——记中国科学院遥感与数字地球研究所方俊永副研究员

本刊记者　周珈慧

　　
　　在古代，伟大的旅人常年辛劳奔波，用脚步梳理着每一寸大地，历经艰难险阻，才能绘制一份真实的地图。今天，空间测量与遥感技术目光如电，空、天、地一体，感知着广袤大地上的一切，为我们获取地理信息增添了“利器”，使我们的目光更远大而深邃，使我们的足迹抵达古代世界不可想象、不能涉足的地方。
　　当我们怀着这样一种感情走近方俊永、走进他的科研世界时，我们原本以为足够宽广的视野顿时显得狭促了。
　　这位年轻的科学家有着爽朗的性格、流畅的思维，与他的谈话，像是一次前所未有之广阔的旅行。
　　
发轫航空遥感
　　
　　1999年9月，方俊永开始北京理工大学光学工程专业的博士研究生生涯。从那时起，他的角色就由求学的学生转换为进行科学探索的研究者，在导师赵达尊教授的指导下，方俊永开始进行“层析成像光谱技术及其图像重建”的研究，由此开启了航空遥感领域的大门。
　　如果说博士论文的工作算方俊永开始从理论和算法方面与航空遥感进行“软接触”的话，2003年方俊永进入中国科学院遥感应用研究所（现中国科学院遥感与数字地球研究所）开展的博士后工作，就是实打实的“硬接触”了。
　　在博士后研究工作中，他遇到了合作导师——童庆禧院士，这位我国遥感技术和应用领域的最早开拓者之一的科学家。如果说遇到一位科研前辈的指点算幸运，那方俊永无疑是幸运儿。在开展合作的第一个课题研制大面阵多高光谱兼容型数字相机系统时，他又得到中国红外和遥感技术专家薛永祺院士的指导。能够得到两位院士的指导，方俊永直言背负的压力比较大，但同时又感到动力满满，特别是两位院士平易近人的性格和专业上的悉心指导，让方俊永很快进入工作状态。同时，方俊永科研上的潜质也得到两位院士的赞赏和认可。
　　21世纪初期，大面阵的CCD成像器件还属于限制进口的关键器件，两位院士就抽出宝贵的时间与方俊永一起进行器件和相机厂家调研、设计方案讨论，特别是薛院士就相机采集控制部分给出了非常具体的实施实例供他和同事们使用参考。经过一年多的研制开发，多模态数字相机（MADC）I型样机终于在2005年进行了直升机的搭载飞行试验，获得了预期的高质量航空数字影像。MADCI型虽然整体外观略显粗糙，但能够实现宽视场、前后倾斜多角度、多光谱等成像模态，在国内尚属首例。
　　在随后的几年当中，在童院士和薛院士的共同指导下，方俊永继续承担了中科院、北京市科委、大科学工程等多项科研装备研制项目，如“稳定平台与像移补偿系统”、“地面成像光谱辐射计研制”、“高性能航空光学遥感器的研制”、“面向矿产资源勘查的地面/机载短波成像光谱仪关键技术研究”、“多模态数字相机”等。在这些项目研制过程中，两位院士的高瞻远瞩以及对总体方案的把握等对项目的顺利实施完成奠定了坚实的基础。每每谈起两位院士的亲身指导，方俊永仍旧是感激万分，“正是站在两位巨人的肩膀上，我的航空遥感之路才会如此的平坦和顺利”。
　　
从集成创新到原始创新
　　
　　我国国土辽阔，对地理空间数据有着巨大需求，且随着遥感技术的深入发展，多类型的遥感数据得到了更广泛的多领域应用，与此同时，新型遥感数据源就成为了遥感应用发展的瓶颈之一。因此，方俊永科研团队把研究重点聚焦在能够获取高空间分辨率和高光谱分辨率数据的新型遥感观测技术，通过研制新型遥感传感器，为遥感应用提供数据源保障。
　　目前，多模态数字相机（MADC）已经研制到III型了，进一步加强了自主研发能力，从集成创新发展到了原始创新，成为了大科学工程“航空遥感系统”中用于应急监测的主体设备。在MADC的研制过程中，方俊永科研团队提出的多相机组合拼接方法得到了实际验证，申请的发明专利“基于移轴原理的拼接成像系统”得到了认可和授权。
　　MADCIII型相机基于组合拼接成像方法，在保持成像光轴垂直于地面的同时，能获取高分辨率宽视场、宽视场、多光谱、前后立体多角度等多种成像模态，特别是在高分辨率宽视场成像模态时，能够获得旁向幅宽30K像素、旁向幅宽大于12km@10km航高、旁向视场角接近70度、像元分辨率0.05mrad的高质量高分辨率影像，将为应急监测发挥重要作用。
　　在成像光谱数据获取方面，方俊永科研团队在薛院士指导下，提出采用反射镜旋转扫描方式获得“图谱合一”的成像光谱数据，相对于点测量型的光谱仪，能够在测量地物光谱的同时得到地物的高分辨率影像，从影像上每个像素点都可提取相应地物目标点的光谱曲线，是地物目标光谱测量技术的重大突破和创新。研制的地面成像光谱辐射计（FISS）是国内首台成像型的地面光谱测量设备，该研究成果于2010年12月通过国家科技成果鉴定，并获得“一种地面成像光谱测量系统”发明专利授权。FISS系统已进行了大量野外与实验室成像光谱测量试验，并取得良好应用成果，获得多家用户单位的一致好评。方俊永科研团队目前正致力于FISS系统的改善、短波红外成像光谱仪、高集成度高分辨率的机载成像光谱仪的研制工作。
　　多项科研课题让方俊永在科研道路上越走越宽，越走越快。2013年，方俊永参与了遥感地球所曹春香研究员课题组的“双色红外环境健康遥感诊断系统研发”项目，负责双色红外成像演示系统的研制。基于半导体所自主研发的中波/热红外双波段探测器，他带领团队开发其探测器驱动、模数转换、数字电路输出、采集和存储等功能，并与双波段红外镜头进行集成调试，形成双波段红外相机演示系统。双色红外系统的研制，创新性地基于国产芯片同时获取中波和热红外影像，采用同一成像光路消除了传统双光路系统的参数不一致性，能够为环境温度反演、环境健康诊断等提供新型有效的遥感数据。
　　
事必躬亲的实干家
　　
　　遥感传感器的研发工作一直以来在遥感所就不算是主流科研的组成部分，从事遥感传感器专业的科研人员并不多，方俊永属于其中比较年轻的一位，再加上受研究生招生专业的影响，方俊永科研团队中能够辅助进行科研工作的硬件相关专业的研究生也十分匮乏。
　　在人员配备不是很合理的科研队伍中，大多数情况下，有关遥感传感器的总体设计、硬件开发等工作都是方俊永一肩挑，从总体的方案设计、结构设计、集成设计等大框架的布局，到组件的功能、接口、机加工图纸等小细节的核查，都离不开方俊永详实认真的工作。这些成就了方俊永严谨、细致和缜密的科学家风范。
　　新型遥感传感器的研发离不开组件的调试、测试以及总体集成、试验，特别是机载设备需要进行多次的飞行试验，这些基本上都是在方俊永的主导下完成的。方俊永科研团队研制的各种航空数字相机，已完成几十个飞行架次的试验和任务执行，飞行时间超过300小时，除极个别的架次外，方俊永都是亲自在飞机上进行设备的操作和调试。
　　对于这些飞行试验，方俊永解释说，自己上飞机操作的主要原因是，因为进行一次飞行试验，花费少则几万元，多则几十万元，而自己对研制的相机系统是最熟悉的，万一出现问题，在飞机上是可以进行调试和补救的，不至于空飞一个架次。此外方俊永还表示，每次飞行试验，都尽量让更多的研究生参与进来，培养他们对航空飞行的认识以及熟悉设备的操作流程和规范。
　　谈起这些飞行试验，方俊永的思绪就又开拓了很多，他向记者介绍了一些他们试验当中的几大“最”。飞行高度最高是2005年10月奖状II型在9000m高度进行山东济宁地区的遥感试验，飞行高度最低是2008年7月-9月运12在300-500m高度进行青岛奥帆赛区的浒苔应急监测，最南边的飞行是2006年9月在珠海进行的数字石龙项目，最北边最西边的飞行是2005年7月在石河子进行的农场监测项目，一天当中飞行时间最长的是两个架次飞行8个小时。说起这些时，方俊永略显兴奋和轻松，但记者知道，具体的试验过程绝不像他说的这么简单。
　　方俊永介绍说，目前常用于航空遥感的机型是运5和运12，运5俗称是“空中拖拉机”，运12相比较而言各方面条件要好一些。运5飞行的时候噪音很大，如果不用专用的通讯耳机，就必须在耳边大声喊叫，对方才能听清楚，或者干脆采用纸板书写的方式进行沟通交流；此外，运5的震动颠簸也比较厉害，若再遇到那种闷热天气，没有几个能扛得住不呕吐的。但正是在这样的飞行条件下，方俊永的飞行小组还要对设备进行操作、调试，以保障设备的正常运行获取高质量的航空遥感数据。
　　谈起最惊险的飞行试验，方俊永回忆起2008年5月的汶川地震应急监测那次。汶川地震牵动全中国人民的心，当时的中国科学院遥感应用研究所快速响应，成立了多种手段的抗震救灾队伍以实现科技救灾的目标。方俊永所在小组是以李紫薇研究员为首的航空飞行团队，携带MADCI型相机系统利用陆航团的米171直升机进行灾区的灾情监测。在汶川进行了三个航次的航空遥感飞行，获取了地震灾区上千幅全色和彩色的航空遥感影像。这些宝贵的数据经过快速紧急处理和信息提取后，仅在几个小时后就提交到前线指挥部手中，为决策者的救灾安排和合理调度提供了重要参考依据。最惊险的是2008年5月26日下午进行的最后一次飞行，沿岷江都江堰到理县，包括震中汶川在内的地区进行了航空监测。而之后的两天，同样型号的直升机，几乎同样的航线，由于天气状况的影响，陆航团的直升机失事了，造成了巨大的损失。回想起这些，方俊永依然心有余悸，但这些担心都无法阻挡科学家在国家的需求和工作使命的召唤下，依然坚定执行应急监测任务的步伐。
　　在项目实施的具体过程中，方俊永坦言，自己并不总是“设计师”的角色，并不仅仅只是写报告、做PPT，大部分情况还是“工程师”，还要进行许多实际执行层面的工作。在方俊永看来，自身的学术修养、业务水平还没有达到只做“导师”的地步，还有很多新型技术是需要学习和提高的，对科技前沿不能只是“道听途说”，需要真正去实践和掌握。
　　
追逐遥感梦想
　　
　　科研之旅，本身就是充满着艰辛与寂寞，在黑暗中摸索的道路。随着遥感地球所的机构调整，方俊永科研团队将研究重点定位为低空遥感技术与应用。他们进行低空遥感关键技术攻关并形成工程样机系统，对低空遥感平台和载荷进行系统集成与成果转化，形成遥感地球所的实用化低空遥感系统。针对新的发展目标，方俊永坦言压力和阻力都挺大，但他坚信，只要专注、脚踏实地，做出具有实际效用的系统，终将实现既定目标。
　　在这条漫长的科研旅途中，方俊永凭借其光学工程的专业背景和知识，还积极参与了遥感地球所科研条件部的科研支撑条件建设。这两年，他一直在肖青研究员的倡导下进行光学定标实验室的初期建设，他们购置了用于光学遥感器光谱定标、辐射定标及几何定标用的相关实验设备，现在基本能够满足遥感地球所及区域中心遥感器的自主定标需求，这也为新型遥感器的前期测试和试验提供了实验环境。
　　新型遥感数据源是遥感研究和应用创新的根本，而专业人才是重中之重。谈到对未来的期望，方俊永直言，希望遥感地球所能够在新型遥感器研发上给予一些政策性的支持，并加强相关专业的人才队伍建设，因为脱离了创新的数据源和人才，将很难保持遥感国家队的领先优势及火车头的源源动力。