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国家基础地理信息中心

潜心做好基础地理信息这门学问——访中国工程院院士陈军

文章来源: 中国测绘杂志    时间:2020-6-4 作者: [链接] [链接]

本文内容摘自《中国测绘》2020年第5期

人物小传:


陈军,1956年出生,安徽霍邱人,是原武汉测绘科技大学名誉校长王之卓院士“文革”后招收的第二批研究生,1983年毕业后留校任教,1992年晋升为教授,1993年被国务院学位办批准为博士生导师。1995年,陈军被抽调至北京,参与国家基础地理信息中心的筹建和发展建设,曾任中心副主任、主任、总工,一干就是25年。曾任国际摄影测量与遥感学会(ISPRS)主席,中国地理信息系统协会会长,国务院学位委员会首届测绘学科评议组共同召集人。


从1975年在安徽测绘局当外业测量员起,他就没有离开过测绘领域,主要从事基于航天测绘的基础地理信息工程技术研究与应用,带着团队解决了全国1:5万基础地理信息动态更新和全球30米分辨率地表覆盖高精度遥感制图两大技术难题,支撑建成覆盖较全、更新及时的国家基础地理信息系统,为中国进入该领域世界先进行列作出了贡献。以第一完成人获得国家自然科学二等奖1项、国家科技进步二等奖2项,并获首届全国创新争先奖、亚洲地理信息终身成就奖、世界地理信息技术创新奖。2007年当选国际欧亚科学院院士,2019年当选为中国工程院院士。


2019年11月,自然资源部国家基础地理信息中心陈军当选为中国工程院院士。记者以前曾采访过他,算是老相识了,打电话过去,向他表示祝贺,他说:“任何人的成长都离不开大家帮助,取得一些成绩也是集体的力量。”平和谦逊的陈军一再表示,多一份荣誉,也就多一份责任。如今,他更忙了……


2020年春节,因为疫情肆虐,延长了人们待在家里的时间。大年初八一大早,陈军坐在自家书桌前,打开电脑上的视频会议软件,开始与团队的有关专家学者,采用“隔空喊话”的方式,讨论起草关于自然资源动态感知与国土空间智慧管理的科技专项建议。


不论是之前,还是当了院士之后,陈军始终不敢懈怠,总是抓紧点滴时间,阅读最新文献,起草工作报告,撰写学术论文,帮年青人讨论项目本子……仅今年春节期间,他就查阅了上百篇中英文参考文献,写下了7万字读书笔记。其实,这样的工作状态,已成为他的生活习惯,沉下心来做学问,也成了他人生的一大乐趣。


匠心传承

初心永恒


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师从王之卓先生


1976年底,20岁的陈军进入武汉测绘学院(现并入武汉大学)学习航空摄影测量,这是他人生的重要转折点,更是走向测绘科研道路的起点。在这之前,他有着4年上山下乡和当工人的经历,曾在公社中学当过民办教师,在安徽测绘局第二测绘队做过外业测量组长,深切体会到科学知识的重要性。因此,他十分珍惜这一来之不易的读书机会,从入学起就发奋努力,大学三年级完成了主要课程的学习,并于1979年夏天考上了研究生,师从我国摄影测量与遥感学科的创始人、测绘界泰斗、中国科学院院士王之卓先生。


“做学问,一定吃了很多苦吧?”对于记者的这一问题,陈军回答说:“我16岁上山下乡,18岁做外业测量员,体验过社会最底层的艰辛。记得1976年11月,在淮北做航空摄影测量的外业控制,西北风呼啸刺骨,虽然天气很冷,但我们也要爬到30多米高的钢标上去进行观测。攀爬钢标前,我和小组同事先去旁边的公社小饭店吃了一碗馓子,想着如果掉下来摔死了,那也是一个饱死鬼。与那些经历相比,读书、做学问是一件多么幸福和快乐的事,这点辛苦算得了什么?”


自此以后,在陈军的字典里,就没有“苦”和“累”两个字。他大学的系主任仇肇悦教授曾经说过,陈军学习刻苦,在武汉测绘学院是出了名的,不论寒暑,每天早上五六点钟起床,在学校大操场旁念书,连在医务室排队看病的间隙,也用来背单词。这使他得以优异的成绩完成了研究生课程学习,并在1981年初就被学校推荐、由国家测绘局派往法国学习遥感技术,有幸成为国家改革开放后较早一批的公派出国留学人员。


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学着做学问


陈军出生在一个普通的干部家庭,父母亲十分敬重知识分子,很希望子女也能成为具有真才实学的专业技术人才。考上王之卓院士的研究生,他从导师身上感受到了榜样的力量。陈军回忆道,“导师那高瞻远瞩的学术思想、严谨求实的治学态度和宽厚待人的高尚品质,极大地教育和影响着我,引导我走上了做学问的道路。”


1983年研究生毕业后,陈军留校任教,很快成为学校教学科研的骨干,于1987年破格晋升为副教授,1992年晋升为教授,1993年成为博士生导师。对他来说,这段研究经历非常重要。在王之卓先生的指导下,他学着用遥感地理信息新技术去解决国家面临的实际问题,率先实现了利用遥感和GIS新技术辅助编制城市总体规划,推动了全国城市规划行业的新技术应用;继而从实践中凝练科学问题,聚焦国际学术前沿,开始进行多维动态GIS的基础理论研究,并相继获得了国家自然科学面上基金、霍英东优秀青年教师基金、国家教委跨世纪优秀人才基金等资助。陈军说,正是在这段时间里,他慢慢地领悟到一个道理:要想做好学问,就必须面向国家需求、瞄准国际前沿!而“顶天立地”是做学问的最高境界。

1995年,当时的国家测绘局抽调陈军到北京工作,参与国家基础地理信息中心的筹建和管理工作。临别时,导师王之卓以86岁高龄参加了学校组织的欢送会,再三叮嘱他:“你是个做学问的人,到了北京要建一个研究室,千万不能将学问荒疏了。”陈军牢记导师的话,坚持做学问,努力地从重大工程实践中发现问题,用理论技术创新去解决实际问题,走出一条科学研究与工程实践相结合的学术研究之路。


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爱上做学问


陈军搞研究近乎执迷,几乎忘我。在学生们眼中,他是位治学严谨的“工作狂”,自律勤奋、思维活跃,是学生成长的摆渡人;在他的科研团队队员眼中,他是一位不断钻研新技术、执着于科学理论研究的牛人,起着布道师般的前瞻和统领作用。


陈军带出来的博士生、自然资源部国家基础地理信息中心信息服务部主任刘万增回忆说,十几年前,他跟着导师读博士时,写的第一篇文章,1万字左右,准备投到《测绘学报》发表。陈老师一字一句地斟酌,与我反复讨论修改,连标点符号也不放过。文章发表后,我数了一下,前后一共修改了20多次,从中可见导师治学的严谨。那时陈老师带了近10个博士生,对每个学生都会这样开“小灶”。刘万增坦言,“陈老师对学生要求高、管得严,跟着陈老师读几年书,是可以学到点真本事的。虽然过程有些‘痛苦’,但是毕业后,陈老师做学问的方法却植根在内心,并自觉地运用在工作、学习和生活中,受益无穷。同学们粗略地统计一下,90%以上的博士生都能在毕业后第二年拿到基金项目。经过陈老师训练后,研究思路、创新方法和写作水平都会有一个很大的提升。”


国家基础地理信息中心遥感与航空摄影处彭舒也是陈军老师带出来的研究生,他说:“陈老师对科学的追求,从没有打过折扣。始终本着一种热情,一种拼搏和钻研的态度去对待。他早年在外留学,与国际接触得早,视野开阔,站位高,一直是瞄准国家需求和国际前沿,做开创性的研究。”


如今,从总工程师职位上已退下两年多的陈军,依旧忙碌在科研一线。他说:“只有坐下来搞自己喜欢的研究,心里才会踏实,日子才会充实。”


敢为人先

开拓创新


“学着独立思考、自己选择题目”,这是导师王之卓院士在指导陈军写研究生论文时就提出的要求。根据当时国际遥感的发展态势,陈军选择了“利用数字高程模型(DEM)改进遥感影像分类精度”这一前沿课题,做出了有创新性的研究成果,并用法语撰写成学术论文,被第十六届国际摄影测量与遥感大会(1984年在巴西召开)选为大会口头报告。他从中深切地感悟到:做科研就是要敢为人先,勇于提出新方向,善于开拓新领域。


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前瞻性的基础研究


陈军所从事的基础地理信息是重要的战略性资源与生产要素,反映地表自然和人文要素的空间分布及变化。经过多年深入细致的研究,他针对基础地理信息具有的尺度性、时效性和知识性三大基本特性,凝练提出了多维建模、动态更新及应需服务三大研究方向,先后争取并获得了国家杰出青年科学基金和5项国家自然科学基金重点项目,几十年如一日,带领团队探索基本问题,研究提出新思路、新方法,为国家这方面的重大工程设计与服务应用奠定了理论基础。


我们生活的现实世界具有鲜明的多维、动态特征,但早期的GIS是将其投影到二维平面上,生成的二维、静态矢量地图,往往难以充分满足地球科学研究、生态环境模拟、军事指挥决策等深层次应用需求。针对这一国际学术前沿问题,陈军以地理实体与关系的抽象与表达为主线,从三维、时态、尺度等角度和目标、过程等层次,带领团队,进行了数字地表模型多维动态构模的研究。例如,地理空间关系的描述、计算与表达是地理信息建模、更新与服务的重要基础,但早期GIS空间关系理论存在诸多缺陷,如描述能力差,难以实时计算,远不能满足工程需求。他发现和解决了国际GIS空间关系经典9交模型的理论缺陷,创立了以V9I描述、K阶邻近计算为核心的动态空间关系模型,解决了空间关系的统一描述、动态计算和集成表达难题,不仅支撑了国家基础地理信息资源建设的工程实践,还带动了国内外该领域的理论研究与应用。


2004年,他与李志林教授等合作完成的“数字地表模型的多维动态构建”获得了国家自然科学二等奖。


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工程化的技术创新


基础地理信息的丰富、精准和现势程度是一个国家核心竞争力的重要标志。以往我国境内基础地理数据产品陈旧,到本世纪初(2000年)全国1:5万地形图有近90%是10-30年以前的,与用户期望的1-3年相差甚远。如何既快又好地测定大范围地物地形的变化,实现全国大范围1:5万基础地理信息的快速更新,是困扰国家测绘部门多年的技术难题。陈军提出了保持与现实世界的时态一致性和保持数据体内部的逻辑一致性的总体技术思路,组织研发了基于影像的地形要素大范围变化测定、基于空间关系的自动化质量控制等诸多关键技术方法,主持构建了国家基础地理信息更新的生产技术体系。


说起这方面的重要技术突破,当年研发小组成员刘建军还有些兴奋。他告诉记者,原来的1:5万地形图大概二三十年没有更新过,用一个不太恰当的比喻,就好像旧衣服,穿了二三十年还没更换,只是这里补一块,那里补一块(相当于每年新测图),主要是因为当时缺乏先进高效的更新技术手段。后来,陈军老师带着他们一帮人从模型、算法着手,做软件,写技术标准规范,先后研发出遥感影像变化测定、跨尺度数据缩编、基于关系计算的数据质量检核等核心技术,将大范围更新工效提高了3-5倍,实现了全国1:5万基础地理数据产品的全面快速更新,现势性提高到了5年以内。


刘建军说,随后陈老师又带着我们团队在这个技术成果基础上,做了进一步的技术提升,把现势性从5年又提高到了1年,从2012年开始,全国1:5万数据库实现了一年一版动态更新。经过多年的不懈技术创新,这个重要的国家基础地理信息数据库已经实现了从无到有,从有到新,从新到优的三步跨越,向世界证明了我们的测绘科技实力,此技术后来在全国迅速推开,带动了省市相关方面的工作。建成的全国1:5万基础地理信息数据库,为国家宏观决策和战略部署提供了基本底图,有力地支撑了城市规划、工业开发、农业生产、应急保障各方面实际应用,彻底改变了我国国家级基础地理信息长期滞后于应用的被动局面,获得了2014年国家科技进步二等奖。


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跨学科的应用创新


目前基础地理信息已在经济建设、社会发展等方方面面广泛应用,但早年仅有极少数部门和专家会用,且多用于一般的查询与制图。根据导师王之卓院士的要求,陈军数十年如一日,进行着跨学科的应用创新研究。上世纪80年代末期,他带领学生们利用遥感和GIS辅助完成了湖北省黄石等多个城市的总体规划编制,提出了多层次城市规划基础资料遥感调查和基于GIS的城市用地评价、环境质量评价、道路交通路网规划等方法;90年代中期,他组织研发了城市规划“一书四证”审批的图文办公信息系统;2000年以来,他组织完成了“数字国界”“明长城”测量、国家地理信息公共服务平台总体设计、面向联合国2030可持续发展议程的对标评估等一系列应用研究。


我国是世界上陆地边界最长、邻国最多的国家,陆地边界情况极为复杂,定界艰巨复杂。但传统边界工作以手工操作为主,不能适应现代化外交需要。陈军将动态空间关系理论与国界定界法理相结合,构建了我国“数字国界”,首次实现了22000公里陆地边界的多尺度、多时相、多类型信息集成;提出了划界主张线差异分析、地形复杂区精准勘界等技术方法,研发了数字化定界系列软件和国界信息服务平台,支撑完成了中越、中尼等边界上百轮定界谈判及上万公里国界线勘定或联检,减轻了野外勘界工作强度,降低了雷区作业危险,使我外交部在重大外交边界行动中始终保持谈判主动权,有效维护了国家领土主权完整。


近年来,测绘地理信息应用面临着“数据海量——信息爆炸——知识难寻”这一新的挑战。陈军提出地理知识服务的新思路,以领域化抽取、结构化建模、关联化处理为核心,带领团队构建了我国地理信息专业知识服务系统,已在中国工程院中国工程科技知识中心上线运行服务。


为了推动基础地理信息的广泛深入应用,他还曾长期在国家行政学院、市长班等授课,向数以千计的领导干部和管理人员讲述如何将地理信息用于政府规划、管理及决策中去。他的语言生动,案例鲜活,颇受学员们的欢迎。


放眼世界

走向国际


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成为首位担任国际测绘一级学术组织主席的中国专家

国际摄影测量与遥感学会(ISPRS)成立于1910年,是一个历史悠久、学术水准高、影响力大的国际一级学术组织。1982年9月,在法国空间中心学习遥感的陈军参加了ISPRS第七委员会的中期大会,从此与ISPRS结下了不解之缘。三十年后的2012年8月,在澳大利亚墨尔本举行的第二十二届ISPRS大会上,他成功当选主席,成为该学会百年历史上首位担任主席的中国人。陈军说,这得益于王之卓先生等老一辈专家和国家测绘主管部门领导们的超前“布局”,更是祖国发展强大的结果。任职的4年中,陈军带领团队写下数万字的学会展望论文,起草了支持未来地球的《布拉格宣言》、组织了委员会改革、创办了新杂志。他还发起了学会首个科学计划“地理信息支撑可持续发展目标”,通过凝聚世界各国科研力量,帮助测绘地理信息领域更好地参与联合国可持续发展行动。2016年7月,第二十三届ISPRS大会在捷克布拉格举行,陈军刚做完主席的四年任期总结报告,瑞士科学院院士、国际摄影测量与遥感著名专家Armin Grun教授就举手发言说:“我参加ISPRS43年,陈军这一任执行局是干得最好的。”


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研制的全球地表覆盖数据产品用户遍布世界五大洲


2014年,我国政府将自主研制的世界首套30米分辨率全球地表覆盖数据产品GlobeLand30捐赠给了联合国,成为中国向联合国提供的首个全球性地理信息高科技公共产品,消息一出,轰动业界。后来,该产品在全球范围得到应用,同时助推了各国研发时空分辨率更高的全球数据,带动了全球地表覆盖遥感制图的发展。记者就是在这次采访报道时初识了项目牵头人陈军。


打开这套全球30米分辨率影像图,没有见过的朋友一定会被一幅幅美景所震撼。您也可以从下面的描述中感知一二:大片地表层被绿色覆盖,蓝色河流挣脱主干道如手指伸张般向外尽情延展,好似彩超下人体内贲张的血脉……这不是抽象派大师笔下的艺术作品,而是世界首套30米分辨率全球地表覆盖遥感制图数据集上的地理景观。美图不光为看,更为研究分析所用。在湿地、人造地表、苔原、冰川、永久积雪、草地、裸地、耕地、灌木地、森林这10大类地表信息栏目下,不仅美图美景任浏览,通过前后两期时间比对,还能了解地表覆盖10年来的变化。

30米分辨率地表覆盖图的研制曾是世界性难题,国际上一直缺少这样一张全面、高精度地反映全球地表覆盖现状及变化的数据集、覆盖图。美国、欧盟等曾利用低空间分辨率航天遥感资料,研制了7套空间分辨率为300米和1000米的低分辨率全球地表覆盖数据产品,但由于空间细节不够、分类精度不高,不同产品之间一致性较差,远不能满足应用需求。陈军是该项目首席科学家,他介绍说,为破解全要素地表覆盖制图遇到的精细化提取、产品质量控制等诸多难题,我国上百名科技工作者做了大量科技创新,这是集体智慧的结晶。这项工作实现了从“跟踪”到“引领”的跨越发展,为气候变化研究和可持续发展规划等提供了翔实可靠的科学数据,被国内外同行称为“对地观测和空间数据共享领域的里程碑成就”,被两院院士评选为“2014年中国十大科技进展新闻”,还获得了2015年全球地理信息技术创新奖。这套数据成果正在为促进全球变化研究和可持续发展规划服务。如设在英国剑桥大学的世界保护监测中心正通过地表覆盖大数据来测定生物多样性关键变量,很快算出全球21万个保护区中各个生物群落、陆地生态区及每个保护区10年来的地表覆盖变化等。该中心主任哈顿表示,为了做这样的生物多样性评估,我们已等了30年。这一项目获2017年度国家科技进步二等奖。


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向国际社会提供了首个地方SDGs综合评估样本


2018年11月19日,联合国世界地理信息大会在中国浙江德清召开。陈军主持完成的《德清践行2030年可持续发展议程进展报告》,是中国送给来参会国际同行们的一份特殊礼物。综合利用统计和地理信息,对一个完整的县域行政区进行可持续发展定量评估和综合分析,在国内外都是首次。陈军团队用整整一个半小时解读了这份报告,受到高度关注和热烈反响。


消除贫困、粮食安全、健康生活、教育、水资源、能源等102个指标的量化计算和综合评估分析,全面展现了德清可持续发展情况。特别是联合国目前正积极推进可持续发展评估与监测工作,迫切需要各国积极实践和提供成功案例。陈军带领团队提出了地理数据驱动和空间证据支撑的可持续发展目标监测评估新方法,完成了世界上首个面向联合国2030可持续发展议程的县域综合评估示范,向国际社会提供了“中国(德清)样本”。联合国副秘书长称其具开创性、示范性。


这一成果获得了2019年世界地理信息杰出应用奖,还被联合国评为SDGs最佳实践(全球仅50例)。


百尺竿头

更进一步


改革开放以来,随着国家科技实力的整体提升,测绘科技飞速发展,我国正在从测绘大国走向测绘强国。以夏坚白、王之卓、陈永龄等为代表的第一代测绘学科带头人,奠定了我国测绘科技高起点发展的根基。紧随其后的第二代测绘人将测绘学科带入了世界先进水平,陈俊勇、李德仁、许厚泽、刘先林、宁津生、魏子卿、王任享、童庆禧、刘经南、高俊、王家耀、张祖勋、许其凤等先后当选院士。随后,杨元喜、李建成、龚健雅、郭华东、郭仁忠、周成虎、陈军、孙和平等当选院士,以他们为代表的学术骨干成为第三代学科带头人,和老一代学者一起,带领学科走向国际测绘界的最前沿。


“要面向经济建设与社会发展的实际需求,用遥感技术解决实际问题。”导师的话历历在目,这是新时代国家基础地理信息中心的责任担当和使命。而陈军又开始思索研究新的理论技术,比如如何构建新一代的自然资源时空信息技术体系,更好地支撑自然资源“两统一”管理。



步入测绘行业40载,陈军收获了系列创新成果和众多荣誉,他深深地领悟到,掌握和运用新知识最重要!知识不仅是书本知识,还要有分析问题、解决问题的方法。他诚恳地说:“只要努力了,总会有所收获。但你的收获或成就,一定离不开团队和朋友们的支持;因此,你若有所成就,也一定要多去帮助他人,尤其是多帮助年轻人。”


文 / 本刊特邀记者徐红