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记国家科技进步二等奖获得者张继贤

在1月10日召开的国家科技奖励大会上,由中国测绘科学研究院院长张继贤研究员领衔研制的机载多波段多极化干涉SAR测图系统,获得2013年度国家科技进步二等奖。张继贤已经在测绘科技战线上学习和研究整整30年,堪称现代测绘技术发展的见证者、实践者和开拓者。

  在1月10日召开的国家科技奖励大会上,由中国测绘科学研究院院长张继贤研究员领衔研制的机载多波段多极化干涉SAR测图系统,获得2013年度国家科技进步二等奖。

  从张继贤1984年进入武汉测绘科技大学学习摄影测量与遥感算起来,他已经在测绘科技战线上学习和研究整整30年,堪称现代测绘技术发展的见证者、实践者和开拓者。

  国外垄断 国内急需

  合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)是上世纪50年代提出并研制成功的一种微波遥感设备,也是微波遥感设备中发展最迅速和最有成效的传感器之一。作为一种主动式传感器,它不受光照和气候条件的限制,实现全天时、全天候对地观测,且具备透过地表和植被获取地表地形信息。这些特点使它在农业、林业、地质、环境、水文、海洋、灾害、测绘与军事领域的应用具有独特的优势,使得SAR受到世界各国政府的高度重视与大力支持。

  张继贤对记者说:“SAR作为对地观测技术体系的重要支撑之一,其优势不言而喻,有云不怕、有雾不怕,长期以来,SAR测图技术一直被公认为是国际上遥感领域的技术制高点,但是核心技术掌握在少数发达国家手中,我国由于受欧美发达国家在高精度雷达传感器出口方面的限制,SAR测图系统装备的发展严重滞后。

  我国33%国土常年云雾覆盖,传统光学影像难以获取。只有依靠SAR独特的全天时、全天候优势解决大面积的常年云雾、冰雪覆盖区域的测图。

  西部测图工程立项前,我国有200多万平方千米的1:5万比例尺地形图空白区,其中约有10%的面积常年云雾冰雪覆盖,难以获取满足测图要求的光学影像。面对国家重大工程“西部测图工程”的战略需求,亟待突破SAR测图核心技术,保障国家重大工程与战略的实施。此外,在灾情监测评估方面,急需利用机载SAR测图系统的机动灵活、高分辨率、高精度等优势,提高国家灾害应急能力。

  从遥感测图技术体系来看,我国光学测图技术体系发展相对成熟,但SAR测图技术体系在国内一直处于空白。为了完善我国测绘技术体系,面向国家重大工程与战略的需求,构建SAR测图技术体系迫在眉睫。

  十年攻关 创新不断

  “十一五”期间,为保障国家重大工程和战略的顺利实施,面向国家西部测图工程建设的实际需要,打破西方对我国的科技封锁,国家测绘地理信息局设立了重大测绘科技专项“机载多波段多极化干涉SAR测图系统”,并且得到财政部的大力支持。

  张继贤清醒地认识到,真正的新技术是买不来的,只要我们自己攻关、自主研制。刘先林院士曾说过,科研犹如在地狱中爬行。张继贤也深知创新从来就没有坦途。面对国际上的封锁和国内发展的迫切需求,张继贤带领他的团队,开始了长达十年艰苦卓绝的技术攻关。

  在张继贤的有力主持和周密组织下,机载多波段多极化干涉SAR测图系统由中国测绘科学研究院牵头,联合武汉大学、中国科学院、中国飞行试验研究院等国内多家优势单位,共同组建研发团队,打破了国外技术壁垒,从关键技术的攻关、软件平台的研发、硬件系统的集成,到试验飞行、数据处理,以及系统的推广应用等,成功研制了我国首个具有自主知识产权的机载多波段多极化干涉SAR测图系统,编制了SAR测图系列技术规定,形成了SAR测图技术方案和工艺流程,为国家培养了一支SAR测图专业技术队伍,显著提升了我国SAR遥感数据获取与处理能力。

  该系统由机载多波段多极化干涉SAR数据获取获取系统、SAR测图工作站、机载SAR数据预处理与分发系统3部分组成。成果填补了国内在该领域的空白,整体性能达到了国际先进水平,其中干涉测量与立体测量相结合的测图技术、基于距离共面的几何成像模型、多源DEM融合技术等达到了国际领先水平。其主要创新有:形成了我国首套自主知识产权的机载多波段多极化干涉SAR测图数据获取系统,填补了国内空白,整体性能达到国际同类先进水平,打破了发达国家对我国实施的技术封锁;研发了我国首套SAR测图工作站。它是国内外唯一能够综合利用极化、干涉、立体SAR技术实现测图与解译的SAR数据处理与分析系统,多项关键技术国际领先,结束了我国该领域长期依赖国外软件的历史;提出了全新的SAR影像距离—共面几何模型,实现了稀少控制点机/星载SAR区域网平差,解决了测绘困难地区控制点获取的难题;解决了地形复杂区域高精度高程信息提取、立体协同干涉SAR测图等方面的11项关键技术,促进了我国SAR测图技术进步;首次制定了1:5万SAR航空摄影及机/星载SAR测图等3项行业标准,建立了从SAR数据获取、数据处理与分发到测图生产的完整产业链,填补了我国SAR遥感测图生产的空白,完善了我国遥感测图生产技术体系。

  广泛应用 屡建殊功

  机载多波段多极化干涉SAR测图系统甫一出现,就立刻投入了西部测图工程,并得到了广泛应用,屡建殊功。

  张继贤说:“SAR技术体系的建立和测图系统的研发,从开始就是面向国家重大工程与战略需求,其应用情况好坏也是衡量系统研发成功与否的根本标志。”

  在西部测图工程的攻坚阶段,利用该系统飞行109个架次,获取了近11万平方千米的2.5米分辨率的SAR影像,其中30%架次为夜航,89%架次是在云雾和雨雪天气条件下完成的,首次完成了世界级测绘困难区域的青藏高原与横断山脉22万平方千米的1:5万测图任务,为西部测图工程的圆满完成发挥了重要支撑。正如张继贤所说:如果说没有大范围卫星影像测图技术,西部测图工程不可能在5年内完成;没有SAR测图系统,西部测图空白区就不能完全填补。

  近年来,通过公开招标,该系统成功中标国家基础测绘航摄项目,纳入国家基础测绘航摄体系,完成了四川若尔盖区域1:1万地形图测图任务。它还是927工程唯一中标的SAR测图系统,及时为玉树地震等重大自然灾害提供了应急保障,获党中央、国务院和中央军委表彰,广泛应用于国内外科研教学。

  目前,基于SAR测图系统的成功研发,建立SAR测图生产运行机制,在全国建立了4个生产基地,装备SAR的测图工作站100余套,实现了SAR数据获取、处理、分发为一体的测图生产产业链,形成了国家遥感测图技术新的产业增长点。

  系统开发成功并不意味着自主创新的结束。为了让其性能更高、威力更大、应用更加深入广泛,系统一直处在不断的升级改造中。从土地利用遥感动态监测到通用大型遥感测图业务平台ImageInfo,目前张继贤正在领导开展面向对象的高可信SAR系统的攻关,力求突破基于知识的SAR影像精准处理与解译等核心技术,形成一套能处理国内外航空航天SAR数据、功能齐全、具有海量影像数据管理和并行处理解译能力的面向对象的高可信SAR影像处理和解译系统。同时,通过对原有系统进行升级改造,使其最高分辨率从原有的0.5米提高到0.3米,作业模式从单极化干涉提升到全极化干涉,最大测图比例尺提高到1:5000。将开展微小型全极化SAR测图系统及其应急监测应用,形成服务于国家重大应用和应急监测保障的微小型SAR测图技术体系和装备能力。还计划在“十三五”期间开展SAR数据自动化、精准云处理技术和系统的研究和攻关,构建一个面向公众的SAR系统服务平台……

  “获奖自然是件高兴的事,但是我国与世界发达国家的技术水平差距尚未根本扭转,建设测绘强国依然任重道远。”面对记者,张继贤在乐观之中表现出不同寻常的冷静和深邃。他已经把目光投向永无止境的科技创新的新征程上,向着科技创新更加光明的明天奋力前行。(范俊劼)

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