独家丨姜卫平：20年的坚守，仍未停下探索海洋的脚步
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武汉大学卫星导航定位技术研究中心主任姜卫平教授
1月8日，2018年度国家科学技术奖励揭晓。武汉大学卫星导航定位技术研究中心主任姜卫平教授主持完成的“海洋测绘和内陆水域监测的卫星大地测量关键技术及应用”获国家科技进步二等奖，这是继2008年和2011年后，姜卫平团队第三次问鼎国家科学技术奖。
姜卫平（中）与“海洋测绘和内陆水域监测的卫星大地测量关键技术及应用”课题第二完成人金涛勇（右）、第十完成人徐新禹合影
在姜卫平看来，课题之所以能获奖，主要靠的是责任心、勤奋和创新。“首先是责任心，因为有责任心才能把事情做好；其次是努力，当科技工作者有了想做好的心，自然会勤奋地去做事；最后是创新，在科学研究的道路上，攻克一道道难题便是创新，我们团队正是遵循了这三个条件才有了今天的成绩。”
投身海洋测绘研究
1997年，25岁的姜卫平在时任武汉大学测绘学院教授，现任中国工程院院士、武汉大学副校长的博士导师李建成具体指导下，开始了“海洋测绘和内陆水域监测的卫星大地测量关键技术及应用”这一课题孜孜不倦的求索。
姜卫平认为，这是一项既有挑战又有意义的研究。
他说，挑战在于，传统的海洋测绘手段获取的信息全球覆盖难，时效性差。
传统海洋测绘手段是靠船去测量，由于海洋面积大，很难在较短时间内完成，何况海上有船去不了的地方，所以这种方式实际上完成不了全球海洋测绘的任务。
意义在于，海洋测绘是维护海洋权益和发展海洋经济的重要保障，通过获取精准的海洋地理空间信息数据，以及以海洋和内陆水域为对象，提供水体、水底和沿岸等地理信息，能为我国建设海洋强国战略提供基础支撑信息。
彼时，能提供大范围、全天候观测数据的卫星测高、卫星重力、卫星导航定位等卫星大地测量技术开启了观测和认识海洋的新纪元，这为姜卫平的课题研究提供了技术解决手段。
针对我国海洋地理空间信息数据的缺失，姜卫平和导师刘经南院士、李建成院士确定了课题研究的具体内容：
建立精细全球平均海面高模型
全球海域精细重力场模型
高分辨率全球海底地形模型
海洋深度基准与陆地高程基准的无缝转换模型
创建卫星大地测量技术监测内陆水域的新方法
五项研究工作，非一人或一个团队之力能完成。于是，课题联手了中国人民解放军海军海洋测绘研究所、中国人民解放军海军大连舰艇学院、国家测绘地理信息局卫星测绘应用中心三家单位，在宁津生院士的指导下，共同开展研究。
二十年的科研攻坚路
由于课题研究的开创性，姜卫平面临的困难在所难免。他坦言，困难很多，主要有三大难题：海量数据整体处理技术、数据融合处理技术和模型构建技术。
海量数据整体处理技术
单一卫星数据时空分辨率不高，提高时空分辨率需采用多颗卫星的数据。面临的第一大难题就是海量数据的整体处理技术。姜卫平提出了整体集成的数据处理方法。其核心是对多源测高数据进行整体的误差精细处理和框架转换，采用统一改正模型计算各项传播介质校正，提出利用海面异常模型削弱大地测量任务海面时变影响的方法，并建立卫星间框架统一模型。
数据融合处理技术
海量的数据融合处理是姜卫平面临的第二大难题。为了建立精细全球平均海面高模型，姜卫平选择了一种与国外不同的研究方法。“当时国外采取两颗卫星俩俩组合的方式来构建全球平均海面高模型，而我们采取的方式是全组合，即联合多源卫星测高数据。”自1970年美国宇航局发射天空实验室卫星进行首次卫星雷达海洋测高实验以来，截至上世纪九十年代末，国际上先后陆续发射了8颗测高卫星，这就意味着姜卫平需要处理8颗，且近20年的测高卫星数据，数据量特别大。
那段时间，姜卫平不得不每天不分黑夜对着电脑处理数据。“一天平均要按1-2万次鼠标。”几个月下来，把自己变成了“鼠标手”的姜卫平的右手又肿又痛。在熬了数十个通宵、长达2年的努力之后，姜卫平带领团队基于整体集成与深度融合的多源测高数据精细处理方法体系成功研发了2′×2′全球平均海面高模型，精度优于5cm，是当时国际上少数分辨率和精度极高的全球平均海面高模型之一。
“当模型算出来以后，自己和团队特别兴奋，那一刻，无数个通宵熬夜也早已抛之脑后了。”姜卫平说。
模型构建技术
然而，姜卫平和团队并没有兴奋太久，随后模型构建技术的难题又摆在他们面前。有了之前克服困难的经历后，姜卫平和团队秉承“逢山开路,遇河搭桥”的精神，用数年的时间成功克服了模型构建技术的难题。
经过二十年的科研攻坚，“海洋测绘和内陆水域监测的卫星大地测量关键技术及应用”课题在2018年终于画上了休止符。
这一刻，虽然二十年的岁月让姜卫平的青春不再，但他认为，这些年的努力和付出都是值得的。“因为课题丰富了多源卫星大地测量数据精细处理理论与方法，引领了我国基于卫星大地测量的海洋测绘基准建设，推动了海洋测绘技术及工程应用的发展，显著地提升了我国海洋测绘的全球化能力。”姜卫平说。
四大创新成果 提升保障能力
在姜卫平看来，历经二十年完成，且突破了多源卫星数据融合处理、海洋地理信息精细反演、陆海垂直基准无缝转换等关键技术的“海洋测绘和内陆水域监测的卫星大地测量关键技术及应用”课题取得了四大创新成果。
全球平均海面高模型WHU2000
创建了整体集成与深度融合的多源测高数据精细处理方法体系，解决了数据基准不统一、精度不一致、分布不均匀等瓶颈问题，率先在我国建立了国际同期分辨率最高、精度优于5cm的精细全球平均海面高模型；并提出了长序列验潮数据和卫星精密观测结合的海平面变化分析方法，量化了近六十年全球海平面上升速率，证实了海平面上升的加速趋势，摆脱了该领域对国外成果的依赖。
1′×1′的全球海底地形模型
创建了自主的测高海洋重力场反演技术体系，解决了海洋重力场近岸反演精度差、计算效率低等难题，建立了1′×1′全球海域精细重力场模型，为我国填补了全球海域大面积重力数据的空白；并提出了融合海洋重力场多参量和船测海深数据反演海底地形的新方法，构建了高分辨率的全球海底地形模型。
创建了联合多源卫星和海洋数据确定与维持垂直基准的技术框架，精化了我国海域潮汐模型，率先构建了精度优于13cm的中国近海无缝深度基准模型，实现了我国海洋深度基准与陆地高程基准的无缝转换；并提出了区域与全球高程基准统一的严密且实用的方法，为我国全球地理信息资源建设提供技术支撑。
提出了卫星大地测量技术监测湖泊及冰川冰盖的新方法，解决了内陆水域短弧段测高数据有效提取的难题，建立了我国首个卫星测高湖泊水位变化监测服务系统；并构建了南北极和青藏高原冰川消融及长江流域水储量的十余年时间序列，为内陆水域监测提供了一种新手段，也为解释海平面变化提供了基础数据。
成果惠及国内外
在课题取得重大突破的同时，创新成果产生了巨大的经济和社会效益。
姜卫平介绍道，成果广泛用于国家和江苏等近20个沿海区域数字高程基准构建，以及跨海岸带和岛礁建设工程，提供了不可或缺的海域重力数据，为我国测绘基准现代化和港珠澳大桥等近海工程的建设提供了重要保障；用于建立东海、渤海等十多个海区的无缝深度基准，实现了烟台等港口及航道高精度高效水深测量的新模式，有力地保障了船舶航行安全；用于地理国情监测重大工程，获取了青海湖等湖泊水位变化，解决了无水文观测站湖泊水位监测的难题。
同时，海洋重力、海底地形等成果用于水下航行器导航、南海基础地质研究、海洋资源调查等工作，填补了传统资料的空白，为维护海洋权益和开发海洋资源做出了突出贡献。此外，成果为海洋二号卫星系统建设、“927”等国家重大专项工程提供了技术支撑。
“成果应用取得了非常好的效果。”更让姜卫平高兴地是，成果走出了国门。韩国和土耳其的科研机构利用成果用于深度基准转换等工作，成果数据被证实在西太平洋海域的精度最高。德国的科研机构利用成果监测内陆河流和湖泊的水位变化，成果同样获得了认可。
当前，国际上正在发展新型的卫星测高技术，将有望突破传统卫星测高技术在精度和分辨率上的局限，这在姜卫平看来，成果的应用前景会更广。“届时在保证观测精度的前提下，新型的卫星测高技术将大幅提高观测的分辨率和时效性，进而拓宽成果在海洋和内陆水域变化监测方面的应用，以满足中小尺度变化监测的需求。”
课题虽然结题，但姜卫平并没有停下探索海洋的脚步。他和团队正在着手联合现有多源卫星和海洋现场观测数据，进一步提高海洋地理信息产品的精度和分辨率，以满足日益增加的海洋工程和全球资源建设的需求。“海洋孕育着地球生命和人类文明，蕴藏着极其丰富的自然资源。只要海洋建设的脚步没有停止，我们对海洋测绘的探索就不会停止。”姜卫平说。
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