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刘先林:叩响摄影测量与遥感之门
2010年5月10日    评论:    分享:

    来源:数字城市 
    作者:张蕾 

 

  他是数字城市建设领域最可爱的人,每逢行业发展关键时刻,他总是义无反顾,挺身而出,立足国家需要搞科研;

 

  他被称为测绘行业的袁隆平,几十年来,他为国家节省了大批资金,创造了巨额财富,自己却放弃了大笔合法收入;

 

  他是位不按常规出牌的人,被院士同行称为不修边幅、不善言辞、不循常规、不拘一格的奇才。

 

  他就是摄影测量与遥感学家、中国工程院院士刘先林

 

  刘先林院士的办公室在走廊的尽头,敲门进去,先是看到满屋的人,似在开会,一间小小的办公室,显得熙熙攘攘。看到我们,刘院士从人群中出来,笑眼弯弯,让我们顿觉满目温暖。

 

  采访在测绘科学研究院的一间会议室进行,一进屋里,刘院士直奔窗前,第一个动作便是开窗,然后将门也敞开,接着笑眯眯地说道:“会议室长时间门窗紧闭,开开窗,换换气,呼吸点新鲜空气,这样好。”

 

  为科学家提供探月的眼睛

 

  2009年,行业内有一件举世瞩目的大事,那就是“全月球三维数字地形图”的面世。根据“嫦娥一号”拍摄月球图像数据绘制而成的“全月球三维数字地形图”是目前国际上平面分辨率最高、高程数据精度最高的全月球三维数字地形图。完成“全月球三维数字地形图”这个重要任务,让刘先林院士及他的团队尝到了探月过程中探索的乐趣,也领略到了担当探月“先锋队”的诸多艰辛。

 

  “制作这个图首先要获取影像,要将整个月球,包括南北极,毫无漏洞地拍摄下来。获取影像之后还要进行全月球的影像拼接,这不是一般意义上的拼接,是立体意义上的拼接,我们把它称为月球三线阵条带影像的空中三角测量,在月球上把它做出来并不是一件很容易的事情。”刘院士介绍说,“我国的测控资料很好,月球卫星每个轨的轨道姿态数据都较完备,而且还要有一套有效的图像处理办法来进行全月球的空中三角测量的整体平差,只有整体平差才能够实现全月球,而不是局部的处理。整体平差之后,还要生产全月球的数字高程模型DEM,数字高程模型的生产要靠条带影像的高可靠性相关匹配的算法,及人眼的立体观察,把月表高程模型都计算出来。整个月球上要覆盖高达7500万个以上、甚至上亿的高程点,全部是用条带影像求得。过去有些系统也有数字高程模型,但不是用条带影像生成的,而是用激光测高数据,而这个激光测高数据很稀,1.7公里甚至2公里一个点,那样就太稀了。我们的高程点的密度要搞许多许多,建立全月球三维数字地形图需要这样高密度的高程点。DEM生产出来之后,再来内插等高线。由于全月球上没有其他地物,只有等高线,所以等高线完成后就完成了月球的地形图。”

 

  刘院士说,这幅全月球三维数字地形图的面世,将大大促进月表形貌的特征、规律与成因的研究,推动月球构造与区划的科学整合,深化对月球地质及其演化历史的认识,并为后续月球探测工程的科学目标设计、有效载荷配置、关键技术要求和工程保障条件等奠定重要基础。

 

  “这张图是对月球的一次初测,一次初察。国家第二步,嫦娥二号还要对月球进行详察,但是这张图可以给科学家提供很多有意义的基础数据。”刘院士满怀信心地说。

 

    发出“中国创造”的最强音

 

  1957年,中学毕业的刘先林仅凭着对“航空”两字的好奇,报考了当时的武汉测绘学院航空摄影测量系。上大学后他才明白,自己的专业并不和想象中的一样,可以乘风飞翔,但他还是喜欢上了这个专业。兴趣成为他学习的动力,但是随着学习的深入,他发现了一个问题,那就是书中所用的公式、仪器以及相关的一些参考书,都是以外国人的名字命名,没有一个中国人的名字。当时他便有了这样一种想法:应该让中国人的名字在这个领域占有一席之地。1962年,以优异成绩毕业的刘先林被分配到北京,走进了现在的中国测绘科学研究院。工作中他发现,身旁的仪器设备不仅全都是进口的,而且价格也高得惊人。这又触动了他学生时代的想法,他立志要在这一领域发出“中国创造”的声音。

 

  上个世纪80年代中期以前,中国使用的先进测绘仪器90%依赖进口。仅仅20年后,“国货”就已经覆盖国内市场的90%以上,并成功进入国际市场,刘先林院士在其中功不可没。

 

  “测绘工作对仪器有很强的依赖。很多仪器国内没有,只能从国外购买。进口仪器售价昂贵,使用起来却不尽如人意。”刘院士回忆道,“看到国家花大价钱从国外引进设备,我们下定了自己研究高质量测绘仪器的决心,一定要用中国创造的产品与国外产品一较高低。”

 

  真正付诸研究,刘院士发现,自己的面前存在着许多困难。在研制测绘仪器初期,一无现成图纸,二无参考资料,三无资金支持。但是他没有畏惧,“科研道路上会遇到很多拦路虎,每一只拦路虎都有可能使人产生放弃的念头,很多吃不了苦的人就会放弃。从开始一个项目到产生一定规模,一般要历时十年左右,但是前几年都会像是在地狱里一样。”刘先林院士感叹,“科研工作是百起百落,如果没有顽强的意志和坚忍不拔的毅力,不可能成功。”正是这种意志与毅力,加上百折不挠的信心,才成就了“中国创造”的最强音!

 

  一串闪光的足印

 

  1967年,刘先林通过潜心摸索,编制了一套适用的空中三角测量程序,第一次把计算机技术引入我国测绘生产领域,提高了生产效率,大大减轻了劳动强度。为提高我国航空测量仪器的自动化程度,1984年,以刘先林为组长的课题组研制成功正射投影仪,这是我国首次研制成功大型航空测量仪器,中国一跃成为世界上第三个有能力生产这类仪器的国家,刘先林开始令世人瞩目。

 

  1987年,由刘先林主持研制的JX-1解析测图仪横空出世,并大举收复解析测图仪国内市场。不到一年时间,JX-3解析测图仪问世,性能比国外更好,价格却是国外的五分之一。1992年,“国家科技进步一等奖”颁给了这台“功勋测图仪”。刘先林开始令国外的厂商大大地“不安”,面对“中国创造”的强劲竞争力,国外同类仪器厂商只好大幅降价,但其在中国的销售市场却无法挽回。“到1998年,几乎所有的国内城市都在使用这套设备生产大比例地图。国外不可一世的大型精密航空测量仪器终于被国产货取代了!”回想起那时的情景,刘院士发出了惬意爽朗的笑声。

 

  由刘先林团队研制的JX-4全数字摄影测量工作站的问世,让世界再次瞩目中国。我国测绘技术开始了由模拟向全数字的跨越。“过去测量地形是在野外进行,有了这套仪器,可以把地面模型原封原样搬到室内来,而且这个模型和地面完全一致!”刘院士一脸得意,而更让刘先林得意的是它的价格——“只有国外同类产品的十分之一!”JX-4的销售到目前已有十年,但是依然经久不衰。刘先林院士再获“国家科技进步一等奖”。 新中国建立以来,中国测绘界只获得过两次国家科技进步一等奖,桂冠都被刘先林院士一人摘得。此时的刘先林院士已年过60岁,常理来说,已经可以功成身退,但是他不循常规。

 

  “刘先林在研究数字航摄仪!”这条消息再次吸引了世人的眼球。数字航摄仪是我国测绘发展的瓶颈问题。60多岁的刘先林院士带领科研人员承担起了国家“十五”科技攻关项目“数字航摄仪”的研制,一改我们从外国进口数字航摄仪的历史。

 

  长期以来,我国航空摄影测量数据一直是采用基于胶片的航空摄影仪来获取,这种作业方式的效率和自动化、智能化程度较低。随着新型数字航测技术在国际上的兴起,国内只能以巨额价格从国外进口数字航摄仪。进口仪器拍摄出来的图片虽然非常漂亮,但高程精度不够。“进口一套要花1600多万元,简直是超额利润!”刘先林院士不能忍受,更不能让他忍受的是国外对国内的技术封锁。4年苦研,我国首台数字航摄仪——SWDC数字航摄仪问世,紧接着,刘先林的团队研制的四拼镜头数字航摄仪(SWDC-4型)研制成功。

 

  这一串串闪亮的足迹, 让刘先林院士名声鹊起,他被称为“中国数字航摄仪之父”、测绘行业的袁隆平,在我国测绘史上写下浓墨重彩的一笔。

 

  老骥伏枥志千里

 

  车载三维数据采集系统,是刘先林院士目前正在进行的一项研究。日后,这项研究的成果将会直接服务于人们的生活。刘院士满怀希望地向我们介绍,待这项技术发展完善后,小到一个街区、一座城市,大到整个地球都能以虚拟现实的形式被搬回家。因为汽车采集回来的数据经过处理,已经变成三维的影像。它与平常人们所熟悉的影像效果有所不同,能让人们清晰地看到实际环境中两个建筑物之间的真实情况,给人一种设身处地、身临其境的感觉。“这项技术在数字城市建设领域的运用前景是非常广阔的,比如在数字城管中的应用,会更清楚地测量到城市部件的位置与情况,使三维测量精度更高。”刘院士绘声绘色地说,“我们的测绘产品将会走到寻常百姓的生活中间去,因为老百姓可以很直观地看到三维影像,不管是物件的高度,还是纹理,每一根电杆,每一个华表甚至石狮,全都可以在室内看到。”

 

  “测绘将来的发展,会是以一种虚拟现实的形式将地球搬回家,真正地把地球搬回家。我要在我退休之前,把车载三维数据采集系统设计得更加完美。”刘先林院士正在用老骥伏枥的精神诠释着未来的美好。

 

  “科研工作就好比压在石头下面的种子,你不知道它会从哪儿长出来,但是它一定会长出来。”——刘先林

 

标签:刘先林测量遥感
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