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中国特色、世界一流之路——武汉大学测绘学科创建世界一流学科的回顾与思考


发布时间:2016-10-19 21:34:03 阅读:0


 
  

【新华网】中国特色、世界一流之路——武汉大学测绘学科创建世界一流学科的回顾与思考

 

测绘,一个“小众”但重要的学科。

当前,人类面临着资源短缺、环境污染、人口剧增和灾害频发等共同问题,而绝大多数自然与人类活动问题都与时空位置紧密相关。测绘就是人类为了获取随时间变化的地球空间信息,构建的空天地一体化的对地观测系统,用数字化、自动化的手段采集、处理整个地球的自然和人类活动产生的与时空位置相关的信息,并能够自动、智能和实时地解决何时、何地、何种目标、发生了何种变化等信息,并将这种时空信息实时提供给需要的每一个群体或个人。

美国劳动部将地球空间技术与纳米技术、生命技术确定为当今世界“新出现和正在发展中的三大最重要的技术”。

2016年10月20日,武汉大学测绘学科将迎来创建60周年纪念日。回首六十载风雨岁月,测绘学科秉承严谨求实、团结奋进优良校风,在教育、科技成就上都得到国内外的一致认可,被世界同行誉为“世界测绘之都”。

武汉大学测绘学科目前有中国科学院院士2人,中国工程院院士5人,国际欧亚科学院院士3人,国家杰出青年基金获得者6人,长江学者特聘教授11人,国家教学名师2人,国家百千万人才工程人选9人,中组部千人计划入选者8人,青年千人4人,国家科技部创新领军人才3人,教育部新世纪人才22人等和一大批多学科青年骨干组成的能够承担科学前沿研究和国家重大战略项目的高水平团队。

2012年4月23日,在荷兰阿姆斯特丹“地理空间信息世界论坛”上,武汉大学成为继美国加州大学伯克利分校、德国汉诺威大学之后全球第三所荣获“地理空间信息科学全球领袖”奖的高校。在当下西方价值观念仍占主导地位的大学评价体系中,武汉大学获得这个重要奖项,不得不说是一个值得浓墨重彩记录的里程碑,标志着武汉大学在地球空间信息领域的高层次人才培养和科学研究等方面已经站在“世界领袖”的位置上,武汉大学地球空间信息团队已经成为本领域世界公认的“最具影响力研究群体”。

2015年1月,武汉大学“对地观测与导航技术创新团队”由于在我国“高分辨率对地观测系统”和“新一代卫星导航定位系统”研发中做出的突出贡献,获得国家科技进步创新团队奖,这是国家设立创新团队奖以来高校中继清华大学之后第二个获奖的团队,团队创新性成果为实现我国从遥感大国向遥感强国的转变做出了突出贡献。

未来,武汉大学测绘学科将以更加坚定、自信的姿态屹立在国际舞台上,引领世界地理空间信息学科的快速发展,也为创建世界一流学科和世界一流大学不断做出自己的贡献。

一、不懈创新,实现从跟踪国际前沿到引领世界发展的跨越

武汉大学测绘学科始于1956年,由清华大学、同济大学、天津大学、青岛工学院、华南工学院5校的测绘学科合并组建当时的武汉血量制图学院,1958年改名为武汉测绘学院。

建校初始,学科创始人夏坚白就提出:我们的学科“不但要在中国出名,就是在世界上也要使它露头角。”这一铿锵豪迈之语,开启了测绘学科追求世界一流的梦想之旅。

1970年,学校撤销,夏坚白没有因此而放弃前沿的卫星大地测量的研究,他坚持翻译了最新的国外专著,学校重建以后,他立即组织人员开展卫星大地测量理论与技术研究,推动了我国卫星大地测量理论研究迅速跟上国际前沿。

1965年,王之卓就高瞻远瞩预测到“人造卫星将为测图人员提供编制和修订地形图的相片”。1978年,他又以敏锐的洞察力,在世界上第一个提出“全数字自动化测图系统的概念,上个世纪90年代推出了中国自主知识产权的全数字自动化测图系统Virteozo。21世纪以后,张祖勋院士又提出建立摄影测量网格系统,推动摄影测量从数字化向网络化和集群处理发展。有力促进了传统摄影测量技术和生产手段向数字化、自动化方向的革命性变革。

1985年,李德仁院士首创了偶然误差、系统误差、粗差的可区分性理论,以及系统误差和粗差检测方法,他创立的这个理论,被国际知名专家一致认为“解决了一个测量学的百年难题”;他提出的粗差检测“选权迭代法”,被国际摄影测量界称为“李德仁方法”。

刘经南院士在世界上第一次证明国际上已有的三个坐标转换模型的等价性,圆满解决了大地测量坐标系转换理论难题。提出了航天器快速精确定轨理论,将我国定轨精度原有的从5-10米提高到2-3厘米,定轨精度达到美国JPL等国际顶尖实验室同等水平。

龚健雅院士提出了面向对象地理信息系统理论与模型,建立了我国地理信息服务标准体系,研发了国际上第一个面向对象地理信息系统基础软件GeoStar、网络地理信息共享服务软件平台GeoSurf和网络虚拟地球软件GeoGlobe,成为国家地理信息公共服务平台“天地图”的基础软件,对保障国家空间信息安全,引领面向对象地理信息系统研究做出了突出贡献。

宁津生院士、李建成院士及其研究团队创新性地提出用数字高程基准取代传统水准标石,建立并维持国家现代高程基准,实现了传统高程基准建立和维持模式的根本性转变,引领了我国现代基准建设;通过解决精密大地水准面确定的多项理论和技术难题,完成了从米级到分米级,到厘米级,再到亚厘米级三次精度提升,为我国现代高程基准建设提供了完整的新技术体系和标准;

正是这种高瞻远瞩、追求卓越的崇高理想,不懈创新、勇攀高峰的坚定意志和科学文化,创造了一个又一个让世界瞩目、国人振奋的高水平成果,也激励着一代又一代测绘学人攻坚克难,创造出一个又一个国际领先的成果,学科也实现了从跟踪国际前沿到在某些重要领域引领世界发展的跨越。

二、服务国家,中国特色一流学科肩负的责任

多年来,中国虽成功发射了一系列遥感卫星,但是受美国等西方国家对高级元器件出口的限制,长期以来,我国国产光学卫星遥感影像的直接定位精度太低,严重影响了遥感影像的应用效能,成为制约国产遥感卫星在国民经济和国防建设发挥重要作用的瓶颈问题。

李德仁、刘经南和龚健雅院士带领团队,围绕“高分辨率对地观测系统”、“中国第二代卫星导航系统”等国家科技重大需求,组织了从顶层设计、关键技术到核心算法的多层次攻关,主持论证了“资源三号”卫星系统参数及误差处理方案,建立了光学测绘卫星辐射几何一体化的仿真平台,突破了测绘卫星总体精度设计的难题;牵头建立了满足我国测绘卫星需求面积为9000平方公里的高精度几何检校场,构建了我国最高精度的卫星严密成像模型和有理函数模型,突破了航天摄影测量的一整套核心技术,将我国卫星遥感影像的直接定位精度从300多米提高到10米以内,为实现我国由遥感大国向遥感强国的转变做出了杰出贡献。

刘经南院士率先提出了建立广域差分GPS系统以对抗美国技术限制的思想,创造性提出了分布式广域差分技术,参与制订了中国北斗一代广域增强GPS系统建设方案,在深圳建设了全国首个连续运行卫星定位服务统,并在全国20余省推广应用。在此研究基础上,团队进一步提出了多地面站、低轨卫星与GNSS卫星联合处理方法,将卫星定轨精度提高到2-3厘米,达到美国JPL等国际顶尖实验室同等精度水平。研制的精密定轨软件已作为业务化运行软件服务于多种卫星,突破了发达技术封锁;还建立了卫星星群之间的相对力学模型,提出状态参数估计方法,进行卫星编队的相对定轨计算,使卫星编队的相对定轨精度达到1-2毫米,为我国发展分布式SAR和InSAR以及重力卫星奠定了精密定轨的理论和技术基础。

今天,中国北斗“武汉军团”已经成功夺得面向全球招标的中泰北斗项目,中国北斗产业由此正式迈出国门,并将在国家“一带一路”战略中发挥重大作用。

李建成院士提出了现代测绘基准建设的技术方案和实现方法;集成似大地水准面精化、精密单点定位、新一代数字摄影测量等多种技术,在国内首次建立了不依赖地面控制点的高精度快速摄影测量生产体系;首次在我国建立了应急测绘集成技术体系和测绘信息应急服务系统。成果在全国多个城市、省级现代测绘基准建设中得到广泛应用,并推广用于西部测图、第二次全国土地调查等国家重大专项工程。该项目成果应用于汶川、玉树地震后,生产效率较传统作业提高了5—50倍,不仅满足了灾情评估和重建规划需要,也在行业的科技进步中发挥了重要作用

“大道首为公”,回首60年发展,学科始终与国家富强、民族振兴和行业科技进步同呼吸、共命运。服务国家,解决经济社会发展中的重大问题,为行业的科技进步服务是几代学科人的共识和追求的目标,也成为学科文化的重要的内涵之一,这一文化传统不仅凸显了几代测绘学科人爱国奉献,振兴国家和民族的责任,也是学科经受60年风雨,生生不息、阔步前行的重要原因和强大动力。

三、交叉融合,引领学科体系不断完善和发展

传统的测绘学科是一门几何学科,60年来,学科通过持续不断的理论创新,集成创新和交叉融合,不断探索和完善学科理论体系,推动传统的测绘学科逐渐发展成为以数字化、自动化和信息化为特征的新型地理空间信息学科,王之卓院士认为:“地理空间信息学就是当代测绘学”。

由于人类面临的重大问题如环境、资源、灾害等问题本身都有高度的综合性,单一学科的理论、方法、技术已经难以解决当代人类面临的重大问题,需要利用多学科的理论、方法和技术的交叉互补、综合集成才能解决问题。夏坚白等老一辈学科带头人在建校初始就意识到这个问题。1958年,夏坚白就提出了测绘学科要向“光、机、电、测”一体化方向发展的指导思想,并领导学科执着地向这一目标努力。

进入新世纪以后,学科不断深化探索完善自身理论体系,解决学科领域的关键科学与技术问题。

一方面,创立了面向对象地理空间数据模型、全球无缝多级格网递归剖分、异构虚拟地球协同服务、空间数据挖掘等一系列新理论、方法和我国地理信息网络服务标准体系,逐步建立了地球空间信息学的理论框架与技术体系。

另一方面,积极吸收世界高新技术的最新成果,研究向相关领域交叉渗透和跨界拓展,与大数据、云计算、移动互联、现代通信、电子信息、航空航天、地球科学、空间科学、AR/VR、无人机、机器人、激光等现代高技术交叉融合,并产生了一系列新兴的学科生长点

第三,交叉融合促进了相关学科的快速发展,通过交叉融合,相互支撑、良性互动,测绘学科辐射带动了一批相关学科的快速发展,武汉大学地球物理学科已经在全国学科排名第一,地理学学科也跃升全国排名第四。

第四、实质性的科研合作和共同组建科研实体,有力地促进交叉融合和学科水平的快速提升。近年来,测绘学科与国内外相关单位共同组建科研平台开展联合科研,“2011工程”地球空间信息协同创新平台就是武汉大学测绘学科牵头,联合清华大学、中国空间技术研究院等单位共同组建的,已经取得了令人瞩目的成果;学科还积极寻求国际合作渠道,开展实质性合作研究,如中国国家科技部与欧洲空间局(ESA)合作的“龙计划”、与瑞士苏黎世联邦理工大学的国际合作项目“瑞士城市三维建模”等一批合作科研项目都取得实质性的进展。

围绕国家重大战略和全球共同关心的问题,开展多学科联合科研,多学科思维方式的碰撞、多学科的文化交融、多学科方法技术互补和移植,不同的思维方式和学术观点通过交流,这些合作研究不仅能满足测绘学科发展的需要,推动学科不断发展壮大,同时交叉融合也为合作学科提供互利共赢的发展机遇。

展望未来发展,学科大师们一致认为:学科未来发展需要进一步的跨学科、跨领域的交叉融合,刘经南院士为未来学科未来跨界交叉融合描绘了一幅蓝图:“在新的时代背景下,测绘学要结合‘互联网+’和物联网感知技术,为建立新一代的适应智能感知与控制需求的网络——信息物理系统(即工业互联网CPS)做出自己的原创性贡献,要在国家和全球建立起天空地、室内外一体化的遥感信息、位置信息、环境资源信息系统,打造地球空间信息智能感知网络”。学科未来研究“需要让化学学科、数学学科、物理学科、生命学科等基础学科参与进来,共同探索量子光学遥感、量子导航、量子意识和外太空星际航行等新兴领域。”

四、学术传承,形成“五代传承”“四代同堂”的学术沃土

1956年我国第二次高校院系调整,在武汉珞珈山下汇聚了几乎全中国测绘学科的精英。追求卓越的崇高理想,不懈创新、勇攀高峰的坚定意志,严谨求实、一丝不苟的科学文化,不仅创造了一个又一个让世界瞩目的高水平成果,也激励着一代又一代测绘学人攻坚克难,向着世界一流迈进。

高度重视学术传承、以学术文化吸引人才和开展团队建设,武汉大学测绘学科形成了“五代传承”、“四世同堂”的团队建设格局,形成了一支交叉综合、结构合理的学术团队。

学科创建伊始,以夏坚白(曾任同济大学校长、一级教授)、王之卓(曾任交通大学校长、一级教授)、陈永龄(一级教授)、金通尹(曾任北洋大学校长、一级教授、)叶雪安(一级教授)为代表的精英,成为学科的第一代学科带头人,包括30多位正副教授的学术团队,成为学科高起点发展的“基因优势”。

夏坚白从70年代初就跟踪当时最前沿的卫星大地测量,为我国卫星大地测量研究迅速达到国际前沿奠定了坚实的基础;王之卓在摄影测量与遥感领域功勋卓著,被誉为“中国航测之父;金通尹开一代新风,奠定学科“大道首为公”的治学精神,叶雪安以学术理论研究的突出成就,成为中国现代测绘教育和科技发展的开拓者和奠基人之一。

这些学科奠基人不仅学术成果卓著,还培养了一批杰出的后继人才,陈俊勇、刘先林、宁津生、李德仁、刘经南、张祖勋先后当选中国科学院、中国工程院院士,成为学科的第二代学科带头人。

2011年龚健雅、李建成分别单选为中国科学院院士、中国工程院院士,校友郭仁忠当选中国工程院院士,以他们为代表的学术骨干成为学科第三代带头人。

在优良学科文化引导下,交叉融合、朝气蓬勃、勇于创新,一批青年骨干取得一批在国内外有重大影响的成果,一些人成为杰青、长江、万人计划获得者,他们成为第四代学科带头人。

近年来,一大批多学科的青年学者进入团队,他们迅速成长起来,在国内外崭露头角,成为学科发展的第五代人才。

学科目前有中国科学院院士2人,中国工程院院士5人,国际欧亚科学院院士3人,国家杰出青年基金获得者6人,长江学者特聘教授11人,国家教学名师2人,国家百千万人才工程人选9人,中组部千人计划入选者8人,青年千人4人,国家科技部创新领军人才3人,教育部新世纪人才22人等和一大批多学科青年骨干组成的能够承担科学前沿研究和国家重大战略项目的高水平团队。

五、面向世界,成就一流学科的国际地位

开放的国际视野、紧密跟踪国际前沿,实质性的国际合作,产生国际一流的科技成果,才能真正得到国际同行的认可。

几十年来,学科积极探索新型国际化合作机制,通过国际化师资队伍建设、国际化人才培养、合作国际科研和建立联合研究平台等途径,全面、系统、可持续地推进学科的国际交流与合作,使学科国际交流的内涵从初级阶段的派出学习、访问发展到实质性的科研和人才培养合作,显著提升了学科的国际的核心竞争力。

学科与德国慕尼黑工业大学等大学达成人才培养协议,双方建立了学分互认,可同时获得两所大学双硕士学位的培养机制。

与国际同行合作建立的“诗琳通地球空间信息科学国际研究中心”武汉大学-徕卡摄影测量与遥感联合研究中心、武汉大学-Oracle空间数据库创新研究中心、武汉大学地学计算与分析国际联合研究中心、武汉大学-代尔夫特理工大学地球空间信息科学联合研究中心、中新环境智能计算技术研究中心等一批国际联合研究基地。

同时,合作设立的中国国家科技部与欧洲空间局(ESA)合作的“龙计划”国际合作项目“瑞士城市三维建模”、“中美空间智能分析研究”、与微软亚洲研究院开展空间信息研究、中国-爱尔兰“面向对象的高分辨率遥感卫星影像的城市目标识别”科技合作研究项目、“集成虚拟地球和网络服务技术国际摄影测量与遥感学会科学研究项目等都获得实质性进展。

已经实施了3期三维中欧“龙计划”合作项目成果丰硕,荣获2013年度中华人民共和国国际科学技术合作奖。“龙计划”四期研究计划已经确定,将涵盖城市化、大气、农业等8个领域框架下的27个合作项目,为期4年。双方将在前三期合作的成果上,扩展合作研究内容,重点面向欧洲和中国最新发射和将要发射的卫星数据,继续在地球观测应用研究、技术培训、学术交流和数据共享等方面开展深入合作。

世界银行聘请的澳大利亚昆士兰技术大学的库比克教授到中国访问以后在给世界银行的评价报告中说:“武汉大学的摄影测量与遥感专业可以与世界上第一流大学的相应专业,如:美国加州大学、缅因州大学、荷兰德耳夫特大学和德国斯图加特大学相媲美。”

瑞士苏黎世理工大学格林教授在访问中国时就说:“中国与美国、德国是当今世界航测与遥感界的三个超级大国”。

美国摄影测量与遥感学会前主席莫伦教授和奥地利维也纳工业大学前校长克劳斯教授在访问中国后都说:“真羡慕你们做了我们想做而不敢做的事情。”

时任国际摄影测量与遥感学会主席的日本东京大学村井俊治教授在杂志上著文称赞,“测绘科大在航测的理论技术上如数字影像匹配和在遥感与GIS中应用、数学形态学等要比我们日本强得多”。

随着学科国际合作交流的深入,外国同行专家对武汉大学测绘学科的认识也逐渐从欣赏、赞美和羡慕到对学科“最具影响力”的“全球领袖”地位的一致认同。

秉承严谨求实、团结奋进优良校风,形成追求卓越,不断创新、服务国家、传承包容的文化沃土,60年前的强强联合、精英荟萃奠定的基因优势,武汉大学测绘学科的教育、科技成就得了国内外的一致认可,被世界同行誉为“世界测绘之都”,并获得“地理空间信息全球领袖奖”,学科正以坚定、自信的姿态屹立在国际舞台上,引领世界地理空间信息学科的快速发展,也为创建世界一流学科和世界一流大学不断做出自己的贡献。(