李德仁院士：推动中国测绘遥感“看清”世界

2024年6月24日，2023年度国家最高科学技术奖揭晓，来自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，为我国在测绘遥感领域从“大”国到“强”国的转变做出了杰出贡献。我们一起来了解一下这位地理信息科学界泰斗的主要科研成就吧！

李德仁，中国科学院院士，中国工程院院士，武汉大学教授、博士生导师，国际著名测绘遥感学家。现任武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室学术委员会名誉主任，地球空间信息技术协同创新中心主任。图片来源：科技日报

初出茅庐：解决测量学领域百年难题

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，被国际测绘界称为“李德仁方法”。

随后，他在斯图加特大学攻读博士学位期间，创立了误差可区分性理论和系统误差与粗差探测方法，解决了测量学领域的一个百年难题。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？假设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”），有些拼图片可能因为生产过程中的小问题而发生变形（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，你要在海量数据中找出有问题的拼图片，并纠正这些错误，同时还要尽可能准确地完成拼图，这就是测量学专家长期面临的难题。“李德仁方法”就像智能助手，可以帮助我们一步步解决这个复杂的问题：

首先，它会概略地浏览一遍所有拼图片，找出那些明显有错误的部分（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，并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，每一次都比上一次更精确，直到找到最佳拼图方案。

“李德仁方法”的独特之处在于，它能够同时处理不同类型的误差，并在处理过程中不断提高精度。这就像一个“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。现实中，它帮助科学家们从海量的测量数据中提取精确的地理信息，是地图绘制、地球变化监测等工作强有力的工具支撑。

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，他提出全球导航卫星系统（GNSS）、航空航天遥感（RS）、地理信息系统（GIS）“3S集成”理论，获得国际认可。“3S集成”现代遥感地理体系，协助人类实现了天空地一体信息化移动测量的历史跨越。下面，我们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，并能实时分析变化，这就是现代遥感地理体系的“魔力”。

该体系主要由三部分组成，如同三种“超能力”：航空航天遥感（RS）就像超人“千里眼”，通过卫星、飞机甚至无人机搭载传感器，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，还可以穿透云层，在夜间工作，甚至能“看到”地表下面的情况。

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）就像超人的“定位器”，通过GPS、北斗卫星导航系统，可以精确知道地球上任何一个点的位置，性能精确度高，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）就像超人的“高能大脑”，它把从“千里眼”和“定位器”获取的海量数据进行存储、分析和可视化处理，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。它能够让我们全方位、多角度、高精度地观测、理解我们的星球。例如，当发生自然灾害时，该系统可以快速提供灾区详细信息，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。在农业应用方面，它可以监测作物生长状况，预测作物产量，甚至可以指导精准施肥作业。

随着技术发展，现代遥感地理体系变得越来越智能。引入人工智能技术后，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，是国家16个重大科技专项之一。在之后的15年时间里，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各阶段任务，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，成功研制并发射了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，由李德仁院士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，李德仁院士用智慧和汗水，推动了中国测绘遥感事业跨越式发展。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更多的中国科学家，为建设科技强国贡献力量。

策划制作

出品丨科普中国

作者丨郭菲 烟台大学

监制丨中国科普博览

责编丨董娜娜

审校丨徐来 林林