擦亮“东方慧眼”——国家最高科学技术奖获得者李德仁谈智能遥感卫星与应用

日期:2024/7/10 14:34:52 作者: 浏览次数:63 分享:

6月30日,中国科技馆一层报告厅座无虚席。几天前刚获得2023年度国家最高科学技术奖的中国科学院、中国工程院院士李德仁,在这里作了一场关于智能遥感卫星的学术报告。

测绘遥感,这是李德仁院士半个多世纪科研生涯里永不停歇的探索领域。

这位国际著名摄影测量与遥感学家,几十年来一直致力于提升我国测绘遥感对地观测水平。他攻克卫星遥感全球高精度定位及测图核心技术,解决了遥感卫星影像高精度处理的系列难题,带领团队研发全自动高精度航空与地面测量系统,为我国高精度高分辨率对地观测体系建设作出了杰出贡献。

耄耋之年,李德仁没有放缓探索的脚步,而是坚定地迈向了天地互联的智能遥感卫星与应用。

近年来,他带领团队推进通导遥一体化的“东方慧眼”智能遥感星座建设。“要把天上的大数据经过人工智能处理,变成小数据送到用户的手机上,实现全球范围遥感数据从获取到终端应用的分钟级遥感信息快、准、灵服务。”李德仁信心满满。

从有到好

我国遥感卫星实现跨越式发展

“坐地日行八万里,巡天遥看一千河。”借助遥感卫星,地球上巍峨的高山、秀丽的江河和葱郁的丛林一一展现在人们眼前。如今,遥感卫星正在越来越多地在国防、资源调查、应急响应等领域扮演重要角色。

1957年,第一颗人造卫星成功发射,标志着人类进入太空时代。1999年,美国发射IKONOS卫星,开启了商业高分辨率遥感时代。截至2021年年底,全球遥感卫星在轨数量达到了1192颗,已初步形成了面向不同需求、不同任务的多层次空间对地观测系统。全球遥感卫星正在不断向更高、更多、更小、更短、更稳、更准方向发展。

我国遥感卫星的关键零部件和关键技术一直受到国外封锁,起步之初就已经晚于西方数十年。自主自立自强,贯穿了我国遥感事业的整个发展历程。

2003年,李德仁牵头提出建议,2010年,经国务院批准,高分辨率对地观测系统重大专项全面启动实施。李德仁作为高分专项专家委员会副主任和专项副总师,领导参与了该专项的顶层设计,并带领团队开展了高精度数据处理技术攻关,经过10年建设,实现了我国遥感卫星系统的自主可控。

2014年10月,李德仁等向国家提出建议,认为国家可考虑允许民营资本进入航天,允许民营资本发射卫星。一个月后,国务院首个支持商业航天发展的政策《国务院关于创新重点领域投融资机制鼓励社会投资的指导意见》出台,明确鼓励民间资本进入卫星研制、发射、运营等整个产业链。不到10年,我国商业航天卫星已达200多颗。

“现在我们的商业遥感卫星高景二号、北京三号等分辨率达到0.3到0.5米,赶上了西方国家的水平。”回顾遥感卫星的发展历程,李德仁说,“过去10年,我国遥感卫星实现了从有到好的跨越式发展,逐步实现了业务化、商业化和向国际出口。”

6月30日,李德仁院士在中国科技馆作学术报告。中国科技馆供图

天地互联

构建通导遥一体化天基信息实时服务系统

有了自主可控的卫星遥感系统,高效率、低成本、稳定化获取并使用数据是促进遥感产业快速发展的关键。

李德仁清醒地看到我国遥感卫星存在的问题。“通信、导航、遥感卫星系统各成体系,军民系统孤立、信息分离、服务滞后。”他指出,我国现有的通信、导航、遥感卫星系统各自发展,无法为空天信息服务提供一体化平台,无法支持任务更新与扩展,也无法实现实时的服务模式。

“通信是信息的传输,导航是确定位置,遥感是发现变化。系统分开,问题就出来了。”李德仁举了一个例子:海军在索马里护航,卫星拍到海盗的位置后,必须等到卫星转到中国上空,这个数据才能下载下来,再在地面进行处理解译。这时时间已经过去4到8个小时,目标早已不在那个位置了。

为解决这些问题,建设通信、导航、遥感集成的低成本星座系统成为国际上的潮流。由美国SpaceX公司推动的卫星网络星链计划旨在建立一个庞大的卫星星座,实现全球宽带互联网覆盖。

李德仁则独辟蹊径,带领团队探索通导遥一体化天基信息实时服务系统的理论和技术——通过天地通导遥一体化、在轨实时处理和人工智能等技术,实时将处理结果传回到用户终端,改变传统的遥感卫星事后服务模式,变成实时智能服务。

“把人工智能送上天,数据在天上处理,在天上定位置,然后统一运行传到地面来。遥感卫星收到的数据通过通用卫星微处理中心运行再传输到手机,只需要1至5分钟。”他说。

5月13日,李德仁在武汉大学的办公室里。新华社记者 熊琦 摄

李德仁表示,在万物互联时代,要抓紧建设基于天地互联网的天基信息实时服务系统,推动遥感在各行业的应用。基于天空地通导遥一体化、在轨处理和人工智能,可构建天地互联网对地观测智能服务系统,对各行各业实现快、准、灵服务,造福人类社会。

“这是一项强军、富国、利民的事业。”对于通导遥一体化天基信息实时服务系统的发展前景,李德仁看得很准。他介绍,天基信息实时服务系统,可以实现卫星遥感、卫星导航、卫星通信与地面互联网的集成服务,支持用户任何地方、任何时候的信息获取,高精度定位授时与多媒体通信服务,形成完整的卫星制造、发射、应用产业链,开拓商业遥感的蓝海。

对于商业遥感卫星的发展,李德仁提出了五项原则:定位为国家军民遥感卫星系统的重要补充,以形成完整的军民遥感信息快准灵信息服务系统;遵照商业化运营的法则,讲质量、讲成本、讲效益,讲投入产出比,以保障可持续发展;坚持独立自主创新原则坚持通导遥一体化,实现一星多用、多星组网、天地融合、智能服务;抓好专业用户,并努力开拓大众用户;抓好商业遥感卫星产业联盟,并努力开拓万亿级国内和国际市场。

探索无止尽

从珞珈卫星到“东方慧眼”星座

今年5月21日12时15分,由武汉大学团队自主研制的珞珈三号科学试验卫星02星搭载快舟十一号运载火箭,在酒泉卫星发射中心成功升空,并顺利进入预定轨道。这是李德仁院士团队天地互联卫星版图上的又一颗新星。

为了验证天基信息实时服务技术的有效性,近年来,李德仁带领团队研制了珞珈系列科学试验卫星,从珞珈一号夜光遥感卫星、珞珈二号雷达卫星到珞珈三号智能遥感卫星,先后成功开展了轻小型化平台技术、低轨导航增强技术、雷达新体制成像、在轨实时处理和智能服务等相关试验,为通导遥一体化卫星星座系统建设奠定了重要基础。

每颗珞珈卫星各有“绝活”。对于它们的本领,李德仁信手拈来,如数家珍。

2018年6月2日,珞珈一号科学实验卫星01星在酒泉卫星发射中心成功发射入轨,它是世界上第一颗兼具遥感和导航功能的“一星多用”低轨微纳科学实验卫星。

李德仁展示了一张2018年珞珈一号通过夜光遥感相机拍到的武汉“夜景照”,道路和街区清晰可见。除了夜光遥感,该星还在国际上首次通过导航增强载荷,使用低轨卫星给中高轨运行的北斗卫星增强导航精度和收敛速度,为北斗卫星走向全球发展提供了支撑。

2023年5月发射的珞珈二号是全球首颗 Ka频段(更接近可见光的高频段)高分辨率 SAR(合成孔径雷达)科学实验卫星。“对全天候运动目标检测和跟踪是它的一大创新。”李德仁介绍。在洪水遥感观测中,它不仅能监测洪水淹没范围,还能实现洪水流场和堤防损毁溃口的监测。

珞珈三号01星的特点是“多模、智能、互联、开放”——首次搭载了具有面阵推扫、面阵推帧、视频凝视等多种成像模式的轻小型遥感相机,可依据用户不同需求提供单张图像数据、凝视视频数据、三维立体数据等多种类型的观测数据。“它创新性地打通了卫星与手机的双向联络,在手机上安装定制开发的智能 APP,就可以像玩微信一样玩卫星了。”李德仁介绍。

未来,珞珈系列卫星还将计划发射珞珈四号01星等卫星,实现对地球表面的全区域、全天候、全天时的生态环境动态监测。

“做了这些科学研究,证明了中国人有能力自力更生、独立自主地发展安全可用的卫星遥感。”李德仁说。

在历经珞珈系列卫星技术攻关后,李德仁团队有了更宏大的计划——建设空天信息全球实时智能监测网“东方慧眼”卫星星座。

2022年,武汉大学与山东省烟台市政府签署战略合作协议,共建“东方慧眼”智能遥感卫星星座计划,共同推进卫星遥感商业化。2023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,顺利实现业务化运行。

李德仁计划,到2030年,“东方慧眼”智能遥感星座发射252颗卫星,包括100颗雷达卫星、144颗高分辨率光学卫星、4颗高光谱卫星、4颗热红外卫星。这些卫星将形成一个“星网”,多角度对地遥感,实现“看得快、看得清、看得准、看得全、看得懂”的目标。

“珞珈系列卫星成功发射实现了多模、智能、实时和开放,使得卫星遥感从服务政府、服务行业拓展到服务大众。我们期待它的后续卫星‘东方慧眼’星座形成产业联盟,引领我国商业遥感卫星全球创新发展,创造新质生产力。”李德仁表示。

谈及获得国家最高科学技术奖,李德仁说,这不仅仅是他个人和团队的荣誉,也是对全国测绘地理信息行业的表彰和鞭策,是对他所代表的科技工作者过去为国家所做工作的认可,荣誉必将激励他们在未来为国家作出更大的贡献。

浩瀚的星空之上,“东方慧眼”熠熠生辉,人类的探索将永无止境。


(来源:自然资源部)