测绘新青年•张过｜一直在跟测绘卫星较劲
【人物名片】张过，武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室教授，珞珈特聘教授，“资源三号”应用系统总师助理兼影像处理与应用分系统主任设计师，“珞珈一号”卫星工程总师，曾获得国家科技进步一、二等奖，“武汉大学对地观测与导航技术创新团队”国家科技进步奖创新团队奖。
【研究方向】主要从事光学、激光、雷达、视频卫星处理与应用等方面研究。
2018年6月，重量约25kg立方体科学试验卫星“珞珈一号”01星，即将搭载夜光遥感相机与导航增强载荷进入太空，该卫星具有夜光遥感与天基导航增强功能，可通过数据分析处理生成夜光GDP指数、碳排放图、贫困基尼图、城市住房空置率图、鬼城指数等重大社会经济参数产品。而作为全球首颗专业夜光遥感卫星“珞珈一号”总师的张过，却笑言这是一个“偶然中的必然产物”。
其实，这并不是张过第一次研究卫星。早在2005年，仅29岁的张过作为主要技术骨干参加“资源三号”卫星数据处理系统研发，用近乎完美的表现攻克了国内首颗自主测绘卫星“资源三号”的诸多技术难题，并在2012年和2013年相继获得测绘科技进步特等奖和国家科技进步一等奖。张过科研生涯的第一个十年，可以说都献给了“资源三号”。
“资源三号”之后，张过一头扎进中国高分专项工程的一颗遥感卫星“高分三号”技术攻关中。如今，他又投身于“珞珈一号”01星的研制。一路走来，张过一直在跟测绘卫星较劲。
他的较劲为自己赢得了荣誉。2015年1月，“武汉大学对地观测与导航技术创新团队”获国家科技进步奖创新团队奖，在由李德仁、刘经南和龚健雅三院士领衔的15位核心成员中，2005年博士毕业就加入的张过是最年轻的团队成员。
如果你问张过为什么选择摄影测量与遥感专业？他一定会笑着说：“选专业是上当受骗。”1996年，还在上高三的张过看到武汉测绘科技大学（2000年并入武汉大学，下称武测）的专业报考指南时，被“摄影”二字吸引了，“以为是拿着相机咔嚓咔嚓拍照玩儿的”。单从摄影来说，拍照的确是一件好玩的事情，所以张过没想太多就奔着好玩进入武测了。
刚进武测没多久，张过认识到自己的专业并不是想象中那么“好玩儿”，质疑“学这干嘛”。正当他动摇的时候，时任武测遥感信息工程学院院长的李德仁院士在入学期间亲自给两个航测班新生上了一堂班会课，认真生动地讲解了整个学科的发展情况以及未来的发展趋势。有幸亲耳聆听李德仁院士的讲解后，张过觉得“这个学科还挺好，今后可大有作为”，正是这门班会课让张过吃了一颗定心丸。
定下心来认真学习的张过依然记得班会上李德仁院士的淳淳教导：“测绘这门学科是基础性学科，但学科范围非常广，在国民经济发展上可以发挥巨大作用，同时计算机科学等其他学科的发展也会给这个学科注入新的活力，不再仅仅是艰苦的行业。这门学科课程非常多，在武测所有专业里面应该是最多的，但学下去会对你们有好处。”李德仁院士这堂班会课对他们这届新生影响巨大，两个航测班共60人都没出现转学和转专业现象，甚至在由张过组织的武测航测班入学20周年聚会上，当年曾经聆听过李德仁院士教导的学生无不认为这堂班会课很有意义，对他们的成长影响深远。多年后，可能李德仁院士已经忘记这个班会，但是这批学生却一直记忆深刻。
张过在草庐遗址留影
其实早在张过高中毕业前夕，一个非常牛的数学老师就曾对他们建议：“一个从农村出来的孩子要把自己该学的东西学好，注重基础性知识，学好所有课程。从实用角度来说，有些知识在当前可能没有任何用处，可以不学，但是对未来是有用的。”无论是李德仁院士还是高中数学老师，他们的教导都互相验证了基础知识的重要性，因此张过在本科期间一直按照老师的教导去学习钻研，成绩一直名列前茅。
本科毕业，张过在班里专业成绩排名第一，获得硕士研究生保送名额，直接进入李德仁院士团队进行研究生学习。李德仁院士经常鼓励张过这批学生要多出去走一走、看一看，利用课题经费资助学生出国交流，走到学术前沿，了解国际上别人在做什么。张过牢牢抓住这些学习交流机会，用知识努力武装自己，积极开拓自己的专业视野，2年后硕士毕业，他再次获得博士保送名额，继续跟着李德仁院士攻读摄影测量与遥感专业博士。
本科四年，硕士两年，博士三年，张过在武测的九年没有过多的纠结，按照他的话说就是“顺理成章”。现在回忆起多年前的求学经历，他边抽着烟边调侃道：“我很惨啊，从1996年到现在，一直在这个武测圈子里晃，从没出去过。”
时间倒回到2000年，刚进入千禧年的中国，“当时我国相机水平、卫星生产工艺水平等都相对较低，李老师认为通过摄影测量手段依然可以把卫星做好。”李德仁院士的一席话，成为了张过博士生涯以来的重点研究方向。这个时候，张过还不知道，国家的一个重大决定正在悄然改变着测绘学科。
2004年，原国家测绘地理信息局开始筹备谋划我国第一个测绘卫星——“资源三号”，来满足国家1:50000测图要求。2005年，“资源三号”卫星测绘论证组成立，龚健雅院士担任论证组组长，唐新明任常务副组长。由于博士期间正好从事卫星相关研究，2006年经李德仁院士和龚健雅院士推荐，张过进入“资源三号”测绘论证组，负责“资源三号”指标论证，撰写“资源三号”指标论证初稿。令张过没想到的是，这一论证就是三年。
“资源三号”卫星要做到1:50000测图，卫星高程精度必须达到5米，平面精度达到25米。但是当时我国的卫星平面精度在一公里左右，与这一指标要求差距很大，“当时我们谁都没有底。”一接到这个科研任务，张过就马不停蹄地开始翻阅各种资料，思考怎么分配卫星、地面处理的指标怎么分配最合理。“按当时国家卫星水平要满足1:50000测图是不可能的事情。我们测绘是几何精度定位，那么定位精度在整个卫星系统链路上到底有什么误差影响？哪些问题应该太空中的卫星解决？哪些问题应该地面站解决？哪些问题需要星地协同一起解决？这是当时我们提出的解决思路。”
由于国外相关卫星指标文件是保密的，论证组无法参考，而国内以往的类似文件仅两三页，只对卫星定位精度、分辨率、波段等大指标作了规定,而这些大指标并不能保证实现总体指标，满足测绘精度要求。“一切都是从零开始。”张过根据既有资料对各项指标进行细化，分解到每个工况，撰写“资源三号”指标论证初稿，在“资源三号”卫星关键性技术突破方面提出整个产品分级体系，提出天地一体化几何标定技术和虚拟重成像技术。
2012年1月9日，“资源三号”01星在太原卫星发射中心腾空而起，中国民用高分辨率立体测图卫星实现了“零的突破”；4年后，02星与01星相会浩瀚太空，共同组成我国自主民用立体测绘双星组网运行，让我国从测绘大国加速向测绘强国迈进。看到“资源三号”得到广泛应用，张过内心充满着喜悦和自豪，他还把“资源三号”定义为“三好学生”：第一指标论证得好，第二卫星造得好，第三地面处理好。同年12月，因为科研工作突出，张过获“资源三号”测绘卫星工程研制先进个人二等功。
从2005年博士毕业参与“资源三号”研制，到2015年跟随老师李德仁院士一起问鼎国家科技大奖，张过科研生涯的第一个10年，可以说都献给了“资源三号”，他坦言：“这是选择的结果，是李老师给我指的一条路。”
从“资源三号”到现在的“珞珈一号”，张过似乎跟卫星较上劲了。作为“珞珈一号”总师的张过，却把“珞珈一号”比喻为一个“偶然中的必然产物”，那么这场意外又是怎样形成的呢？
2015年初，李德仁院士就地理信息产业如何发展问题撰写文章《迎接地理信息产业与IT产业的大融合》，指出地理信息产业与IT产业融合发展中产业链融合、多技术集成是地理信息产业发展的必由之路。这篇文章使张过深受启发，他想将李德仁院士的想法付诸实践，促进地理信息产业与IT产业的大融合，一颗多功能集成卫星的想法在他心中落地生根。这一年元宵节，张过刚好在出差期间遇上一位从英国学习2个月回来的航天五院朋友。晚上聚会上，这位朋友就跟张过分享在英国学习期间的各种见闻，其中一个信息让张过内心澎湃。朋友无意中透露“300万可以搞一个小卫星”，张过顿时大呼“这真好”。
出差回来后，本来就想做卫星的张过依托地球空间信息技术协同创新中心、测绘遥感信息工程国家重点实验室、遥感信息工程学院和高分辨率对地观测系统湖北数据与应用中心，组建了以李德仁院士为首席科学家的“珞珈一号”科学试验卫星研发团队，着手推进卫星研制工作。
经费从哪里来？听了朋友的分享，张过却没有过多地考虑经费问题。“我当时想得很简单，因为每年的项目余额还有400多万，我想拿个300万出来去干这个事儿。”理想很美好，现实却很骨感。做到最后，300万完全不够！“太新的东西是没人支持的，这个项目团队亏得一塌糊涂。”虽然经费有点紧张，但是张过愿意“折腾这个事儿”。组建团队后，摆在张过和团队面前最大的困难就是不懂。“我们一直从事处理和应用，卫星指标我们提得没问题，但是卫星的电、热、机械结构等物理特性、机器加工这方面知识我们都是不懂的。如何找到合适的合作伙伴，一起来按照我们处理和应用的思路来把这颗小卫星做好就是我们要去解决的问题。”
从系统指标论证到单机指标论证，张过和团队就花了一年半时间。“我们以为只要确定卫星姿态和测量系统的部件指标，没想到自己造卫星里面各项单机指标也要论证。从论证工作上，我们深入到别的专业领域了，学了很多东西，我们也往前进了一步。”他们除了进一步了解单机对整个卫星系统有什么影响、指标如何认证，还需要确定单机从哪里采购、哪个产品最合适等一系列问题，“这跟以前在国家体系里面做卫星有很大的差别。”
“珞珈一号”卫星指标和采购问题解决了，与之相关的还有地面站和定标场的建造和管理。怎么理解地面站和定标场对卫星的作用？张过形象地解释道，“卫星可以理解为一个无人机，要让无人机运行必须要有一个操控的装备。无人机工作完毕后，工作人员可以简单地把数据内存卡拔下来就行，但是卫星在太空里面，不能直接拔卡，于是需要地面站对卫星进行操控和数据接收。定标场也非常好理解，所有的卫星进入太空之后都要做系统参数监测，卫星发射后不能拿回实验室进行参数监测，需要定标场把卫星不变的参数标出来，因为卫星经过主动段震动后，很多参数就发生变化了。如果没有这些定标手段，卫星做得再好也没用。”
定标场如何选址？2006年由龚健雅院士和张过联合指导的一名硕士研究生就论证了中国光学卫星几何定标场如何选址的问题。比如需要考虑气象、环境、交通、造价等因素，综合这些因素，2008年龚健雅院士联合相关单位建设了嵩山定标场。后来，他们在宁夏中卫建立了第二个定标场，因为这地方一年有300天是晴天，能见度好，几乎不下雨，方便他们随时随地做卫星定标工作。现在“珞珈一号”卫星地面站在武汉大学，由张过负责具体技术管理，他需要思考的是如何发挥地面站的科研效益，如何更好地建设和管理这个学科基础设施。
嵩山遥感卫星定标检校场
说到底，张过愿意折腾“珞珈一号”，是源于其背后承载了学科发展和国民经济建设的重要功能。第一，“珞珈一号”是测绘学科基础设施，可实现从测量地表到测量社会经济参数的功能转变；第二，“珞珈一号”搭载了高灵敏度夜光相机，其精度将达到地面分辨率100米，届时将获取精度远高于当前美国卫星的夜景图片，该卫星将面向国家发改委等部门，监测中国和全球宏观经济运行情况，为政府决策提供客观依据；第三，“珞珈一号”将搭载导航增强载荷，用于开展低轨卫星增强“北斗”等高轨导航卫星的试验，“我们可能成为全球第一家试验导航增强的体制内卫星。没有这些想法是做不出来的，但光有想法却不落实也是空的。”
张过透露“珞珈一号”计划发射01、02、03星，那么这三颗卫星有何区别？他介绍到，01星是光学夜光遥感卫星，实现天基导航增强；02星是雷达视频卫星，弥补光学卫星的缺陷，解决天气条件不佳问题，继续实现天基导航增强；03星是光学视频卫星，再次实现天基导航增强，促进卫星遥感军民融合，主要解决手机如何直接操控卫星问题。“03星发射升空后，我们希望手机就是遥控器，现在我们通过地面站来操控卫星指挥卫星怎么走，并且把数据接收进行处理和应用，那么未来手机可以直接操控卫星，接收卫星数据信息。”
从原来“根本不可能造卫星”，到论证卫星单机指标和采购组装，再到卫星定标场、地面站和三颗小卫星，“珞珈一号”的6件事中有5件是张过具体负责和落实的。可以说，“珞珈一号”就是他亲手抚养长大的孩子，个中辛苦和汗水只有自己才深有体会。有时候，张过还笑言：“我本来想自己建个实验室，找一帮学生去做，最后我发现这玩意儿还不是那么回事儿。”
一路走来，一直跟卫星较劲的张过首先想感谢的人就是李德仁院士，他多次说，“是李老师带我走上这条路。在学术研究上他不会直接告诉你怎么回事，而让你自己学会本事，但有问题的时候，他会直接指出问题在哪。”在李德仁院士的影响下，张过也逐渐认识到“科学是一个刨根问底的过程，不仅要知其然，还要知其所以然，对一个问题不要浅尝辄止，要认准一个点踏踏实实、耐得住寂寞地一直往前走。”
李德仁院士不仅从学术科研上影响着张过，还在实验室营造一个相对宽松的科研环境，让年轻人安心做事情。这一点上，张过深有体会：“一直到2012年，实验室很多人都不知道我在干什么。一个卫星工程从立项论证、指标论证、研制、发射升空，再到数据处理和应用，这是个漫长的过程。过程中，李院士给我们青年科技工作者营造了一个宽松的环境。我们只要安心做事就行，他不会强制今年必须完成多少工作量，不会出现降岗或者扣奖金的情况，因此我们不用担心今天吃了这顿没下顿，科学研究本来就需要在这种环境下做事，实验室这个小圈子非常好。”
此外，身边同事朋友的鼓励也帮助张过走出灰色的阴霾。“研究过程中需要有人提点一下，尤其被某些问题难住的时候。”因此当遇到研究瓶颈时，张过通过与身边朋友同事聊天倾诉来释放压力，同事朋友知道这些事情很难，即便帮不上忙也会牵线搭桥帮忙联系相关专家。“其实这种情况非常多，很难得有这样一群同事朋友一路扶持帮助我。”
谈到当下人才评价机制，张过又吸了口烟，片刻的安静让办公室仿佛进入音频静默区。一阵思考后，他给出了自己的看法。他认为当下人才评价机制本身没有问题，但没有哪一项评价机制一定是完美的。“做科研需要评价机制，刚开始这个看起来‘高大上’的头衔确实会让人产生信任，但如果事情没做好，下次照样没机会，本质上还是看最终结果和个人能力。短期之内很多人感觉这不公平，但从长期来看还是相对公平的。”因此，张过一直告诫自己和身边年轻人：追求本心和内心的平静，别被这些评价机制指挥來指挥去，踏踏实实把本职工作做好，该是你的迟早是你的。未来三年，张过的目标是做好地面站、定标场、和“珞珈一号”三颗小卫星，并产生最大的科研和经济价值，在推动国家从航天大国到航天强国发展上做好自己的本职工作。
谈到学科传承，张过坦言“有压力，但是没有压力自己就直接躺着睡觉了。”测绘院士们把学科做到这个高度，最大的压力是我们不能躺在他们的树荫下乘凉，应该把测绘学科长成更大、更高、更粗的树，测绘学科的发展不能在我们这代人手里停滞。如何在具有百年历史的测绘学科注入新的内涵？这是我们这个年纪该想和该做的事情。
于是这些年来，两件事是张过雷打不动一定要干的。首先，他每年会抽出近一个月时间，把一年之内与测绘地理信息行业相关所有论文浏览一遍，“看看别人在干啥，我们在干啥”。因为有很多地方没看懂，他就买了一堆书来学习，就在办公室进门的地方，这些书已经堆成了两座小山。第二，在国家改革发展上，结合国家需求找到学科发展的痛点和新的科研和教学增长点。原国家测绘地理信息局并入自然资源部的改革举动，张过认为既是冲击也是学科拓展的机会。“一个单纯的测绘科学与技术的学科借此机会可以拓展到自然资源各个领域，行业之间的壁垒没有了，我们可以寻找更多的机会。”
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