后,国门再次打开,李德仁他们看到中国测绘和西方发达国家测绘间巨大的差距。十一届三中全会让李德仁重新振奋精神,他要为建设“四化”而努力拼搏。李德仁开始如饥似渴地读书,广泛阅读本专业有关国内外文献。“多亏当时复印不普及,促成我作了几十万字的20本读书笔记,其中90%为国外文献,这为我日后出国进修和从事科研打下了较坚实的基础。”1981年,在学业上被一再延宕的李德仁顺利地通过了硕士论文《自检校光束法区域网平》 的答辩,获得硕士学位。在该论文中,他系统地研究了如何在平差过程中自动补馈和消除系统误差影响的方法,提出了信噪比是决定自检校平差效果的主要因素,指出了未知数及附加参数问题相关可能引起过度参数化的问题。这些研究充实了国际上对系统误差自检校的理论与实践。

        硕士毕业之后,李德仁留校任教。

解决了测量学百年难题

        1982年,当国内很多人还忙于准备英语学习的时候,李德仁于是年10 月已经先后通过了英国和德国的国家水平考试,以访问学者的身份前往德国的波恩大学和斯图加特大学进修。在那里,王之卓把他理想中的接班人推荐给国际航测界的知名权威阿克曼教授。阿克曼教授为李德仁设计了学习计划,先送他送到波恩大学从库普费尔教授处实践。在波恩大学进修半年,李德仁就改进了该所的区域网平差软件,提出了克服自检校平差中过度参数的 3 种方法,并从验后方差分量估计原理出发,提出了选权选代的粗差检测方法。这是李德仁用德文写的最早两篇论文。一篇在德国的 LuB 杂志上发表(1984),一篇在波恩大学作专题报告,并以专辑发行 (1985)。由此,基于验后方差分量的粗差探测方法被称为“李德仁方法”。“记得当时我把这篇论文交给库普费尔教授时,他连声叫好,并问我:‘像你这样的中国人,在中国多不多?’ 我回答道:‘仅在武汉测绘科技大学就很多。’”李德仁任何时候提及此事都掩饰不住自己的骄傲感。库普费尔教授对李德仁和他那样的中国人的赞赏是可以想象的。为了帮助中国这位未来的测绘领袖提高德语口语能力,库普费尔教授专门为他出钱请了德语家庭教师,与他共同学习《当代德国文学作品选》。

        1983年5月李德仁从波恩转回斯图加特大学, 阿克曼教授旋即提出要李德仁攻读博士,这也正是恩师王之卓教授的想法。李德仁犹豫之后很快为此而下定决心,抓紧阅读文献,推导公式,设计实验,以每一个科学家惯悉的那种执着每天工作14 - 16 小时。“我为一个人能同时使用多个计算机终端而高兴。”这位湖北省唯一的双院院士是这样评价那段拼搏的日子的。1985年 2月5日,武汉测绘科技大学的教师李德仁以优异的成绩通过了博士论文《摄影测量平差中控制点粗差和像片系统误差可区分的理论及试验研究》的答辩,据说此成绩目前仍保持着斯图加特大学博士考试最高分。在该论文中,李德仁将经典的可靠性理论发展到新的可区分阶段。在李德仁的告别宴会上,阿克曼教授对他回国工作提出了许多期望,并激动地说:“我可以在这里提供一点点秘密。国际知名理论大地测量学家格拉法伦特对李博士的工作评价是:‘我为此文而激动,它解决了测量学上一个一百多年的难题 ’。”李德仁把粗差发现的理论上升到粗差和系统误差区分的理论上,他荣获了该项成果的最高奖———汉莎航空奖。正如张祖勋院士所言,“李德仁极大提升力武大测绘学科在国内外的影响力”。

        1985年2月底,李德仁如期回国至汉。1988年被评为国家级有突出贡献中青年专家,1991年当选中国科学院院士,1994年当选中国工程院院士,1999 年10 月当选国际欧亚科学院院士并获得“何梁何利基金科学与技术进步奖”。2012年8月25日,在第22届国际摄影测量与遥感大会上,被国际摄影测量与遥感学会授予“荣誉会员”称号。说来有趣,1994年李德仁和刘先林当选中国工程院信息学部院士后,随之,宁津生当选中国工程院土木学部院士,从此开创了测绘人在中国工程院的传奇。而李德仁、刘先林、宁津生都是从武汉测绘诞生的中国工程院院士。也就是说,武汉是新中国测绘院士的摇篮或者故乡。另外,全国各个级别的测绘机构的领军人物90%以上来自测绘之都武汉。

        李德仁一直强调,“读书、思维、创新、改革,这就是年轻人应该努力的方向”。他鼓励学生在大量阅读的基础上去思考创新,而创新就是一个想法,也可能是一个新概念、新理论、新观点,所以创新之后就一定要实践。按照这种方法育人,李德仁所在的团队已经先后培养了一名中科院院士、一名工程院院士、7名长江学者、3名国家杰出青年、5名973首席科学家。

        由于在教学科研上的杰出贡献,李德仁还担任过武汉测绘科技大学校长(1997-2000文),武汉大学学术委员会主任、测绘遥感信息工程国家重点实验室主任、学术委员会主任,全国政协委员,国务院学科评议组成员等职。

和诗琳通公主成忘年交

        光谷北斗公司在李德仁74岁的那年7月成立,湖北武汉这位唯一的两院院士、武汉大学空间测量与遥感学教授出任了董事长。“互联网+已经改造、影响了多个传统行业,未来必将深度改造和影响中国的空天信息服务产业。”李德仁将互联网+空天信息的概念解析为三个水平:低级阶段即互联网+的是Web GIS,把遥感和地理信息加工后送互联网,如Google map、天地图和BAT导航地图服务等;中级阶段,是互联网+Sensor+WebGIS,指的是把所有传感器连接到互联网,实现云计算支持下的空间信息服务;高级阶段,就是互联网+SmartSensor+WebGIS,指的是天空地组网实现全球全覆盖,在线实现PNTRC。光谷北斗公司就是旨在将这种服务覆盖亚洲覆盖全球。他记得自己的老师王之卓先生曾说过:“跟着外国人走不叫创新,开拓国家科学发展需要,为实现还没有实现的目标去努力才是真正的原始创新。”李德仁承认原始创新的过程相当艰辛,获得其他人的认可可是一个漫长的过程。

        李德仁1994年在加拿大国际会议上首次提出“空间数据挖掘”的理论,并和自己的弟弟、1999年当选中国工程院院士的李德毅一起培养了好几位博士,后来写出了中文和英文专著,是一个理论创新。2015年他指导李熙博士用这种理论做夜光遥感分析叙利亚内战,成果为国内外600多家媒体报道,并为联合国安理会报告所引用。

        几年前泰国公主诗琳通访汉时说,“我们泰国总下雨,天上那颗光学卫星要在晴天才能拍照片,你能不能搞一个下雨天也能照的?”李德仁院士十分肯定地答复:“搞个雷达卫星就能穿透云层,天上打个信号下来,就接收到了。”此前,泰国从欧洲购买第一颗卫星,花了折合人民币16亿元,分辨率是2米,与卫星配套的系统售价则是5000万元。送来后,系统被打包成一个黑匣子,对方拒绝透露任何技术信息。而我们的李院士告诉这位公主,“我们能做到分辨率0.7米,只用10亿元。黑匣子里的东西我们懂,我们跟你说清。”公主旋即安排泰国科技部部长访华,主抓中泰北斗合作,因为这件事对泰国至关重要,泰国是农业大国,抗御、减轻天灾是主课题。李德仁为泰国研发8种频发灾害预警系统,并被纳入泰国政府经济发展建设规划。因此8年间诗琳通公主3次访问武汉地球空间信息服务基地,中方以她的名字,成立了武汉大学诗琳通国际空间技术研究中心,李德仁和诗琳通也结成了忘年交。

从画地图到研发卫星

        作为当今中国测绘学科的泰斗级任务,李德仁已经多次参与研发卫星了。这是他始料未及的。

        开始他和他的团队只是用户——只拿卫星图像测制地图。但他并不满足这一点。1986年,李德仁带回国用SPOT卫星拍的法国马赛的立体影像,立即带领三个研究生一起推导这些立体影像的区域网平差,并把立体像对的高程测量精度做到了5.5米。

        实际上,他记得自己的老师王之卓先生早在上个世纪60年代就著文预言卫星测量地球是可能的。20世纪80年代,很多同行开始研究解决卫星测图问题。李德仁处处表现出学术大师对学术前景的知觉把握。1988年,出席在日本召开的国际与遥感大会时,李德仁做了关于SPOT影像的立体摄影测量处理的报告,并写了一篇关于SPOT立体影像的区域网平差的论文。这次成功让他深深意识到数据共享的重要性,这是推动中国乃至世界卫星遥感前进的关键。也是同年,李德仁他们成功通过SPOT立体影像做出乐1:50000地图,平面精度10米,高程精度5.5米,当时世界上能达到这个精度的只有几个国家。

        于是,李德仁他们开始思考,中国人自己发卫星做立体测图。实际上中国重视遥感对地观测卫星测图在改革开放后已经逐步显现,刚开始以军用为主,民用卫星发射最早始于中巴资源一号卫星。李德仁和杨凯1999年就参与了作为南南合作成功典范的中巴地球资源一号卫星的前期策划。

        李德仁他们很快发现,在国防口,卫星地面处理软件是从加拿大高价购买的,不仅存在安全隐患,而且质量不好。于是他们提出由他们自主研发。相关负责人听了表示难以相信:“怎么?几百万美元买来的软件,几个老师和学术能做出来吗?”但李德仁真做了出来。“不仅成本降低了近十倍,性能也好很多。外国的软件是在好器件的基础上做出来的,由于美军方的限制,中国买来的器件存在先天不足,而武汉大学就有这个本事,用我们的理论把各种误差找出来,通过集合矫正与辐射矫正,把不清楚的变清晰,也因此立下了该领域的权威地位。”李德仁说。

        李德仁战略创新成就都得益于他的战略高度。从他的老师开始,他们一贯主张要有自己的测绘卫星。李德仁为此组织了一项中科院咨询项目,向党中央建议发射我国高分对地观测卫星,那是2002年。这个建议立即得到了党中央的肯定,成为我国2006-2020年6个国家重大专项之一,投入460亿元,发射到0.3m分辨率的光学和SAR卫星。2005年,国家测绘局要李德仁向当时的曾炎培副总理争取,建议发射我国系列测绘卫星,也得到政府支持,与2012年1月9日成功发射了ZY-3第一颗民用测绘卫星,该卫星参数有李德仁和龚健雅院士确定,经过几年成功运转,性能达到国际同类卫星的领先水平。2016年又发射了ZY-02星,进一步提高了高程精度。

        为了推进我国卫星从有到好,李德仁他们又开始在卫星精度和质量上下功夫。这并不是一件容易的事。在元器件受限的情况下,用高精度地面定标场,用精细的算法提高数据质量。他反复强调,创新研究必须扎扎实实。到2015年5月,李德仁他们一共做了20多颗中国高分辨率卫星和两颗测绘卫星,分辨率从5米、3米、2米、1米做到了0.5米。他们的成功记录并见证了中国卫星从无到有、从有到好的整个历程。“而且,我们的卫星和其他国家相比,不仅有更好的质量,而且有更宽的幅面,这就意味着效率更高。”目前,我们卫星影像的国产比例已大80%,提前实现了“十三五”目标。

        ( 作者:冯林)

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