李德仁院士自述--中国人创造了“3S”
小测绘
到
大测绘
1996 年在武汉召开的国际学术会议上，我们挂出了一个 3S 集成的条幅。日本学者村井俊治教授问我什么是 3S，我告诉他其中的含义后，他不住地说好。回国后他专门写文章介绍：“中国人创造了三个信息系统集成
的新词，叫做 3S。”
从“小测绘”到“大测绘”的过程，
充满着创新的构想与实验，是我们自力更生的过程。
3S集成的最初--GPS 空中三角测量
1985年，我从德国回来时，王之卓先生负责我们整个学科的研究。当时的摄影测量与遥感还是以测地图为目标，王先生将其分成两个任务：一个是摄影测量的控制加密，另一个是摄影测量的自动测图。自动测图这一部分交给了张祖勋教授去完成，由王先生亲自组织。因为我在德国主要学习摄影测量数据处理的理论和算法，所以摄影测量的计算机控制加密就交由我来完成。
我和我的博士生当时正好遇到一个来自国家的需求：国家测绘局要做中国与越南边界 1∶5 万的测图，用于中越边界划界谈判。因为中越边界打过仗，埋过很多地雷，测量队员很难到实地完成测量。国家测绘局向我咨询：不派人工去测量，能不能把图做出来？我说，在德国的时候我导师阿克曼做过实验，如果把 GPS放到飞机上，就可以免掉地面上的测量。
这就是 GPS 空中三角测量，是 GPS 与摄影测量的集成，发展到后来的3S集成，最早就是这样开始的。
在完成这项任务的过程中，我们有一个麻烦：为了把 GPS 放到飞机上，必须做一个机载接收器。仪器可以放到飞机上，天线却成了问题。飞机上是不允许随便放置天线的，飞机的天线要求紧紧贴在外壳上，不能对空气动力产生影响，否则就不安全。后来还是靠北京空军的飞行大队和一位美国友人帮助，买到了机载 GPS天线，我们才顺利解决了这个难题。
接下来要解决测量天线位置中心和仪器照相机位置中心的偏差测量问题，我求教我爱人朱宜萱老师，因为她是近景测量专家。我把“GPS 空中三角测量的理论和实践”这个课题交给博士生袁修孝来完成，我指导他利用之前我与单杰博士完成的联合测量平差软件 WuCAPS来进行数据处理。
与此同时，我们还要做飞机上 GPS 数据的接收与处理。这里面最特殊的问题就是 OTF （On the Flying），飞机在高动态照相，要解决 GPS 信号连续的问题，要在高动态中守住相位，不丢失信号。我请大地测量系刘基余教授和我们共同指导的博士生陈小明来攻关，通过努力，我们终于把这一系列技术难关攻下来。过去传统的 GPS 方法是用时间乘以光速，不够准确，我们要测它们的小相位，小相位加上整周期数。我们团队求解的模糊度可以精确到一个波长，误差不会超过十几厘米，这样就解决了 GPS 的信号问题。当时世界上能完成 OTF技术的还很少。
后来我们在山西太原试验场进行了试飞，最后结果显示测量精度达到了 5 cm。GPS 与遥感摄影测量第一次集成的尝试成功了。随后，我们完成了中越边境测图，通过了地面检查，满足了 1∶5 万的精度要求。中国人通过机载 GPS 系统，第一次减少了人工的野外劳动。后来我们依靠这套系统，又在海南岛、虎跳峡等地完成了 1∶1 万的航测测图。1999 年，GPS 摄影测量获得国家科技进步二等奖。
与此同时，张祖勋教授完成了 WuDAMS （数字化自动测图系统），我们在王之卓先生带领下分别完成的两个系统，都是按照王先生的思想所做的摄影测量与遥感现代化的尝试。
加入研究GIS的理论
1988年，在日本召开的国际摄影测量与遥感大会上，我被选为第三委员会主席。在过去，第三委员会研究的是摄影测量的理论与算法，后来才逐渐加上研究 GIS 的理论。1988年成立了一个关于 GIS 研究的工作组。龚健雅教授当时正在跟着我读博士，我就让他去学习地理信息理论。当时我们认为，做摄影测量的人，在手上已经有影像的情况下去做GIS，和单独做GIS的科研人员有一定的区别。
我们把自己手中得到的摄影测量和遥感影像称为栅格数据。而 GIS 研究的点线面是矢量数据。能不能把影像数据套在矢量图中？我们开始考虑栅格与矢量数据一体化这个问题，认为这是一件很有意义的工作。这就开始了摄影测量与 RS、GIS的集成。
这是龚健雅的主攻方向。他在欧洲深造的时候，我们一起提出了栅格矢量一体化的 GIS，以及面向对象的 GIS。我们认为要按照这个思路来做软件，而不是照抄外国人的。为了支持龚健雅的研究，我邀请了丹麦的雅各比 （Jacobi） 教授对他进行指导。到丹麦以后，雅各比教授让学校给龚健雅购买了当时世界上第一套面向对象的软件 System Nine，通过研究，龚健雅很快就掌握了面向对象的基本思想。我们提出利用四叉树解决这个问题，把矢量看成是很小的栅格，这也是世界上首次提出这个概念。
基于这样的概念，我们开始做 GeoStar。这个软件在我们的努力和社会各界的关心帮助下，逐步成熟了。这个成果 2001年获得国家科技进步二等奖，同时获得工信部重大技术发明奖。
GeoStar 用于国家 1∶5 万数据库的建立，用于解放军战场数据库的建立，效果很好。国际摄影测量与遥感协会 （ISPRS） 时任秘书长特里德（John Trinder） 教授评价，“GeoStar 是国际上面向对象 GIS 的 World Leader。”
三者为众，3S就是三个系统的集成
1992年中国遥感中心在北京召开会议。我们在会上讨论，中国要发展遥感事业，必须把 GIS、RS、GPS 一起抓住。我在大会发言中提出，要把这三者集成起来。有人提出用 GRG来称呼这个概念，但我认为应该用后面
的3个S来称呼，因为，这是三个系统（System）的集成。三者为众，3S就是 GIS、RS、GPS三个系统的集成。
1994年，我与团队开始着手向国家自然科学基金委申请重点项目，通过了审批。1996 年在武汉召开的国际学术会议上，我们挂出了一个 3S 集成的条幅。日本学者村井俊治教授问我什么是 3S，我告诉他其中的含义后，他不住地说好。回国后他专门写文章介绍：“中国人创造了三个信息系统集成的新词，叫做 3S。”
3S 的集成体现在移动测量系统之中。移动测量系统包括电子地图（GIS）、遥感传感器 （RS）以及汽车导航（GPS，现在叫GNSS）。1998年我们研制出了这个系统，能够对道路信息完成实时更新，哪里有加油站，哪里有急转弯，都能记录下来传到数据库中，可以对 GPS 的记录进行修改完善。
系统研制成功了，如何推广呢？要有人来买，我们才能有资金继续研究。有家韩国公司有移动测量汽车，希望购买我们的系统到汉城去做城市道路测量。那时系统刚做出来，还有不少缺陷。韩国公司的老板说，有缺陷不要紧，你们派两个人到韩国来，一边做一边修改。就这样，经过在韩国半年时间的实地运用和修改，这套系统逐渐成熟起来。我很感谢这家韩国公司，他们给了我们很大的帮助。在科学研究的道路上，只有用户和科研人员相互信任、相互帮助，技术创新才能够得到最好的应用。
3S 是多种测量技术的集成。现如今我们把多种技术都运用到其中去，并不仅仅局限于小的 3S 技术。GPS、RS、GIS 是我们测量的三个看家本事，过去这些都是为测图服务的，但我们现在把这一部分做活了。以测图
为目标的测绘是“小测绘”，我们现在已经发展成为地球空间信息科学与技术，可以运用于各行各业。测图、公安、街景、交通管理等等都是我们这套系统所能够适用的范围。
从“小测绘”到“大测绘”的过程，充满着创新的构想与实验，是我们自力更生的过程。自力更生、创新驱动发展是我们这个团队，也是我们武大能够取得今天这么多成绩的关键。
本文节选自《不停歇的创新——李德仁院士学成归国 30 年回顾》，作者为李德仁院士，2016年武汉大学出版社出版。
《武汉大学学报·信息科学版》编辑部已得到李德仁院士和武汉大学出版社的授权，在微信公众平台转载本书部分内容。
制作：王晓醉
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