李德仁院士获2023年度国家最高科学技术奖！他推动了中国测绘遥感从大国到强国.......

2024 年 6 月 24 日，2023 年度国家最高科学技术奖揭晓，武汉大学的李德仁院士凭借在地理信息科学领域的卓越贡献获此殊荣。

作为国际著名的测绘遥感学家，李德仁院士在近 40 年的科研生涯中，致力于提升我国遥感对地观测水平，为我国从测绘遥感大国到测绘遥感强国的转变做出了杰出贡献。让我们一起来了解一下这位地理信息科学泰斗的主要科研成就吧。

初出茅庐：解决测量学的百年难题

1982 年，李德仁院士在德国波恩大学进修期间，首创了从验后方差估计导出粗差定位的选权迭代法，这一方法被测量学界称为“李德仁方法”。

随后，他在斯图加特大学攻读博士学位时，创立了误差可区分性理论和系统误差与粗差探测方法，解决了一个测量学的百年难题。这项成果使他获得了斯图加特大学博士论文历史最高分，并荣获1988年“汉莎航空测量奖”。

那么，如何通俗地理解“李德仁方法”呢？

想象你正在努力组装一幅大型拼图，这个拼图有成千上万片，代表着从卫星或飞机拍摄的大量测量数据。你的任务是把这些拼图准确地拼在一起，形成一幅完整的地球表面图像。听起来很简单，对吧？但是问题来了：有些拼图片可能被家里调皮的小朋友偷偷换了位置（这就是“粗差”），有些可能因为生产过程中的小问题而稍微变形（这就是“系统误差”），还有一些可能因为各种原因稍微偏离了正确位置（这就是“偶然误差”）。

现在，你要在不知道哪些拼图片有问题的情况下，找出并纠正这些错误，同时还要尽可能准确地完成拼图。这就是测量学家们长期面临的难题。李德仁方法就像是一个智能助手，帮你一步步解决这个复杂的问题：

首先，它会概略地看一遍所有的拼图片，找出那些明显不对劲的部分（粗差检测）。然后，它会仔细检查每一片拼图，看看是否有轻微的变形或系统性的偏差（系统误差识别）。接着，它会考虑到所有拼图片之间的关系，用数学方法计算出每一片应该放在哪里（最优估计）。最后，它会反复进行这个过程，每次都变得更精确，直到找到最佳的拼图方案。

李德仁方法的独特之处在于，它能够同时处理这些不同类型的误差，而且可以在处理过程中不断提高精度。这就像是一个超级玩家，不仅能纠正拼图中的错误，还能在拼图过程中逐渐看清整幅图像的样子。在现实世界中，它帮助科学家们从海量的测量数据中提取出精确的地理信息，为绘制精确的地图、监测地球变化等工作提供了强有力的工具。

学成归国：引领遥感技术赶超世界水平

回国后，李德仁院士加快研究步伐，带领团队持续开展基础理论和重大技术创新。1991 年，他提出“3S 集成”（GNSS 全球卫星定位系统、RS 遥感、GIS 地理信息系统）理论，获得国际认可。3S 集成所构成的现代遥感地理体系，也协助人类实现了天空地一体信息化移动测量的历史跨越。接下来，我们就对这几项技术做一个简单的介绍。

想象一下，你有一双能够随意放大缩小、穿透云层，甚至看穿地表的“超级眼睛”。这双眼睛不仅能看到地球表面的每一处细节，还能准确知道它们的位置，并且能实时分析它们的变化，这就是现代遥感地理体系的魔力。

该体系主要由三个部分组成，就像是一个超人的三种超能力：

遥感（RS）就像是超人的“千里眼”。通过卫星、飞机甚至无人机上的传感器，我们可以从高空获取地球表面的图像和数据。这些“眼睛”可以看到可见光、红外线，甚至是雷达波。它们可以穿透云层，在夜间工作，甚至能“看到”地表下的情况。

DMSP 卫星，其搭载的 OLS 传感器可以探测夜间灯光分布（图片来源：维基百科）

全球导航卫星系统（GNSS）就像是超人的“定位器”。通过 GPS、北斗等卫星定位系统，我们可以精确地知道地球上任何一个点的位置。它的性能如此精确，甚至可以测量出地壳的微小移动。

北斗-M5 卫星（2012-050A）的地面轨迹图，白点为其在某时之位置，而白线包围的区域为其在该处的服务范围。（图片来源：维基百科）

地理信息系统（GIS）就像是超人的“高能大脑”。它可以将从“千里眼”和“定位器”获得的海量数据进行存储、分析和可视化，将复杂的地理信息转化为我们容易理解的地图或 3D 模型。

地理信息系统的经典实例：约翰·斯诺 1855 年的地图，展示了 1854 年伦敦霍乱疫情中的病例聚集区。（图片来源：维基百科）

这三种“超能力”结合起来，就形成了现代遥感地理体系。它让我们能够全方位、多角度、高精度地观测和理解我们的星球。例如，当发生自然灾害时，这个系统可以快速提供灾区的详细信息，帮助救援队伍更有效地开展工作。

在城市规划中，它可以提供详细的地形、建筑和人口分布数据，帮助规划者做出更明智的决策。对于农业，它可以监测作物生长状况，预测产量，甚至指导精准施肥。

随着技术的发展，现代遥感地理体系正在变得越来越智能。人工智能加入后，它不仅能“看到”，还能“理解”它所“看到”的东西。未来，它可能会成为一个真正的“地球大脑”，帮助我们更好地理解和保护我们的家园。

2003 年，李德仁院士作为牵头人向国家提出“建设我国高分辨率对地观测系统”的建议，这成为国家 16 个重大科技专项之一。在随后的 15 年里，他带领团队完成了体系论证、技术攻关、系统研制和重大应用，推动我国高分辨率对地观测系统从无到有、从有到优。

上方是被动式遥感，以可见光遥感为代表，被动接受地物发射或反射的电磁波；下方是主动式遥感，以微波遥感为代表，主动发射电磁波并接收反射的信号（图片来源：维基百科）

志在千里：擦亮中国的“东方慧眼”

为了进一步提升我国的遥感技术水平，李德仁院士带领团队开展了“通导遥”一体化天基信息实时服务系统（PNTRC）关键技术攻关，启动了珞珈系列科学试验卫星工程，并成功研制发射了 4 颗珞珈系列卫星。

更具前瞻性的是，李德仁院士推动了“东方慧眼”智能遥感星座计划的建设。2022 年 4 月，“东方慧眼”智能遥感星座一期工程正式启动，2024 年 2 月 3 日，由李德仁担任首席科学家研制的东方慧眼高分 01 星成功发射，实现了业务化运行。这标志着我国在“通导遥”一体化智能遥感卫星系统方面取得了重大进展。

“东方慧眼高分 01 星”（即“烟台二号”）通过捷龙三号遥三运载火箭成功在我国广东省阳江海域成功发射入轨（图片来源：武汉大学新闻网）

结语

从解决测量学的百年难题，到引领我国遥感技术赶超世界水平；从推动“东方慧眼”智能遥感星座计划，到培养新一代测绘遥感人才，李德仁院士用他的智慧和汗水，推动了中国测绘遥感事业的跨越式发展。他的科研历程不仅展现了一位杰出科学家的执着追求，更彰显了中国科技工作者勇攀高峰、服务国家的崇高精神。

正如他所说：“科学是要为祖国服务的。”这种精神将继续激励着更多的中国科学家，为建设科技强国贡献力量。

策划制作

来源丨科普中国

作者丨郭菲 烟台大学

监制丨中国科普博览

责编丨一诺

审校丨徐来 林林