唐新明:“资源三号”追梦人

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□采访/撰稿 本刊记者 沈峰


【人物名片】唐新明,国家测绘地理信息局卫星测绘应用中心副主任,资源三号卫星工程应用系统总设计师,国家科学技术进步奖获得者。

 


       唐新明可以稍微松口气了,两个月前,“资源三号”03星可行性评估工作已经基本完成。然而,他并没有闲下来,每天仍然有各种大大小小的项目会议等着他。“十几年来都是如此,开完这个会,别的事情又来了。”


       5年前,唐新明和他的同事在轨道高度500公里的距离上对地球“画”出了精准的坐标,并且创造了平面精度优于3米、高程精度优于2米的业绩,实现我国民用高分辨率立体测图卫星“零的突破”。如今,03星将在2020年发射,04星也正在准备中,将全球长期提供2米分辨率立体影像。


       如果把“资源三号”比作测绘人的“卫星梦”,那么唐新明在这个梦上跑了13年。时光荏苒,从17岁的“年少轻狂”到51岁的“两鬓斑白”,在追梦的道路上,唐新明仍要继续前行。


事与愿违


       在卫星测绘领域,唐新明是权威专家,科研生涯屡获各种大奖。但他求学时却经历了一段选专业的“事与愿违”。


       在上世纪八十年代,国家各个领域的建设需要大量人才,大学生仿佛是“天之骄子。”1983年的大学开学季,不满17岁的唐新明踏上了从家乡江苏南通开往南京的火车。火车上,唐新明拿出南京大学的录取通知书,呆呆地看着“地图学与地理信息系统”十个字,默然不语,丝毫没有“天之骄子”的欢欣雀跃。“填志愿时,我很想学医,但当时老师说南京大学不错,就这样稀里糊涂上了。”


       在南大的头两年,唐新明一直抵触这个陌生的专业,专业课也不认真,散发着青葱少年特有的执拗和任性。直到1985年,南京大学地理系采购了若干台计算机,开设计算机辅助制图课程。当第一次抚摸计算机时,他就认准“这是我的菜”。从大三开始,他抛开负面情绪,开始学习计算机语言,摸索计算机制图软件,一股脑儿地扎进了计算机的世界。渐渐地,唐新明感知到了GIS的魅力,“原来计算机可以画出祖国的高山大川和涓涓细流,这比传统手工制图好玩多了。”凭借着这股热情,唐新明对测绘的专业课也上心了,大学后两年把地理信息知识重新做了梳理和消化,形成了自己的知识体系,为之后出国深造打下了坚实基础。


       1987年本科顺利毕业后,唐新明被分配到中国测绘科学研究院。由于工作成绩突出,唐新明获得了公派留学的机会,前往荷兰国际地理信息科学和对地观测学院攻读硕士学位。硕士期间,唐新明跟随欧盟项目组开展了在安哥拉危险地雷区利用遥感技术进行探雷研究,这个项目让他对遥感有了更加深刻的感悟。


       1998年唐新明成功获得硕士学位,然而这一年国内长江发生全流域性大洪水,给人们带来惨重的损失。唐新明听闻此讯,心系洪灾,决定回国,在国家基础地理信息中心任职。由他具体实施的“全国七大江河流域重点防范区1:1万数字高程模型数据库DEM项目”为全国七大江河流域提供了精度可靠、准确度高的基础性地形数据。唐新明没有想到,这个项目的完成弥补了读博的遗憾。2000年他再度留学荷兰,4年后获得荷兰Twente大学地理信息科学和计算机应用博士学位。


        回顾唐新明的求学经历,17岁时的“事与愿违”是一场美丽的意外,“谁没有年少轻狂的时候?”


“又读了个博士”


       从荷兰读博后,唐新明放弃了国外好的发展机会,立志回国。不久,国家测绘局(后更名为国家测绘地理信息局)成立了地理信息工程重点实验室。唐新明任该实验室常务副主任,为海岛礁等重大工程项目做技术准备工作。看到国家没有数据源,需要花费高价购买国外卫星数据的现实后,唐新明感到“很憋屈”,非常渴望“国家有自己的测绘卫星。”彼时,国家测绘地理信息局开始谋划我国首颗民用测绘卫星——“资源三号”。


       具备丰富地理信息科研经验的唐新明,成为了“资源三号”卫星工程应用系统总设计师,从头至尾参加了这一工程的建设。从2004年开始筹备到2008年国务院正式立项,这四年的工程立项论证期“非常困难”,他笑言,“做完这个,自己仿佛又读了个博士”。即便如此,唐新明认真分析国内外测绘卫星发展现状,指出国家对高分辨率测绘卫星的强烈需求,主持撰写“资源三号”项目建议书。“我们项目建议书写了170多页,可以说是作为一种范本,把问题、需求、路线、目标、结论都说得比较明确,并且项目的可行性设计做得非常细致,获得了发改委的高度评价。”


       2005年1月8日,卫星测绘论证组成立。摆在唐新明面前的头等大事是测绘卫星各项指标的确定。由于国外相关卫星指标文件是保密的,唐新明无法参考,而国内以往的类似文件仅两三页,只对卫星定位精度、分辨率、波段等大指标作了规定,而这些大指标并不能保证实现总体指标,满足测绘精度要求。“一切都是从零开始。”唐新明根据既有资料对各项指标进行细化,分解到每个状态及厂区,主导撰写“卫星研制总要求”纲领性文件,总篇幅达到30多页,经过多次修改后精简至17页。“这份研制总要求是我国卫星发展有史以来指标规定最细的文件。”


       “资源三号”卫星要做到1:50000测图,卫星高程精度必须达到5米,平面精度达到25米。但是当时我国的卫星的高程精度在一公里左右,与这一指标要求差距很大,“当时我们谁都没有底。”面对前所未有的困难,唐新明没有慌,沉着应对。在院士专家的领导下,他带领团队将这一指标分解到定轨、姿态、相机等部分,分解包括理论计算和模拟两方面。完成理论计算后,他们利用其他卫星影像或航空影像模拟设计指标,并在国产的立体测图仪上测图。模拟指标与理论指标达到基本一致,这让唐新明心里有了底。


       2012年1月9日,01星在太原卫星发射中心腾空而起,中国民用高分辨率立体测图卫星实现了“零的突破”;4年后,02星与01星相会浩瀚太空,共同组成我国自主民用立体测绘双星组网运行,让我国从测绘大国加速向测绘强国迈进。唐新明难掩内心的喜悦:“我们之前大量的工作没有白费,高精度立体才是这颗卫星的核心和灵魂。如果说海外博士证明了中国人的科研水平,那么‘资源三号’证明了我们中国人测绘卫星的工程能力。”


多年奋斗,白了少年头


       两颗测绘卫星成功发射升空,唐新明的任务却没有结束。卫星升空后,因振动和失重等原因导致卫星参数发生变化,需要对卫星进行在轨几何检校。唐新明主要负责技术,要从头到尾摸索,倍感压力大。加班加点对他来说更是常事,“如果休息多了,反而觉得不正常。”这些年的心力交瘁,让他“头发全干白了。”


       尽管没有做过地面几何检校,唐新明“心里还是有底的”。他设计了好几套办法分组摸索,然后进行比较分析,确定最合适的方案。他们为建立属于自己的卫星成像模型、选定检校场、测相机几何畸变等都花费了很长时间,对如何检校更是做了几千次验证。“其实所有的卫星都需要检校,如果地面检校等方面没有保障,卫星做得再好也不一定行。就‘资源三号’卫星而言,如果拿到原始的数据去测图,就只有几百米的精度,如果经过地面几何检校后,就可以达到预期精度指标。而且卫星在轨运行时,其参数一直有些变化,包括大的规律上的异常,因此要定期对卫星进行地面检校。”


       整个系统涉及数千项技术参数,任何一个参数的变化都会导致误差。比如卫星的指向偏了0.1度,地面精度就会影响一公里多。也就是说“天上发生这么一点微小的偏差,中南海在地图上的位置就要到西单了。”为了减小误差,唐新明在卫星的轨道、姿态、相机畸变等技术参数上没少费心,同时通过对影响测图精度和其他在轨卫星指标进行系统综合性分析,找出产生几何偏差的原因,获取偏差定量结果。“卫星工程建设过程中最难的事情不在于卫星相关指标误差有多大,而是不知道问题出在哪里。一个很小的问题没有处理好,都可能影响卫星的精度,甚至导致事情做不成。”


       唐新明力求在误差检查上做到滴水不漏,但后来还是出现了问题。01星入轨后从大连上空传回影像时,大连地区高程精度误差达60多米。为了找出问题,唐新明睡不着觉,制作立体影像图到凌晨五点多。唐新明所在的应用中心经过一个问题接一个问题地排查,最后发现误差是因为应用部门设置的一个参数与卫星还没有完全磨合好,经过与研制方沟通将问题解决后,卫星精度就准确了,现在卫星高程精度达到了2-3米。经过这次的教训,唐新明直到现在都依然坚持查看卫星的细枝末节。


       历经千辛万苦研制“资源三号”系列卫星,唐新明道出了多年来科研攻关的体会。第一,做事要持之以恒,看准的目标要坚持到底。“因为卫星的立项过程、论证过程以及研制过程都很困难,特别是立项,当时跑发改委、财政部、科工局、部队,跟他们一起商量这事。你要是在当时放弃的话,就没有这颗卫星了。”第二,对细节要精益求精。“卫星的精度都是分析验证出来的,不是大家说多少就是多少。对影响卫星精度的每一个细节都必须深入探讨,要有结论,更要有支持你结论的依据。”第三,做工程化应用的科研。“这也是一种科研,但要采用工程化的设计思路来做,这种科研一定要转化为生产力,就是转化为实际应用,业务化运行的能力。”


       在2013年度国家科学技术奖励大会上,唐新明作为团队代表,在北京人民大会堂领取了国家科技进步一等奖证书,面对采访,他说:“要把资源三号做成中国的品牌,做成中国在国际上的一张名片。”4年后出席地理信息开发者大会时,唐新明没有西装革履,身上依然穿着平时工作的那件浅蓝色条纹衬衫,衬衫口袋里别着一支他常用的白色签字笔。当他结束“资源三号”主题演讲时,现场掌声不断。