姜衛(wèi)平：用衛(wèi)星數(shù)據(jù)“丈量”大地

□ 劉玉杰

姜衛(wèi)平

自1957年蘇聯(lián)發(fā)射第一顆人造地球衛(wèi)星以來，人類開始進入空間時代。人造衛(wèi)星是發(fā)射數(shù)量最多、用途最廣、發(fā)展最快的航天器。其一經(jīng)發(fā)射，就會圍繞地球旋轉(zhuǎn)不停，直至被收回。人造衛(wèi)星功能多樣，很大程度地便利了大眾的生活，隨之也衍生了多種學(xué)科，如衛(wèi)星大地測量。

衛(wèi)星大地測量是指利用人造地球衛(wèi)星進行地面點定位以及測定地球形狀、大小和地球重力場的工作?！安灰詾闇y量或者測繪就是扛標尺等體力勞動，事實上它身上可是有著高科技、實時、精密等標簽的?！蔽錆h大學(xué)衛(wèi)星大地測量學(xué)及其工程應(yīng)用領(lǐng)域的主要學(xué)科帶頭人、教育部“長江學(xué)者”姜衛(wèi)平說道。

學(xué)在其中，樂在其中

興趣是最好的老師。1991年，姜衛(wèi)平考入武漢測繪科技大學(xué)大地測量系時，興致并不高——他對測量專業(yè)的印象還停留在傳統(tǒng)測量的層面上，認為這個專業(yè)技術(shù)含量不高。然而隨著學(xué)習(xí)進程的加深，在導(dǎo)師的帶領(lǐng)下，姜衛(wèi)平逐漸走進大地測量領(lǐng)域，得以一窺其貌。

當(dāng)對專業(yè)有了興趣之后，快樂也就隨之而來了，用姜衛(wèi)平的話說就是“學(xué)在其中，樂在其中”。他認為，在研究與應(yīng)用中，快樂主要體現(xiàn)為兩個方面：一個是在科研中解決了關(guān)鍵的技術(shù)難題；另一個是在工程生產(chǎn)建設(shè)中成功應(yīng)用科研成果。

“舉個例子說，記得2000年做博士的時候，我通過近2年的努力，克服了種種困難，在國內(nèi)首次建立了格網(wǎng)分辨率為2′×2′的全球平均海面高模型WHU2000MSS。其整體精度優(yōu)于0.05m，達到了國際同類模型的先進水平，這一模型是當(dāng)時國際上少數(shù)分辨率和精度最高的平均海面高模型之一。當(dāng)時看著繪制出的海面模型圖，真的是非常開心?！苯l(wèi)平感慨地說，“自2001年博士畢業(yè)起，我主持和參與了江蘇、廣東等20余個省與廣州、武漢等40個市的GPS控制網(wǎng)的數(shù)據(jù)處理工作，并作為技術(shù)負責(zé)人，參與建立了山西、廣州等多個省市級衛(wèi)星連續(xù)運行參考站系統(tǒng)。看到這些成果可廣泛應(yīng)用于測繪工程、水利、交通、國土資源管理、生態(tài)環(huán)境保護以及科學(xué)研究等部門的時候，也是很快樂的?！?/p>

多年來，在快樂的探索過程中，姜衛(wèi)平取得了累累碩果。他解決了高精度坐標參考框架建立與維持的關(guān)鍵技術(shù)難題，形成了一套坐標參考框架建立的技術(shù)方法，推進了我國測繪基準現(xiàn)代化的工程建設(shè)；還建立了利用全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（GNSS)監(jiān)測板塊邊界形變的新動態(tài)模型，解釋了冰島區(qū)域冰后回彈與氣候變暖現(xiàn)象之間的耦合關(guān)系；并提出了基于GNSS監(jiān)測大型建筑物變形的新方法，建立了西龍池水電站上水庫等大壩自動化監(jiān)測系統(tǒng)。

因為貢獻卓著，種種榮譽自然接踵而至。姜衛(wèi)平2011年獲中國青年科技獎；2012年入選教育部“長江學(xué)者獎勵計劃”；2014年入選“國家百千萬人才工程”，并獲“國家級有突出貢獻中青年專家”和“國務(wù)院特殊津貼專家”稱號；2015年獲國家杰出青年科學(xué)基金資助；2016年入選國家中青年科技領(lǐng)軍人才，并獲第十一屆光華工程科技獎青年獎。2008年、2011年、2018年3次獲得國家科學(xué)技術(shù)進步獎二等獎（1次排第1，2次排第2），并獲得省部級科技進步獎特等獎3次（1項排名第1），一等獎8次（1項排名第1）；并發(fā)表論文130余篇，出版專著2部，主持和參與國家自然科學(xué)基金、原國家“863”和“973”計劃等項目70余項，現(xiàn)任武漢大學(xué)衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)研究中心主任。

立足當(dāng)下，科研攻關(guān)

對于姜衛(wèi)平來說，榮耀再多，也不過是過去的痕跡，最重要的始終是當(dāng)下。在以前的研究成果基礎(chǔ)上，姜衛(wèi)平正在研究衛(wèi)星導(dǎo)航定位基準站網(wǎng)精密數(shù)據(jù)處理技術(shù)及其應(yīng)用?！巴ㄋ椎刂v，首先要解決大規(guī)模、多系統(tǒng)、長時間跨度的基準站網(wǎng)精密數(shù)據(jù)處理技術(shù)難題，然后再將它們應(yīng)用到變形監(jiān)測和導(dǎo)航服務(wù)上來?！?/p>

“衛(wèi)星大地測量的根本任務(wù)之一就是建立坐標基準，目前GNSS基準站網(wǎng)精密數(shù)據(jù)處理方法是實現(xiàn)這一任務(wù)的關(guān)鍵技術(shù)。然而隨著全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)基準站網(wǎng)規(guī)模的不斷增大，基準站觀測數(shù)據(jù)的不斷積累，以及GPS、北斗（BDS）、GLONASS等可用GNSS系統(tǒng)的增加，大規(guī)模、多系統(tǒng)、長時間跨度的基準站網(wǎng)精密數(shù)據(jù)處理方法已成為衛(wèi)星導(dǎo)航數(shù)據(jù)處理領(lǐng)域中的國際性難題。”姜衛(wèi)平補充道。

姜衛(wèi)平帶領(lǐng)其團隊歷經(jīng)近10年的技術(shù)攻關(guān)，完成了“大規(guī)模衛(wèi)星導(dǎo)航定位基準站網(wǎng)精密數(shù)據(jù)處理方法及其應(yīng)用”項目。該項目提出了大規(guī)模GNSS基準站網(wǎng)的整體快速解算方法，建立了長時間跨度基準站時間序列非線性運動模型，發(fā)展了多頻多系統(tǒng)GNSS數(shù)據(jù)融合分析方法，形成了一套嚴密的大規(guī)模GNSS基準站網(wǎng)精密數(shù)據(jù)處理與分析方法；并在此基礎(chǔ)上，提出了基于基準站網(wǎng)的水汽層析新方法，發(fā)展了精密坐標框架建立與維持方法。這些成果能夠為北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)建設(shè)與應(yīng)用、大地測量基準建立、地球科學(xué)研究等提供技術(shù)支撐。

目前，該項目已獲發(fā)明專利3項，著作權(quán)3項，發(fā)表論文120余篇。項目提出的基準站網(wǎng)快速解算方法可整體解算數(shù)百甚至上千個站的數(shù)據(jù)，在460個站的情況下，解算效率較國際權(quán)威機構(gòu)IGS方法提高近6倍；構(gòu)建的環(huán)境負載模型OMD精度優(yōu)于國際常用模型GGFC和QOCA，精度提高了10%～30%；連續(xù)運行基準站的速度場解算精度優(yōu)于0.2mm/a，并用于江蘇、湖北等近100個省、市、自治區(qū)的GNSS連續(xù)運行參考站系統(tǒng)的建設(shè)。項目成果整體達到了國際先進水平，其中，大規(guī)模GNSS網(wǎng)整體快速解算技術(shù)和環(huán)境負載模型處于國際領(lǐng)先水平。

項目成果成功用于“國家現(xiàn)代測繪基準體系基礎(chǔ)設(shè)施”和江蘇、湖北等近20個省級連續(xù)運行參考站系統(tǒng)的建設(shè)，解決了大規(guī)模GNSS基準站網(wǎng)（如內(nèi)蒙古含161個站、東西跨度達3000km、時間長達5年的連續(xù)運行基準站網(wǎng)）整體解算難題，確定了基準站高精度三維坐標和速度場，建立了高精度、動態(tài)省級區(qū)域坐標參考框架。同時，也在湖北、浙江等氣象部門的數(shù)值天氣預(yù)報、災(zāi)害性暴雨監(jiān)測分析中得到應(yīng)用，促進了相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)進步。此外，項目成果在“927工程”等國家重大專項工程中發(fā)揮了重要作用，還在德國地學(xué)研究中心、冰島大地測量研究所等國際機構(gòu)的全球參考框架建立和板塊運動等科學(xué)研究中得到應(yīng)用，取得了顯著的社會經(jīng)濟效益。

快樂也是優(yōu)秀創(chuàng)新的體現(xiàn)

對于很多事情，姜衛(wèi)平有著自己的標準。同樣的，在教育學(xué)生方面，他也有自己的原則?！拔矣X得教學(xué)生，首先要給他灌輸一個理念，要求他們做一個優(yōu)秀的人?！苯l(wèi)平繼而解釋道，“我說的優(yōu)秀有多方面的意思，不僅僅是指功成名就這樣世俗層面上的優(yōu)秀，還指快樂、自信、有能力。如果一個人過得快樂，并對社會有貢獻，也是一個優(yōu)秀的人?！?/p>

姜衛(wèi)平認為，在教給學(xué)生知識的同時，更要引導(dǎo)他們的性情?！肮湃苏f‘授人以魚，不如授人以漁’，是說傳授技能優(yōu)于給予物品。我覺得更深一層來說，磨煉學(xué)生的性情，改變他們的觀念，比教會他們技能還要重要。”

作為教育部“長江學(xué)者”，姜衛(wèi)平對教學(xué)事業(yè)無疑有著自己的思考。除此之外，他還常常思考何為科研工作者的必備素質(zhì)?！拔矣X得是責(zé)任、勤奮和創(chuàng)新。這三個層面中，責(zé)任是態(tài)度層面，勤奮是行動層面，創(chuàng)新是理念層面?！?/p>

責(zé)任是首要的，每個人都會扮演多種社會角色，每個角色都有著相應(yīng)的責(zé)任。作為科技教育工作者，也有著自己的責(zé)任。敢于擔(dān)當(dāng)，舍我其誰。2000年以來，姜衛(wèi)平多次赴美國阿拉斯加大學(xué)、冰島北歐火山研究所、美國邁阿密大學(xué)、德國斯圖加特大學(xué)等科研機構(gòu)工作和訪問。在開闊眼界的同時，他認識到，我國的科研水平與美、德等發(fā)達國家總體還存在較大的差距，應(yīng)該加強彼此之間的學(xué)術(shù)交流，學(xué)習(xí)其先進的技術(shù)和文化。他認為，做科研要瞄準兩點：科技的發(fā)展方向和國家的需求。把這兩方面結(jié)合起來做科研，就是科研工作者的主要責(zé)任！

責(zé)任之外，勤奮也不可或缺?！耙雽崿F(xiàn)中華民族的偉大復(fù)興。趕上甚至超過別人，就要比別人更努力?！庇袚?dān)當(dāng)以后就會努力，有努力就會有創(chuàng)新。創(chuàng)新非常重要，但卻不能強求。要想創(chuàng)新，首先要達到一定的高度?！安簧賹W(xué)科，我們現(xiàn)在先不要說創(chuàng)新，而是要減少差距或趕上他們，然后才能去談?！?/p>

在科研工作者的不懈努力下，近年來我國在衛(wèi)星大地測量領(lǐng)域的進步可謂飛速。姜衛(wèi)平感慨：“看到測繪科技的日新月異，我時常都為我是一名測繪人而感到驕傲和自豪！