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让中国造“千里眼”更加锋锐

——记中国科学院院士、复旦大学教授金亚秋
2019年04月09日 15:57    来源:多播网    关注度(15)

编者按

千秋基业,人才为本。为全面贯彻落实中央和市委对人才工作的要求,在全市营造起举荐发现科技人才、宣传表彰科技人才的良好氛围,激发上海科技工作者的报国情怀、奋斗精神、创造活力,市科协积极回应翁史烈院士等一大批著名科学家的呼声,大兴识才爱才敬才之风,于1989年启动了上海市科技精英评选工作,由上海科技发展基金会支持。

评选工作每2年评选一次,至今已评选出15届上海市科技精英,其中67位在获得荣誉后当选为中国科学院、中国工程院院士,约占获奖人数的45%。这一奖励项目已形成和完善科技领军人才、中青年高端科技人才的发现、扶持和举荐机制。

今年是中华人民共和国成立70周年,科技为国家强盛作出重要贡献。习近平总书记在2018年7月举办的全国组织工作会议上强调,要广泛宣传表彰爱国报国、为党和人民事业作出突出贡献的优秀人才,在知识分子和广大人才中大力弘扬爱国奉献精神。为此,本报从今日起陆续刊发科技精英代表人物的事迹,分享他们在各自岗位上科技报国、振兴中华的感人故事。

采访金亚秋院士并不难,如果没有学术会议和教学课程,他大部分的时间就在自己光华楼的办公室和实验室工作。每天早上7点,他几乎雷打不动地来到这里开始一天的工作,这样的作息整整31年未曾改变。

在这31年中,中国微波遥感技术也从无到有,实现了跨越式飞跃。今天中国的风云气象卫星、海洋遥感卫星、环境遥感卫星上配备了先进的微波遥感技术。作为中国微波遥感领域的专家,金亚秋在其中作出了突出贡献,推动中国在该领域的研究与应用达到国际先进水平。他提出的“极化电磁散射成像与复杂自然介质矢量辐射传输的微波遥感新理论”被运用到了中国嫦娥工程辐射探月任务中,通过完成了辐射建模模拟、反演与数据处理,在国际上首次获得了全月球月壤厚度分布、氦3总含量的估算。这是国际上第一次进行的微波辐射探月研究。2015年他被授予美国电气和电子工程师协会地球科学与遥感学分会杰出成就奖,2017年他荣获上海科技功臣奖。

坚守半个多世纪 科学需要执着精神

1946年,金亚秋出身在上海一个普通职员的家庭中。他的中学时代是在有150多年历史的上海中学度过的,这所著名中学的毕业生中至今已涌现出了50多位院士。在那里,他有机会聆听到华罗庚先生的演讲,从此在心里种下了科学的种子。

1965年,他考取北京大学大气物理专业,至此他的人生就与科学结缘。1970年,大学毕业后他被分配到广西柳州附近山区的一家化工厂做机械工人。1977年,中国科学院恢复招考研究生,金亚秋终于回到了科研的道路。1980年1月,金亚秋来到了位于美国波士顿的麻省理工学院电机工程与计算机科学系。每次金亚秋讲述在麻省理工学院读书的日子,总会提及这样的情形:那里的学生中心全天24小时开放,学生们在此看书、学习。当时他买杯咖啡或是一个饼,就可以一直工作到半夜。晚上回宿舍时,月光下踩着积雪,四周只有咔嚓咔嚓的声响……1984年10月,金亚秋成为了新中国成立以来第一位在美国麻省理工学院(MIT)电气工程与计算机科学系获得博士学位的中国大陆学生。

上世纪90年代正值出国热潮,而金亚秋却放弃了令人艳羡的美国研究员职位和大洋彼岸优越的生活条件,来到复旦大学创建无线电物理与微波技术研究室。他说,《共和国之恋》这首歌曲特别能表达自己当时的心境:“晨曦中你拔地而起,我就在你的形象里,纵然是凄风苦雨,我也不会离你而去,当世界向你微笑,我们就在你的泪光里!”

2000年,金亚秋成为了国内首位微波遥感领域的973项目首席专家,开启了他科研工作的黄金岁月。

见证中国的崛起 从跟跑到平行跑和领跑

电磁波有很宽泛的频段,如光、红外、微波等都是电磁波,它们的波长不同,光的波长很短,红外波长要长一点,微波更长一点。最初发展的光学遥感就是远距离照相,但是照相必须要有光照良好的条件。于是,科学家想到了红外,红外波段对水汽特别敏感,可清晰地看到云图,但是红外云图看不到云里与云下,因为水汽对红外波的衰减大。如果多云多雨天气,红外卫星就看不到地面。科学家又把视线转移到了微波,由于水汽对微波的衰减小些,微波能穿过云层,对于降雨有不同的散射与衰减吸收,能测量雨强,甚至一些植被等隐蔽的情况,如树丛里面的目标、干土下的沟渠等,也能进行观测。这种特性也使得微波遥感技术在行星的观测研究中具有广阔的空间。

金亚秋说,自己的科研人生是非常幸运的,他见证了中国微波遥感领域的科研工作从跟跑、平行跑,走向领跑。“1985年,在地球科学微波遥感领域的中国科学家非常少;但是,今天这个领域的国际学术会议上,你会发现有一半都是中国科学家。而且,我们发表的论文质量和数量都处于世界前列。中国人已经可以通过海陆空的‘千里眼’技术更好地了解地球的变化。中国目前正在建设陆地、海洋、大气三大卫星系列,实现多种观测技术优化组合的高效全球观测和数据信息获取能力。空间微波遥感信息获取与处理的基础理论,以及应用方法也得到了全面发展,逐步居于世界先进行列。但是微波遥感是综合性工作,发展不能一蹴而就,我们在世界最前沿还不是最尖端水平,中国科学家还需要继续努力!”

在金亚秋看来,中国科研工作还需要在人才和管理方面下功夫,提高科研的质量;面向前沿和重大项目,加强与国际的交流和合作;上海正在建设全球科技创新中心,相关部门也要研究世界科学中心的迁移过程,从中可以找出一点经验和教训,可以使我们的科研工作更加良性发展。

打造智能千里眼 向前沿科学进军

除了在探月任务中应用微波遥感技术获得了巨大进展,金亚秋的科研团队也超前在火星探测方面进行了一些分析研究。

去年9月,2018世界人工智能大会——类脑人工智能主题论坛在复旦大学举行,金亚秋受邀在论坛上作主旨演讲。金亚秋说,微波遥感的发展方向之一是目标信息智能识别技术,未来要走向多模式、各种组合、高分辨率的技术路径,我们未来要达到分米量级像素的清晰度。比如说我们要在卫星上看清楚地面上0.3米长的物体,要识别出它具体是什么物体,这种尺度的精细化判定也许能让我们看清楚机场上一架飞机的具体型号。

ldquo;雷达图是非常复杂的,人工识别的能力有限,而人眼具备‘光学视觉’,看照片的能力比较强,但是人眼看雷达图就会遗漏很多物理信息,比如长宽高和时间变化等。为了‘看’得更加清楚,我们必须要依赖人工智能,要对机理进行分析,要了解信息来源,做一些反演和重构。人工智能技术利用神经网络算法等,赋予了设备学习能力。微波遥感的机理加上人工智能后会有一个什么样的效果呢?我给它起了一个新名字,那就是‘微波视觉’功能,也就是为人类增加了新的一双看世界的锋锐眼睛。”金亚秋解释说,“比如我们在高空观测一块水稻田,可以预测其产量;我们对台风进行观测,可以判定其路径和走向。现在对台风的预测都是利用红外技术和光学技术,只能看到外部的水汽,目前主要凭借经验和模型来判断,而微波遥感可以看到内部的具体状况。”

最近,由金亚秋和中国工程院院士姜景山、中国科学院院士吴一戎主编的《空间微波遥感研究与应用丛书》即将出版,这套丛书总结了中国在空间微波遥感领域的各种研究成果,涵盖了中国微波遥感技术在气象研究、海洋观测、星载成像等领域的重大技术。

金亚秋告诉记者,未来科研团队将在微波遥感领域的智能识别技术、新一代气象风云卫星技术、新体制合成孔径雷达规划等几个国家重大项目计划发起新一轮技术攻关。这些项目对于国家发展有着战略性意义。

(作者:吴苡婷 责任编辑:ydm)

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