巴黎奧運(yùn)期間，中國(guó)長(zhǎng)光衛(wèi)星官方賬號(hào)po出的一張塞納河衛(wèi)星圖，被眼尖的網(wǎng)友看出了很多重要細(xì)節(jié)，圖片的高精度、高分辨率令人振奮，它說(shuō)明中國(guó)已經(jīng)具備了從天上對(duì)地球任意一個(gè)角落實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的能力。這意味著什么，毋庸贅言。

      在中美戰(zhàn)略博弈和競(jìng)爭(zhēng)中，美國(guó)看得見(jiàn)，我們看不見(jiàn)，或者美國(guó)看得清，我們看不清，曾是長(zhǎng)期困擾中國(guó)的一個(gè)重大問(wèn)題。不謙虛地說(shuō)，這個(gè)問(wèn)題現(xiàn)在已經(jīng)基本得到解決。中國(guó)建立了完整的遙感觀測(cè)體系，技術(shù)和能力的快速提升，正在讓中國(guó)曾經(jīng)的巨大劣勢(shì)逐漸變成優(yōu)勢(shì)。

      這里必須提到一個(gè)人，85歲的李德仁院士，他不久前剛榮獲2023年度國(guó)家最高科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)，他的故事，貫穿了中國(guó)遙感從無(wú)到有、由大到強(qiáng)的整個(gè)過(guò)程；“李德仁是一種方法”，見(jiàn)證了系統(tǒng)集成思維在科技領(lǐng)域的顯著應(yīng)用效果。

引子：偷看福建號(hào)的“鴿群”

今年5月2日，美國(guó)行星實(shí)驗(yàn)室（PlanetLabs）大名鼎鼎的“鴿群”星座，跑來(lái)圍觀中國(guó)第一艘超級(jí)航母“福建”艦在東海水域的試航。

Planet Labs“鴿群”衛(wèi)星拍攝的“福建”艦于5月2日試航情景

在上海海事局提前預(yù)告5月1日至5月9日試航，并劃定試航海域在長(zhǎng)江口以東100公里左右的一個(gè)矩形區(qū)域的情況下，美國(guó)衛(wèi)星交出這樣的成績(jī)單，只能說(shuō)勉強(qiáng)及格。

把咱的航母拍得這么小，啥也看不清，這也沒(méi)辦法，因?yàn)椤傍澣骸钡囊暳μ盍恕?

作為對(duì)比，我們來(lái)看看中國(guó)長(zhǎng)光衛(wèi)星“吉林一號(hào)”的照片。

8月11日，長(zhǎng)光衛(wèi)星官方賬號(hào)發(fā)布文章，po出一張7月29日的塞納河衛(wèi)星圖。

然后翻了翻小本本，發(fā)現(xiàn)2021年9月和2022年3月，塞納河的COD（與糞污排放強(qiáng)相關(guān)的水質(zhì)參數(shù)）監(jiān)測(cè)濃度確實(shí)曾經(jīng)嚴(yán)重超標(biāo)。

至于奧運(yùn)期間，塞納河水質(zhì)到底怎樣，長(zhǎng)光衛(wèi)星采取了“看破不說(shuō)破”的態(tài)度。

雖然多少讓人覺(jué)得到嘴不到肚吧，但是，很快有善于幀察的網(wǎng)友，關(guān)注到新聞背景中的細(xì)節(jié)。

“目前星座在軌衛(wèi)星108顆，可對(duì)全球任意地點(diǎn)實(shí)現(xiàn)每天35至37次重訪”。

“相當(dāng)于30分鐘就有一顆衛(wèi)星從上面經(jīng)過(guò)。現(xiàn)在是108顆，以后300顆的話，就是5分鐘能重訪一次。這就跟在天上實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)整個(gè)地球差不多了?！?

“航母最高航速50km每小時(shí)，能開(kāi)出去36km，也就是說(shuō)如果重訪圖片寬度72km，航母就開(kāi)不出圖外?！?

不得不為觀網(wǎng)網(wǎng)友們的專業(yè)度和敏感性點(diǎn)贊。

“吉林一號(hào)”2020年拍攝美軍諾?？撕＼娀氐恼掌?span>

衛(wèi)星遙感，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是用衛(wèi)星來(lái)看地球上的東西。

理想狀態(tài)當(dāng)然是用地球同步軌道衛(wèi)星來(lái)看，在3.6萬(wàn)公里的高空，一動(dòng)不動(dòng)，盡收眼底，想看哪看那。

但問(wèn)題是，實(shí)在太高了，眼神沒(méi)那么好，中國(guó)的高分四號(hào)的分辨率能做到可見(jiàn)光50米，中波紅外譜段400米，已經(jīng)是全球領(lǐng)先的水平，勉強(qiáng)可以看到航母和大型郵輪的輪廓吧。

怎么辦呢？離得近就看得清了嘛。

于是，低軌遙感衛(wèi)星就流行起來(lái)，在目前所有商業(yè)遙感衛(wèi)星中，近地軌道（LEO）遙感衛(wèi)星共1197顆，占比達(dá)到94.70%。

低軌雖然看得清，但是看得近，飛得快，地球那么大，沒(méi)辦法隨時(shí)隨地想看啥就看啥。怎么辦？那就通過(guò)多星組網(wǎng)的方式，通過(guò)接力來(lái)實(shí)現(xiàn)特定地區(qū)更高的重訪周期，這是“時(shí)間分辨率”的概念。

“鴿群”雖然視力不怎么樣，卻是目前藍(lán)星上時(shí)間分辨率最高的遙感星座，規(guī)模一般維持在230多顆，它的理念是消耗，低成本，犧牲部分性能，以量取勝，單星重量只有5公斤，壽命在6個(gè)月到3年。8月17號(hào)獵鷹9號(hào)的發(fā)射，剛剛又補(bǔ)了36顆。

“南海戰(zhàn)略態(tài)勢(shì)感知計(jì)劃”認(rèn)為，“鴿群”是美國(guó)通過(guò)“印太海域態(tài)勢(shì)感知伙伴關(guān)系計(jì)劃”在南海膈應(yīng)我們的主要技術(shù)手段之一。

但是現(xiàn)在，中國(guó)在這個(gè)方面的快速追趕，已經(jīng)讓“鴿群”越來(lái)越暗淡。

微納星空“泰景四號(hào)”合成孔徑雷達(dá)拍攝的美國(guó)航母

首先是前面提到的中國(guó)長(zhǎng)光衛(wèi)星“吉林一號(hào)”星座，在分辨率上最高達(dá)到0.5米，視力遠(yuǎn)超“鴿群”；數(shù)量上也在迅速追趕，目前有108顆，計(jì)劃到今年年底達(dá)到138顆，明年底要達(dá)到300顆；重量與成本上，早期單星可達(dá)420公斤，目前的高分06系列降到22公斤，單星成本從早期每顆千萬(wàn)元級(jí)降到目前的百萬(wàn)元級(jí)，分辨率仍然達(dá)到0.75米，堪稱“性價(jià)比之王”。

另一方面，也有中國(guó)公司在做極致“白菜化”，北京商業(yè)航天公司“零重力空間”的"靈鵲"星座，明確號(hào)稱對(duì)標(biāo)“鴿群”，其分辨率是4米級(jí)別，重量最低做到了單星7.3公斤，計(jì)劃在2025年完成132顆靈鵲一號(hào)、30顆靈鵲二號(hào)和4顆靈鵲三號(hào)衛(wèi)星的組網(wǎng)。

截止2023年5月的數(shù)據(jù)顯示，擁有商業(yè)遙感衛(wèi)星數(shù)量最多的國(guó)家是美國(guó)，共有504顆；排名第二的是中國(guó)，共有346顆，美國(guó)與中國(guó)的遙感衛(wèi)星數(shù)量占全球的比重接近七成，與身后的其他國(guó)家都已拉開(kāi)距離。

當(dāng)然，“鴿群”不是美國(guó)航天遙感力量的全部，遙感，也不是航天的全部，中美航天對(duì)比的整體態(tài)勢(shì)是什么？我們后面還會(huì)提到。

但在那之前，我們想先提一位老人。

“李德仁是一種方法”

2024年6月24日，2023年度國(guó)家最高科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)揭曉，85歲的李德仁院士憑借在地理信息科學(xué)領(lǐng)域的卓越貢獻(xiàn)獲此殊榮。

作為國(guó)際著名的測(cè)繪遙感學(xué)家，他在近40年的科研生涯中，致力于提升我國(guó)遙感對(duì)地觀測(cè)水平，此前，作為第一完成人，他已經(jīng)6次獲得國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)，為我國(guó)遙感從無(wú)到有、由大到強(qiáng)奮斗了大半生。

在李德仁的學(xué)生時(shí)代，他的起點(diǎn)就是不同凡響的。

把時(shí)鐘撥回1957年，時(shí)年18歲的李德仁考取武漢測(cè)繪學(xué)院，課余閱讀大量的測(cè)量與制圖的書刊之后，善于思考的李德仁常常會(huì)發(fā)現(xiàn)一些問(wèn)題，為了解惑，也為了辨明是非，1958年，他寫了4篇文章，闡述自己的觀點(diǎn)，對(duì)蘇聯(lián)和加拿大兩位教授的一些觀點(diǎn)提出質(zhì)疑。

這些文章輾轉(zhuǎn)來(lái)到王之卓院士手中，他是當(dāng)時(shí)學(xué)院的副院長(zhǎng)，是公認(rèn)的學(xué)術(shù)專家和權(quán)威，他看到文章興奮不已，拿著文章一一圈點(diǎn)，把李德仁叫到自己家中，告訴他，他的質(zhì)疑是對(duì)的，他的原理思想也很好，只是，當(dāng)時(shí)實(shí)現(xiàn)思想的硬件條件現(xiàn)在還不具備。

敢質(zhì)疑，只唯實(shí)的精神，是李德仁在學(xué)術(shù)和科研生涯起點(diǎn)就打下的一塊基石。

1982年，經(jīng)王之卓先生介紹，李德仁前往當(dāng)時(shí)全世界航測(cè)理論最先進(jìn)的西德留學(xué)，師從世界攝影測(cè)量領(lǐng)域領(lǐng)軍人物之一，阿克曼教授，在德國(guó)波恩大學(xué)進(jìn)修期間，他首創(chuàng)了從驗(yàn)后方差估計(jì)導(dǎo)出粗差定位的“選權(quán)迭代法”，這一方法被測(cè)量學(xué)界稱為“李德仁方法”。

這種方法能夠同時(shí)處理不同類型的誤差，包括粗差（明顯錯(cuò)誤的測(cè)量值）、系統(tǒng)誤差（由于測(cè)量系統(tǒng)本身的問(wèn)題導(dǎo)致的誤差）以及偶然誤差（隨機(jī)發(fā)生的小誤差）。通過(guò)這種方法，可以在不知道哪些數(shù)據(jù)存在問(wèn)題的情況下，逐步識(shí)別并糾正這些錯(cuò)誤，從而從海量的測(cè)量數(shù)據(jù)中提取出精確的地理信息。

隨后，他去到斯圖加特大學(xué)攻讀博士，期間，又把具體的“李德仁方法”進(jìn)一步上升為理論框架，創(chuàng)立了“誤差可區(qū)分性理論和系統(tǒng)誤差與粗差探測(cè)方法”。

這里，讓我們花一點(diǎn)時(shí)間，嘗試通俗地理解一下“李德仁方法”：

想象你正在努力組裝一幅大型拼圖，這個(gè)拼圖有成千上萬(wàn)片，代表著從衛(wèi)星或飛機(jī)拍攝的大量測(cè)量數(shù)據(jù)。你的任務(wù)是把這些拼圖準(zhǔn)確地拼在一起，形成一幅完整的地球表面圖像。但是問(wèn)題來(lái)了：有些拼圖片可能本來(lái)就是完全錯(cuò)的（這就是“粗差”），有些可能因?yàn)樯a(chǎn)過(guò)程中的小問(wèn)題而稍微變形（這就是“系統(tǒng)誤差”），還有一些可能因?yàn)楦鞣N原因稍微偏離了正確位置（這就是“偶然誤差”）。

現(xiàn)在，你要在不知道哪些拼圖片有問(wèn)題的情況下，找出并糾正這些錯(cuò)誤，同時(shí)還要盡可能準(zhǔn)確地完成拼圖。這就是當(dāng)時(shí)全球測(cè)量學(xué)家們長(zhǎng)期面臨的難題。

“李德仁方法”通過(guò)計(jì)算機(jī)，一步步解決這個(gè)復(fù)雜的問(wèn)題：

首先，它會(huì)概略地看一遍所有的拼圖片，找出那些明顯不對(duì)勁的部分（粗差檢測(cè)）。然后，它會(huì)仔細(xì)檢查每一片拼圖，看看是否有輕微的變形或系統(tǒng)性的偏差（系統(tǒng)誤差識(shí)別）。接著，它會(huì)考慮到所有拼圖片之間的關(guān)系，用數(shù)學(xué)方法計(jì)算出每一片應(yīng)該放在哪里（最優(yōu)估計(jì)）。最后，它會(huì)反復(fù)進(jìn)行這個(gè)過(guò)程，每次都變得更精確，直到找到最佳的拼圖方案。

“李德仁方法”的獨(dú)特之處在于，它能夠同時(shí)處理這些不同類型的誤差，而且可以在處理過(guò)程中不斷提高精度。這就像是一個(gè)超級(jí)玩家，不僅能糾正拼圖中的錯(cuò)誤，還能在拼圖過(guò)程中逐漸看清整幅圖像的樣子。

在現(xiàn)實(shí)世界中，它幫助科學(xué)家們從海量的測(cè)量數(shù)據(jù)中提取出精確的地理信息，為繪制精確的地圖、監(jiān)測(cè)地球變化等工作提供了強(qiáng)有力的工具。

隨著遙感技術(shù)和地理信息技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)數(shù)據(jù)精度的要求越來(lái)越高，“李德仁方法”作為一種先進(jìn)的數(shù)據(jù)處理技術(shù)理念，不但至今仍被廣泛使用，其重要性還在不斷增加。

從哲學(xué)角度來(lái)看，“李德仁方法”與系統(tǒng)集成思維密切相關(guān)。

系統(tǒng)思維和系統(tǒng)科學(xué)思想貫穿“中國(guó)航天之父”錢學(xué)森的一生，1954年，他寫下《工程控制論》，將系統(tǒng)科學(xué)的方法應(yīng)用于航天事業(yè)的實(shí)踐。這種思維強(qiáng)調(diào)整體性、關(guān)聯(lián)性和動(dòng)態(tài)性，認(rèn)為系統(tǒng)內(nèi)各部分之間存在著相互作用和依賴關(guān)系。

“李德仁方法”正是將測(cè)量學(xué)中的誤差處理問(wèn)題視為一個(gè)整體，通過(guò)綜合考慮測(cè)量數(shù)據(jù)之間的相互關(guān)系，運(yùn)用數(shù)學(xué)方法進(jìn)行最優(yōu)估計(jì)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)的精確重建。它體現(xiàn)了系統(tǒng)論中的整體優(yōu)化和綜合分析原則，通過(guò)迭代過(guò)程不斷提高精度，最終達(dá)到對(duì)系統(tǒng)整體的最佳理解和描述。

系統(tǒng)集成思維，是貫穿李德仁整個(gè)科研生涯的一樣法寶。

李德仁至今仍是斯圖加特大學(xué)的一位傳奇。6年博士課程，他想2年學(xué)完，解決測(cè)量學(xué)的百年難題的博士論文，他僅用一年零四個(gè)月就用德文完成，答辯成績(jī)優(yōu)異，并榮獲1988年“漢莎航空測(cè)量獎(jiǎng)”。

1985年2月，李德仁以優(yōu)異成績(jī)獲得斯圖加特大學(xué)博士學(xué)位央視新聞