作者:李思辉, 朱勇进, 丘剑山 来源:中国科学报 发布时间:2024/3/23 16:53:33
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张祖勋院士:打破国际垄断的大地“摄影师”

 

最近,武汉大学一位老科学家的故事在湖北引发关注。这位80多岁的大地“摄影师”,在测绘遥感领域深耕60多年,推动中国数字化影像测绘技术,从零起步,走向国际领先。这位老科学家就是中国工程院院士张祖勋。

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张祖勋院士。湖北省科技厅供图

推出中国首个全数字化自动测图设备

张祖勋钻研摄影测量60多年,执着于摄影测量与遥感领域研究。为打破国际技术垄断,他和团队14年艰辛探索,推出中国首个全数字化自动测图设备,不仅填补了国内科技领域空白,还取得了世界瞩目的成就,令国际同行刮目相看。

谈及摄影测量与遥感技术,1955年刚考入大学时,张祖勋甚至连“测量”是什么都不知道。“当时就看到有个反光镜,两张照片放在底下,哇,这个山就全部高起来了。我说这里大概还有学问,就这样我选择了摄影测量。”张祖勋告诉记者。

20世纪70年代,中国的测绘事业艰难起步。1976年,张祖勋被派往瑞士最先进的航测仪器厂学习。“我们去瑞士就像‘刘姥姥进大观园’。”也就在那个时候,他认识到了中外之间的科技差距。从此张祖勋下定决心,要让中国的测绘遥感技术在国际上有一席之地。

1978年,张祖勋的老师王之卓先生提出,中国摄影测量要走全数字化自动测图之路。当时,国内外大多认为“胶片是影像最好的信息载体”,影像“数字化”理论显得不可思议或为时太早。

张祖勋认为老师的想法很有挑战性,值得为之一搏。作为王之卓的得力助手,张祖勋主动承担起这个课题的攻关重任,从零开始,向前“爬”。

“当时肩扛手提仪器搞测量,就像小米加步枪。”课题组购买了当时世界上最先进的影像数字化器、计算机。“说是先进,计算机内存仅64K,也没有图像显示器,无法直观看到图像处理结果,效率极其低下。”张祖勋说,一张图片的大小是125MB,计算机配置简直不在一个量级上。

另外,当时的计算机没有显示器,搞图像处理只能摸黑。例如核线排列,现在学生的课间实习就能做,很简单。那时没有显示器,只能用打印机打出来,看看两条核线是否排得一致。这一项动作就花了团队4个月到半年的时间,难度很大。

前后历经14年时间,课题组终于研制出中国首个全数字化自动测图设备,用计算机代替传统的测量仪器,用计算机影像自动匹配代替人眼观测,实现测图自动化。全数字化自动测图是摄影测量从理论到实践的彻底革命,整个测绘界为之震动。

这项成果于1993年获国家自然科学二等奖,在国际上被誉为“羽翼丰满、具有很多创新点、参与全球竞争的产品”。 如今,全数字化自动测图系统VirtuoZo远销英美等发达国家,无人机测绘更是创利20多亿元。

此后,张祖勋经常带着研究生用无人机丈量山河大地。在金沙江白格滑坡,他监测高山峡谷区的每一道裂缝,有效进行地质灾害预警;在汶川地震发生后,他率领团队用最新技术制作出震区首个数字地面模型和正射影像图,为抗震救灾部署起到至关重要的作用;在陡直的峭壁间,他力争还原山西悬空寺古建筑细节,为文物保护出谋划策……

创新第三种摄影测量方式

多年来,张祖勋带领团队,努力克服遇到的一个又一个难题。

在长江三峡有一块危岩,叫做“箭穿洞”。在这个三峡库区1:2000的正射影像图上面,这个“箭穿洞”就剩下这一个点,但它实际是有一块高200多米的危岩,可是在地图上没有任何信息。

要加固危岩,就需要掌握滑坡和危岩的数据,如何获取数据?在当时,地质考察人员不得不利用攀岩的办法来实现,下面就是长江,整个过程非常危险。

因此,张祖勋团队打破固有思维,在二维对地正射影像、三维倾斜摄影之外,找到第三种摄影测量方式——贴近摄影测量。

贴近摄影测量是面向目标的摄影测量,它以物体的面为摄影对象,针对三维空间任意坡度、坡向的面进行摄影。

历经两年多的时间,贴近摄影测量越来越完善,应用面也越来越广,具有可高度还原地表和物体精细结构的特点,也可应用于城市精细重建、古建筑重建、水利工程监测等方面。

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张祖勋院士在指导学生。湖北省科技厅供图

捐款百万元奖励年轻教师

谈及从科研追梦人到科研带路人,张祖勋将毕生成就归功于“遇到一位好老师”。他认为科学发展在于人才的接力、教育的传承。

张祖勋作为大学教师,始终不忘师者的传道使命,一次次理论的革新、一项项原创算法、一个个反复试错后的优化方案,都聚沙成塔凝结在《数字摄影测量》教材里。这本里程碑式的教材惠及数十万人,对培养专业人才产生了巨大的作用。

60多年科研教育生涯,张祖勋的身边人才济济,少长咸集。如今,他把手中的接力棒传给更年轻的教师。

为了鼓励年轻教师,2017年,张祖勋向武汉大学遥感信息工程学院捐赠100万元,倡议设立“教书育人奖”,鼓励在教学一线辛勤耕耘,深受学生爱戴的优秀教师。

2021年,张祖勋获得一个行业大奖——“杰出教学奖”。随后,他再次将100万元奖金全部捐给武汉大学遥感信息工程学院,用于充实学院“教书育人奖”。

“用杰出教学奖的奖金,去奖励年轻一辈教学出色的教师,再适合不过了。”张祖勋笑着说。

时光荏苒,科研报国已经一甲子,张祖勋依然怀揣梦想。“我们现在还在做梦,把摄影测量跟遥感、几何和物理能够把它结合得更紧,用计算机来代替人力。”

 
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