【大家】于无声处听惊雷——刘先林院士与他的摄影测量

卫星与网络

（原文刊登于《卫星与网络》杂志2012年11月）

棕色的老板桌表漆早已磨穿，浅黄色的木头色清晰可见。

看到他的办公室，你肯定想象不到他是个老板。

他穿着一件深蓝色T恤，一看就是“久经沙场”了。

看到他朴素的穿着，你一定没想到他是个院士。

他脸上挂着超级亲切的笑容，让人如沐春风，也不觉露出微笑。

他不擅言辞，但一谈到测绘摄影的专业领域，就像换了一个人，滔滔不绝。

他就是素有“最具有工人气质的院士”之称的刘先林。

人物小传：

刘先林，男，中共党员，现任中国测绘科学研究名誉院长、中国工程院院士、研究员。

1939年4月19日生于桂林。籍贯，河北省。

1962年毕业于武汉测绘学院航空摄影测量专业，分配到中国测绘科学研究院（原国家测绘局测绘科学研究所）从事科研工作。他长期致力于摄影测量和航测仪器的研究工作，为我国航测事业的发展做出了突出贡献。

1965年研究成功微分法空中三角测量。该方法被编入当时国家测绘总局1：1万航测内业规范。

1968年编制出DJS—5空中三角测量航测内业加密程序，使新兴的计算机技术第一次被引进中国航测生产领域。

1983年全国人民代表大会代表。

1984年研制成功ZS—正射投影仪以及与之相配套的80个程序的软件包，在数据压缩、等高线软件等方面达到了国际先进水平，获得国家测绘局科技成果一等奖，1985年获国家科技进步三等奖。

1988年以后相继研制成功集光机电计算机技术于一体的JX—1解析测图仪和JX—3解析测图仪，填补了国内该类仪器的空白，部分占领了国内市场，JX—3解析测图仪并获1992年国家科技进步一等奖。

1992年中共第十四次代表大会代表。

1994年当选为中国工程院院士。

1998年5月研制成功JX—4A数字摄影测量工作站，获国家测绘局1999年度科技进步一等奖。

1999年领导科研小组研制成功数字化测绘技术集成及产业化，于2001年荣获国家科技进步一等奖。这套设备包括JX-4CDPW全数字摄影测量系统、影像扫描仪、3DVR系统，在中国测绘行业从模拟到数字的转变中起了决定性作用，并且实现批量出口发达国家。

2007年5月，牵头研制的SWDC数字航空摄影仪通过产品鉴定，高程精度指标达到同类产品的国际领先水平，整体技术指标达到国际先进水平。

2007年8月与首都师范大学联合研制三维城市快速数据采集系统；与山东科技大学联合研制新型车载导航仪。

2010年“SWDC数字航空摄影仪”获国家测绘局科技进步一等奖排名第一。

从机械计算到电子计算机

每一个中国人都梦想着中国的富强，刘先林也是如此热切期盼着。然而希望是美好的，现实却是残酷的。在上世纪50年代，中国的科技还很落后，尤其是测绘仪器，国内根本没有自己的产品，都是从各个国家进口的。为了解决测绘仪器的国产化问题，国家开始投入科技力量，但是收效甚微。1962年，刘先林从武汉测绘学院航空摄影测量专业毕业了，他投入到中国测绘科学研究院（原国家测绘局测绘科学研究所）从事科研工作，开始了与测绘仪器的不解之缘。

1983年前后，计算机技术开始引入测绘仪器设计制造。计算机技术降低了对精密机械制造能力的需求，从前要靠机械实施三维计算，引入计算机之后，机械部分只需要承担二维运算。刘先林的专业能力终于有了用武之地。同时，这在一定程度上使刘先林及其带领的科研工作者们有条件实施跨越式发展。

不过，刘先林作为一个航空测量专业的毕业生，是怎么和计算机乃至机电一体化技术发生关系的呢？原来，1969年，国家测绘总局被撤销，科研人员被下放到干校。刘先林在六七十年代也被下放到工厂。由于工厂缺乏电学工程实践的人才，刘先林被推上一线，开始接触电器实验台、汽车交流发电机、可控硅等电学的工程实践工作，搞过机械，甚至做过钳工。用刘先林自己的话说，叫做“现学现卖”。扎实的理论基础加上从天而降的实践机会，使他在电学和机电一体化方面取得了成就。

国家花费了巨额的外汇买进来的测绘仪器，有时却是一些报废的机器。刘先林不止一次在实践工作中遇到这样的事情，外人根本无法了解刘先林为此忍受过多少内心的撞击和疼痛。温和的刘先林甚至扔出很重的话：“他们骗我们中国钱！”正是如此强烈的痛和心中升腾起的压抑不住的使命感，刘先林才能克服重重困难，最终研制成功JX-3解析测图仪。虽然JX-3部分性能还不如国外产品，但主要功能和性能都基本相当。更重要的是，JX-3解析测图仪的出现，一下子就打破了国外的垄断。当时国外向中国出口的测绘仪器要比国货贵上七八倍。譬如一种叫做解析测图仪的设备要价36万美元一台，而JX-3售价只有36万人民币。比较有趣的是，当用户来鉴定JX-3时，虽然挑了很多毛病，但最后给出了“你这个设备还可以”的结论。刘先林说，这在当时算是最高评价了。和国外设备比起来，测绘科学院毕竟处在国内，距离用户单位比较近，维修、提高、更新、改造等外国设备要方便的多，这个优势让JX-3站稳了脚跟。

由于测绘仪器的难度巨大，国内除了刘先林的团队以外，没有任何人敢于向这个领域发起冲击，因此刘先林的仪器是全国独一无二的。这项工作也为后期的测绘设备全面计算机化打下了基础。“中国人并不比外国人笨，一定要有勇气赶超世界先进水平。”刘先林鼓励国人创造自己的产品，并以自己的实际行动做出了表率。从开始研制测绘仪器，刘先林院士先后研制出正射投影仪、机械式、数控绘图机等等。80年代中期以后还研制出了JX4-全数字摄影测量工作站和航空数码相机。刘先林还曾经研制过用于地图印刷的大幅面激光照排机，虽然没能大规模投入使用，但也独具技术特色。目前，刘先林正在带领团队研制激光扫描车。

国产测绘仪器的研制成功和产业化，迅速占领了市场。例如解析测图仪，国外产品的总进口量大约是20台，刘先林的JX-3则生产了八九十台。而JX-4全数字摄影工作站则更为成功，现在已经销售了2000套左右，在国内占了很大的份额。

“作为一个中国人，我们要搞自己的仪器，要把国外的机器挤到仓库里去。”刘先林终于实现了多年来的夙愿。

另辟蹊径研制航空相机

近年来，我国对航空数码相机的需求巨大。但由于工业基础薄弱，中国一直无法生产航空数码相机所需要的芯片等核心器材，因此不得不大量进口。进口设备不但价格高达1600万元一台，而且在不断蚕食国内企业的市场。在2003年前后，进口产品的冲击达到了高峰。中国有辽阔的国土，需要大量航空数码相机，其总需求占了全球的三分之一到二分之一。如果不能及时拿出国货来与进口产品相竞争，等于把庞大的市场拱手送人。有关领导和测绘研究院非常着急。

为了解决国产化问题，与国外产品相抗衡。已过退休年龄的刘先林又一次出山，带领科研人员，从2006年开始研制航空数码相机。但由于国内的基础薄弱，研制工作屡遭失败。既然基础技术一时不能突破，那么能不能另辟蹊径呢？国外的普通数码相机对中国是开放进口的，如果能用高端数码相机改造成航空相机，不但省钱，而且快捷。哈苏相机是普通民用相机中最高端的品牌之一，单价达到二十多万元，不过和上千万元的专用航空相机相比就便宜多了。于是，刘先林考虑用瑞士生产的哈苏数码相机来组装航空相机。

哈苏相机在民用相机中以画幅大、成像清晰、畸变低而著称。不过与航空摄影的要求相比，它的畸变还是很严重。因此刘先林面对的又一个难题是，如何把这个畸变归零。一般民用相机都是手持使用，很少考虑在航空器这样的高动态平台上使用，因此要对数码后背、机身和镜头进行加固。最重要的是，航空摄影要求相机能达到两亿像素，这是民用相机无法达到的，连哈苏这种最高端民用相机也只有5000万像素。因此，刘先林等人用4台哈苏相机拼装起来，精确地设定每台相机的拍摄范围，把图像拼接起来以后，就有了两亿像素的航空摄影能力。当然，这不仅仅是把4张照片PS到一起，而是要进行精确的校验和计算机拼接。经过长期努力，这条道路取得了成功。如今，欧洲的西班牙、法国、德国也模仿刘先林的方法，研制低成本航空相机。

这种独辟蹊径带来了意想不到的好处。一般航空测量相机的镜头是特制的，不但价格高昂，而且无法更换镜头。民用相机的可选镜头种类却非常之多，能够用一套相机系统实现不同焦距、不同飞行高度的摄影工作。这其中的奥秘，也是如何解决成像畸变问题，是刘先林带领团队发挥创造力的成果。

解决了上述技术问题后，刘先林团队向市场推出了自己的航空相机SWDC，售价只有400多万元，但各方面性能比国外上千万元的相机一点都不差，在可更换镜头方面还远远胜出。这对中国的航空测绘具有特别重要的意义。中国处在大规模工业化和基本建设中，导致很多经济发达的空气污染比较严重。如果飞机的飞行高度太高，就只能拍到雾蒙蒙的一片。而国外的航空相机只适用于较高的高度，在很多地方是无法发挥效能的。另外，国外航空相机为了保证分辨率而采用了长焦相机，导致景深过浅，高程分辨率严重不足。刘先林研制的SWDC却避免了这两个问题。因此从2012年开始，SWDC型航空相机的销量与日俱增。国内的中小比例尺航空摄影相机市场已经有60～80%为SWDC占有。国外的三家大型厂商新销售的航空相机数量远不及SWDC。要知道，这些国外厂商里，有蔡司和莱卡这两家世界光学领域的最顶尖企业。刘先林的成就，已经达到了相当高的水平。

在SWDC的基础上，刘先林率领团队，用同样的技术研制出了倾斜摄影相机SWDC-5，而且是世界上第一个真正取得成功的产品。倾斜摄影相机对未来LBS具有重大的意义，它可以拍摄出建筑物和地物的立体图像，可以很方便地进行立体建模。有趣的是，此前有一家美国企业也研制过倾斜摄影相机，但因为没有掌握民用相机改为工业相机的核心技术，只达到了1000万像素的分辨率，不具有使用价值。而德国莱卡公司直到2012年才正式推出了自己的倾斜摄影相机。

汶川地震立新功

满头的白发和一双满是沧桑的手，刘先林朴实无华外表下的那颗矢志不渝自主创新的心，令人感佩。然而更让人敬佩的是，他那充满着普通人的那种平凡的人生态度。刘先林虽取得了别人眼中卓越的成就，却对日常衣食住行的生活要求很低。而在远离浮躁、淡泊名利的生活之外，他甘为人梯，用自己的人格魅力为我国测绘科研领域培养了一批优秀的人才。刘先林还不太喜欢穿着打扮。在出席重要会议的时候，经常因为没有合适的着装而发生尴尬。甚至有一次，时任中共中央总书记的江泽民同志要给有功人员授奖，刘先林竟然找不到西服，最后只能借了一套不太合身的西服出席。这也算是刘先林科研生涯中的一件趣事。

也许是因为中国人表达感情的含蓄，刘先林对共产党、对国家，哪怕是爱得心里滚烫，口头上却没有太多热乎乎的话，但从每一件事都可以看到那颗沸腾火热的爱国心。

2008年汶川地震时，灾区急需大量遥感图像来支撑救灾部署和安置工作。当时虽然有大量国内外遥感卫星可用，但卫星由于轨道较高，只能达到米级分辨率。要想获得分米级、厘米级的遥感图片，必须使用航空遥感手段。于是，刘先林的相机被放到了第一线。

得知消息的当晚，刘先林就急切地到了机场。刚下机，也顾不得休息，马上投入工作。几经协调后，遥感飞机终于起飞，获得了大量资料，为抗震救灾起到了不可忽视的作用。事后统计，刘先林研制的国产相机获得的图像，在所有航空遥感图片中占到了60%，是当之无愧的骨干。能为灾区贡献自己的一份力量，刘先林倍感安慰。

不过刘先林并未因此而满足。他发现，救灾所需要的航空遥感资料在分辨率方面的要求不高，但在时效性方面的要求很高。因此他现在正在攻关无人直升机航空摄影测量，依然全身心扑在科研创新工作的第一线。

刘先林个人语录：

搞科研需要你有献身精神，需要你付出比一般的生产活动更大的劳动。许多重要的想法、重要的方案、重要的思路几乎都不是在八小时以内想出来的。一旦工作上了手，就放不下。

技术创新，最关键的就是要注意克服盲目性，要把实际应用作为科技创新的主体目标，不能搞无应用价值的科研。要把创新紧密结合国家需要和市场需求，科技创新才能有生命力。

科研工作就好比压在石头下面的种子，你不知道它会从哪儿长出来，但是它一定会长出来。

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