热门:从对地观测卫星到对地观测脑——专访中国科学院院士、中国工程院院士

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能迅速关注我们本文的复印件从《中国测绘》年第十期开始来到武汉大学采访李德仁院士，非常亲切。 我记得上次是12月30日，下了大雪。 记者在武大人文馆听取李德仁院士关于“中国测绘遥感技术快速发展的回顾与展望”的主题报告，连续两个小时，李德仁院士非常高兴。 一口气说完，深入说非常深的专业信息，真是测绘知识的宴会！ 最近，《中国测绘》杂志以“对地观测卫星系统”为主题，与李德仁院士进行了采访邀请，得以前往。 9月的武汉下雨了，气温下降了，但也许你很向往。 有丹桂的香味，到处都是美丽的景色。 通过新闻本科教学区，进入测绘遥感的新闻工程国家要点实验室，赶紧上楼，轻轻地进入李德仁院士的办公室，他的秘书对记者说，李德仁院士刚出了很长的差距，现在正在查资料 不久，我们的采访正式开始了。 拥有14颗卫星图案的高分家族所有能力大记者:今年8月20日，高分7号卫星正式采用。 这是中国对地观测卫星的高分专业系列。 请介绍中国对地观测卫星的迅速发展概况。 李德仁:首先，我想谈谈对地观测的意义。 人类生活在地球的四大圈层之中，包括岩石圈、水圈、大气层等。 人类及其生存的地球面临着严峻的挑战，需要实时观测。 1957年，苏联发射了世界上第一颗人造地球卫星“人造地球卫星1号”。 这正式开启了人类的“天空时代”。 从那以后，人类只能从地球表面观测的历史改变了一千多年。 在随后的几十年里，人类陆续发射气象、资源、海洋等卫星序列，以光学和雷达遥感为探测手段，从外部空间观测地球，获取人类需要的各种空间新闻。 对地观测对国防建设和国家安全非常重要，可以说与制空权、制海权、制天权、制报权等有关。 世纪之交时，中国的航天技术——卫星应用、深空探测和空间安全三方面与西方国家相比仍有明显的差距，如当时中国只有气象和资源卫星，但资源卫星的分辨率也只能达到5m。 当然西方各国也不希望中国的宇宙飞行变大。 这给我国施加了很多限制，因此在由美、英、法、德等国家成立的巴黎统一委员会(编辑注:对社会主义国家实行禁运和贸易限制的国际组织，更名为出口限制调整委员会)限制向中国出口先进的航天设备，我国 当时第十八届国际卫星对地观测委员会( committeeonearthobservationsatellites )于2004年在中国召开，徐冠华部长担任轮值主席。 这是因为从2002年开始，我代表徐冠华部长参加委员会的筹备工作，与十几名院士合作编写咨询报告，向中央领导提出迅速发展中国的高分辨率对地观测系统。 中央领导批准支持，将其纳入中长期科学技术快速发展计划。 2005年，科技部成立了专家小组协商国家2006~年中长期快速发展计划，我有幸参与了高新技术集团、资源和生态环境集团和国防集团，最后形成了16个国家的重大专家。 其中与我们测绘相关的是三个专业领域高分辨率对地观测系统、载人航天和月球探测工程和北斗全球卫星导航系统。 工信部航天局的王礼恒院士带领我和其他专家经过多年的研究，一共计划了14颗卫星。 也就是说，我们现在说的高分对地观测卫星。 其中1~7颗是民间卫星，8~14颗是军事卫星。 这14颗星可以说是“军民融合，花样齐全”。 包括光学、雷达卫星，从地球同步轨道卫星到太阳同步轨道卫星，基本满足了中国国防建设、经济快速发展和人民生活的诉求。 光学卫星的空间分辨率可达到0.1m~0.5m。 雷达卫星的分辨率达到0.5m~1m，具有全极化数据。 两个地球同步轨道卫星的分辨率分别是50m和15m。 高光谱遥感卫星成像频带超过360个以上的16m分辨率宽幅遥感卫星的地面宽度达到了800km 在高分专业领域有两个测绘卫星。 一个是去年发射的高分7号，另一个是高分14号。 高分七号的优势是具备双线阵列立体测绘功能，具备激光剖面测量系统，高分十四号卫星计划时在白俄罗斯建设，目前正在建设中，尚未上天。 记者:在这14颗高分卫星中，雷达卫星的比重很小，之后有一点计划吗？ 李德仁:现在有c波段、s波段、x波段的卫星，但没有l波段的卫星。 我们补充x波段的雷达卫星。 x波段有助于保证三维测量和应变测量的精度。 l波段干涉合成孔径雷达卫星可以测量植被景区的地形和地表变化 另外，我们启动了1年~2030年空间基础设施的卫星计划。 这个计划有多个雷达卫星。 今年，我们已经发射了多模式智能化的高分辨率卫星( 0.42m分辨率)。 这是高分专业后国家基础设施卫星的成功例子。 记者:经过15年的迅速发展，高分辨率对地观测卫星的重大专业领域可以说是巨大的成果，您如何评价这一成果呢？ 李德仁:第一，中国人通过自力更生、自主创新，把中国的卫星遥感及其应用赶上了世界先进水平。 现在美国最高的卫星是锁眼号( keyhole )，其分辨率为0.1m，我们的高分11号也能达到这个标准。 第二，中国的卫星数据自给率达到85%以上，到2005年为止，我们基本上要买海外的卫星数据。 价格很高。 在参与制定国家长时间科学和技术快速发展计划时，我们当时设立的目标是卫星数据自给率提高到60%以上，经过15年的努力，现在目标超额完成，我国的卫星数据不仅满足了本国的诉求，而且出口 第三，我们卫星收集的数据总量约达1500pb，是世界上库存最多的国家，这些数据支持中国的国防建设、经济的迅速发展和大众民生的诉求。 第四，对地观测卫星的高分专业技术带动了下一代国家空间基础设施计划，推动了年开始的商业航天产业的迅速发展。 从资源3号到高分7号的映射卫星实现高精度的卫星映射的记者:高分7号卫星的立体映射被比作“宇宙界的詹姆斯·”。 卡梅伦”请说立体映射在领域和民间行业有它们的应用。 李德仁:高分七号是测绘卫星，这关系到另一个话题我国测绘卫星的成绩。 中国民间测量卫星的道路始于2005年1月7日。 当时中国共产党中央政治局委员、国务院副总理曾培炎视察了国家测量局，各专家在座谈会上对21世纪国际测量的迅速发展趋势进行了分析，我提出了建议:国家测量局作为中国的重要部门，为了建设国家，为人民服务 我国提出迅速发展包括测绘卫星、测量卫星、重力卫星等在内的6颗卫星，首先发行1∶50000的测绘卫星，分辨率为2.5m左右。 当场，曾培炎副总理指示支持我国测绘卫星事业的迅速发展。 项目立项完成后，我和横健雅院士及航天508所卫星相机研究开发专家杨秉新一起为卫星设计了参数。 设计了正面视、背面视分辨率为3.5m、正面视分辨率为2.1m的3线式照相机。 地面宽度为60km，影像量化级为10bit。 为了实现高速准确的彩色立体测量图，我们又在这台相机上添加了“眼睛”——5.8m分辨率的多光谱相机。 测绘卫星的数据用于制作地图，所以一定要求精度。 这是处理卫星上的传感器问题后，我们在卫星上使用国产双频gps接收机和武大刘经南院士的panda软件，提高轨道精度。 为了进一步确保精度，我和横健雅院士、宇宙科学技术五院及解放军新闻工程大学的专家一起去河南嵩山缩放场进行轨道卫星的几何缩放，最终缩放精度优于0.3像素。 资源3号卫星的高精度设计要求和标准大大提高了后期数据解决的速度，我们自主制作了基于人工智能图像相关和粗差自动去除的超大区域网平差软件，使用60个计算机节点，基于gpu+cpu解计算，在7天内 高分七号继承了资源三号的特征，但是因为提高了分辨率( 0.7m )，照相机大型，卫星上放不下3个“眼睛”的立体照相机，所以改为双线阵列立体照相机，追加了激光测量高仪(海拔精度0.3m )。 高分七号的目标是为国家制作1∶10000的地形图。 下一代测绘卫星的目标是小型化、轻量化、智能化，希望能在明年发射的蕙珏三号智能小卫星上实现。 蕙珏三号卫星只有230公里。 卫星配备了面阵摄像机，可以实现80%的立体测量图、20%的平面测量图和凝视视频图像。 另外，这颗小卫星可以迅速在轨道上定位和搜索目标和变化，通过星地通信和地面5g技术，在一分钟内把消息发送到客户端手机。 从资源三号到高分七号，再到岫珑三号小卫星，快速发展的过程代表了测绘卫星的三代，它们互相补充，互相合作。 关于立体测绘技术的应用，高分七号立体测绘数据由陕西测绘地理新闻局成功完成珠峰周围的三维立体测绘图。 地球本来就是三维的，三维的实景影像更真实，这为社会管理、经济建设和生态环境调查等提供了更真实的数据，其迅速发展前景非常光明。 商业化运营推动航天事业良性循环记者:你认为现在中国高分卫星专家已经进入最后阶段，有必要提高吗？ 李德仁:高分专业及其后的空间基础设施建设，包括北斗3号建设，大幅度提高了中国对地观测和导航的能力，取得了很大成绩。 但是，为了很好地使用这两个系统的成果，必须致力于“易用性”和“易用性”的问题。 有那些问题吗？ 总结起来是卫星的易用性和卫星的易用性两个问题。 在卫星用的好方面，卫星数据的诉求、获取、个别传播和共享缺乏动力和机制，数据积累在一些部门，很多顾客想要数据但得不到。 从卫星的使用方便性方面来说，本来我们的卫星部件就限制在西方国家，大多使用二等品。 为了使二等品成为容易使用的产品，需要下功夫。 另外，卫星上天后，环境多而复杂，持续维持卫星取得有质量的数据需要消费力，但相关部门为了持续改善卫星的质量没有动力和资金。 这背后有很深的水平是因为我国的卫星发射是政府投资，没有卫星发射的赚钱压力。 年8月末，我代表许多院士和中国工程院向国家提交咨询报告，建议国内高分辨率遥感卫星尽快实现商业化。 10月，李克强总理在办公室会议上宣布，允许民间资本进入航天行业，从那以后，商业宇宙就像雨后春笋一样，呈现破竹般的势头。 创建卫星产业有开发“高景一号”的中国航天科技集团企业、珠海欧比特、长光卫星技术有限企业等，这些商业企业形成了春秋战国时代群雄竞争的局面，这种势头非常好，但需要宏观指导、计划和资源整合。 通过商业化卫星的运营，实现了发射卫星——利用卫星数据获益——维护和发射卫星的周期，形成了符合国家要求的可持续快速发展的航天产业。 商业化运营调动了两种积极性，努力促进相关国有公司和民营公司相互竞争，提高中国的卫星技术、水平和应用，推动中国进入航天强国。 对地观测卫星升级对地观测脑三部曲记者:你近年来提出了“从对地观测卫星到对地观测脑”。 这是一个新的变化。 请向我们详细说明“对地观测脑”的概念。 李德仁:首先从人脑的优势来说，大脑就像超级智能电脑，可以记忆、识别、分解、推理、决定五官感知到的数据。 比如，一看到熟人，就脱口而出说:“小王，最近好像很瘦。” 这就是人脑的智能表现。 现在和原来相比有那些变化吗？ 仅仅几毫秒，大脑就做了智力评估 这样，我们原来建立的对地观测卫星系统是感知地球的手段，只是单纯地取得数据，后期需要重新解决人的对数数据来决定，一系列的过程太费时间，特别是在紧急情况和分秒必争时，是错误的 我想举两个例子具体说明一下，第一个是2008年汶川地震，当地的遥感图像无法马上得到。 因为震源的评价是错误的。 解放军被命令救援汶川，但走后，震源实际上在汶川县下的北川町和映秀町，发现生命救援的钱损失了72小时。 灾害应急需要我们迅速、准确、智能地回答问题。 二是中国海军执行在非洲捕捉海盗的任务，中国卫星已经拍摄了海盗的位置，但在卫星通过移动到中国上空之前，这个数据不能下载到地面站进行解释。 四五个小时过去了，海盗已经不在那个位置了。 这说明现在的遥感、导航和通信卫星系统的运行各自独立，新闻被分离，不能及时提供服务。 这两个例子是否暗示了能否使对地观测卫星系统上升到对地观测脑呢？ 现在，天上有导航卫星、遥感卫星和通信卫星，像人眼(遥感卫星)、耳朵(通信卫星)那样，将直通卫星一体化构成一个系统，形成一个大脑，这个大脑“眼睛”、“耳朵”感受到 t(time )表示时间，r (远程传感器)表示遥感图像、状态，c(communication )表示通信，这些消息可以发送到你手里的接收设备。 这就是对地观测大脑的过程。 但是做那个不容易。 需要处理七项本来就不重要的技术。 我邀请了各行各业的院士专家，让他们一起克服难关。 一是星星用轨道智能解决，简单来说，如何在天上用轨道智能解决人工智能技术，比如跟踪识别目标、变化检查等，这是我主导的，通过地球空间新闻技术创新。 二是天地一体化的网络通信，在天上解决数据后，需要与通信卫星联动返回地面，到达地面后用5g信号发送。 目前清华大学中国科学院院士陆建华正在研究这个问题。 三是天基资源安排。 地面客户有很多诉求。 哪个卫星提供服务？ 我委托北京理工大学的中国工程院院士张军处理。 因为张军院士曾经管理过中国所有的飞机安排。 四是宇宙环境安全，关于空间物理和网络安全的很多问题，我们委托武汉大学中国科学院院士窦贤康校长进行研究。 五是星基导航的强化，为了使北斗卫星的导航精度提高到0.5m，除了地基的强化外，还必须用低轨道的卫星强化高轨道的北斗导航卫星，在无法建立地基强化系统的地区实现实时高精度的 目前刘经南院士和我们实验室陈锐志主任正在克服这个问题。 六是天基新闻智能终端服务，把消息发给客户手机，为了实现新闻智能服务，这个问题交给了横健雅院士。 七是基于载荷的卫星平台的设计与开发，新一代小型化、智能化卫星该怎么办，如何打破原来的框架？ 这个问题委托了宇宙科学技术院的张庆君研究员处理。 国家自然科学基金委员会有重大专家支持这项研究。 记者:这项工作很难，现在有点突破吗？ 李德仁:这项事业是原始创新的难题，我们与全国相关专家共同攻关。 现在有三个成功的例子 一是实现了在中国多个卫星上寻找海上的移动目标，精度在10m以内后，将压缩的数据发送到中国的静止轨道通信卫星，通过星地通信着陆，用光纤或5g发送到客户。 时间在一分钟之内。 二是我们是长光卫星技术有限企业的红外线遥感卫星“吉林1号”，可以利用热红外线图像自主识别森林的高温火点，计算森林火点的坐标，通过北斗短消息直接从低轨道卫星传输给森林消防员。 整个过程只需要20秒。 本来卫星扫描后图像着陆，人寻找着火点报告需要1~2个小时，现在这个系统大幅度提高了效率。 三是用珐珑1号小卫星进行了低轨道增强高轨道导航卫星的实验。 在卫星上，接收北斗、gps的双频信号进行实时自主精密轨道和授时，向地面发送两个l波段的导航信号，用这两个信号增强地面客户的接收，将导航精度提高到伪距法的2m，ki 这三个例子表明我们的对地观测脑是完全可以实现的，为了实现这个目标，现在我们正在计划作为对地观测脑的pntrc三部曲的第一步，进行了从南中国海到华北地区的局部( local )展望，对此 第二步是区域性( regional )复盖中国和周边一带的国家，这大致需要100个遥感卫星，其中遥感卫星的一半是光学卫星，一半是雷达卫星，保证日夜都有影像。 第三步是全球。 预计实现全球服务需要200颗遥感卫星和300颗通信卫星。 服务指标在时间分辨率5分钟内发现，即要求的图像目标在5分钟内，分辨率和导航精度达到0.5m，轨道解决和通信时间不到1分钟发送到客户手机，开拓b2b、b2g和b2c的空中新闻智能服务，向国家万亿生产 这是我们努力的最终目的。 通过《谱》仔细观测大脑三部曲，实现“一星多用途、多星组织网、多网融合、智能服务”，我们实现了从宇宙大国向宇宙强国的飞跃，实现了习近平总书记提出的国家精确管理和人类命运共同体的目标，中国二百年 下述一个半小时的采访真快！ 李院士的桌子上有一个很大的地球仪，采访中遇到记者的疑问时，他有时站起来拳比把卫星放在地球仪的赤道上空，旋转地球仪向记者说明，非常大的知识和课题在李院士的分割、说明下很清楚，自主 提醒记者，武大测绘学院院士共同上基础课，把无聊冷门的《图形学概论》作为热门旁听课的信息，台下的学生会和我有同样的感觉吧！ 采访结束，接近新闻学部门口时，回头一看，遥感新闻工程学院的大楼上挂着两根长长的红色横幅，和楼下矮绿色桂树互相掩护，非常喜欢 横幅上写着:“壮志扬新时代的帆下在五洋捕捉鳗鱼，野心勃勃地捡起遥感科学精英，在九天捡起月亮。” 我想起李德仁院士采访时的话。 “一个人要用自己的本事为国家做很多事！ 』正是李院士这样为国家造化人民的精神传承和师心，才有了一代又一代献身于我国测绘遥感事业的测绘人。 下一个十年，我国的卫星遥感事业一定会进入一个新的阶段。 我们会等的！ 文/本刊记者邓哲声明:本文是《中国测绘》的原件复印件，许可合作请在本公众号上留言。 或者，请拨打010-63881401。 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