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业界大师|陈永龄:珠峰高程准,神州坐标精

2016-07-03 陈俊勇院士 慧天地



陈永龄,大地测量学家、测绘教育家,是中国大地测量学科的带头人,曾主持制定我国的测绘科技发展规划和大地测量法式;指导我国国家天文大地网平差;制定世界最高峰珠穆朗玛峰高程测定的技术方案;努力推动我国卫星大地测量新技术的开展。1975年测得珠峰海拔高程值为8848.13米,是世界上最为精确的数值。他又是一位卓越的测绘教育家,重视教材建设。他著有《测量平差法》、《我国大地水准面的特征及椭圆体定位问题》等专著;他的《大地测量学》是20世纪50至70年代我国大地测量学的最重要的教材;他主编的《中国大百科全书•测绘学》在当今世界众多百科全书中也是仅有的,为测绘学独立分类作出重要贡献。


陈永龄出生在北京市一个职员家庭,不满5岁即上了北京师范大学附属小学,小学毕业后在北京师范大学附属中学读初中和高中。1927年夏高中毕业后考入清华大学工程学系,1929年工程学系因故停办,他遂转入上海交通大学土木工程学院继续攻读,1931年毕业,又回到清华大学任教。

1934年中英庚款董事会招考第二届公费留学生,陈永龄被录取去英国学习大地测量,进入伦敦大学帝国理工学院,1935 年又转入德国柏林技术大学测量系学习,1937年取得特许工程师学位,1939年取得工学博士学位。他的指导教师是德国著名大地测量学家、波茨坦大地测量研究所所长埃格尔特(Eggert)教授和史麦尔(Schmenl)教授。博士论文是:《大地测量用矢量和用经典平差方法的比较》。

在德国学习期间,为获取更多的测量知识和了解国际测绘科学技术发展动态,陈永龄进行了许多学术活动和参观学习。如1938年曾去罗马参加国际测量师联合会(FIG)的学术会议,利用暑假一个月的时间去瑞士威特公司实习,后又去捷克测量局参观。1939年获得博士学位后,他专门去巴黎学习了半年法语,以便能阅读更多的外文书刊。

1938年陈永龄在德国留学学习时的情景

一、一位卓越的测绘教育家

1939年秋,陈永龄学成回国,在香港与清华大学文学系高棣华女士结婚。那时祖国各地烽烟四起,半壁河山遭日本侵略军铁蹄践踏,东部沿海地区已全部沦陷,他遂由香港转去昆明,任西南联合大学教授,主讲测量平差和地图投影等新课程。

1943年陈永龄在四川中国地理研究所任研究员的同时,还在同济大学兼任教授,主讲大地测量学、测量平差法等课程。

1944年曾赴印度考察大地测量。

1948年冬,陈永龄去广州中山大学和岭南大学任教,直到1949年10月14日在广州迎接了解放。

1951年,陈永龄出任岭南大学理工学院院长,他是第一位中国籍的院长。1952年中山大学、岭南大学及粤、湘、鄂部分工科院校合并成立华南工学院。1953年陈永龄任该工学院副院长。

1956年,当时高教部决定筹建武汉测量制图学院(后改称武汉测绘学院、武汉测绘科技大学,简称武测,现合并入武汉大学),陈永龄认为,这个决定对发展中国的测绘教育和科技事业影响深远,因此不仅亲任武测筹委会副主任委员,还积极参与主持武测的筹建工作。1955年他还亲自率领有关人员风尘仆仆地来到武汉,为该校选定了珞珈山以南的天门山一带为校址。1956 年建校后,陈永龄任武测副院长兼天文大地测量系系主任。在他的直接领导下,武测第一年就招收了副博士研究生,陈永龄还亲自担任了研究生的指导老师。他主持制定了武测的《1956-1957 学年工作纲要和教学科研工作计划》和《1957年科研工作计划》,并在1957年举行了武测第一次教师科学研究讨论会和学生科学报告会。同年创办了《武汉测量制图学院学报》。这些工作都为该校的发展奠定了基础。

陈永龄十分重视和关心对青年教师的培养。1957年4月,他在武测校刊上发表的题为"与青年教师谈进修问题"一文中指出:"只有教师不断地提高自己的政治和业务水平,才能使高等教育质量不断地提高,才能使中国的科学技术迅速赶上国际水平。"他亲自和青年教师共同讨论制定教学方案,帮助他们选择教材,向他们传授教学方法,鼓励青年教师大胆工作,并让他们在实际工作中锻炼成长。陈永龄还亲自为身边工作的青年教师制定学习、进修规划,为他们提出努力目标,指明研究方向。他告诫青年教师,学习进修要以所在教研组的专业内容为方向,一开始不要好高骛远,要加强培训树立牢固的基础。他专门抽时间为青年教师补课,就是在外地出差也不忘对青年教师的培训。在陈永龄的教育培养下,今天这批青年教师不但是各单位教学、科研的骨干,而且已成为中国测绘事业的栋梁之才。


1959年7月10日,陈永龄一家人离开武汉前与苏联专家合影

陈永龄在任研究所所长时,对研究所青年不但言传,而且身教。有位刚从大学毕业分配来研究所从事翻译工作的青年,因不懂专业,加上语文水平较低,译出来的文章水平不高,他以一个长者身份,找他到自己的办公室,耐心细致地帮助,逐字逐句地给他修改译文。从大学理工科毕业的青年人,他们撰写的论文,由于普遍存在文学水平较低、表达能力较差、逻辑性不强的问题,陈永龄所长逐句逐段地帮助他们修改论文,详细讲述撰写论文的一般格式和基本要求。凡是聆听过陈永龄所长教诲和受到过他热情、耐心帮助的人,无不为之感动,并留下深刻的印象。他是一级教授,但他为人师表、待人诚恳、谦虚谨慎,他是位所长,但从不以领导者自居、自傲,年轻人把他当成自己的良师益友,亲切地称他为陈老师。

在长期的大学教学工作中,陈永龄始终十分重视高等测绘教育中的教材建设,1931年他在清华大学刚恢复的土木工程学系任助教时,就与同任助教的夏坚白共同编写了《养路工程学》,这是一本结合中国当时实际的好教材,被收入大学丛书,于1935年由商务印书馆出版,这位年仅20出头的青年,在教育界开始崭露头角。

陈永龄于1939年在西南联合大学任教时,开始编写大学测量教材《测量平差法》,1943年写成,1947年出版。该书曾由商务印书馆前后发行6版,影响比较广泛。1943年陈永龄在同济大学任教时,开始着手中国第一套《大地测量学》教材的编写。于1949年末完成了该书的编写,并对1932年夏坚白著的《实用天文学》进行了大量修改和充实,连同已出版的《测量平差法》等大地测量用书,形成了中国第一套内容比较充实,文字深入浅出的大学测绘教材。商务印书馆作为大学丛书分别于1952年和1953年出版并再版,受到我国测绘界的欢迎。

陈永龄在武测任教期间,分别于1957年和1958年撰写出版了《大地测量学》(上卷一、二分册),该书吸收了国外大地测量教材的优点,紧密结合中国测量事业建设和发展的需要,理论与实际并重,对大地测量学的重大问题都做了精辟的论述,成为中国建国后一部理论较系统、内容较完整、阐述较全面、切合中国实际需要的大地测量教科书。此书至今仍对大地测量教学和教材的编写起着积极的指导作用。

二、中国测绘科学研究事业的先驱

早在1940年,陈永龄在中国地理研究所大地测量组任研究员时,曾主持布测了“北碚测量实验区”的二等大地网,并对该网进行了理论探索和实践总结,相继撰写出《嘉陵江北碚渡江水准测量》、《基线网图形强度之研究》、《大规模三角网之平差方法》等论文11篇,陆续发表在地理研究所编辑的《测量专刊》上。同时他还对我国局部的天文大地资料进行了研究分析,推算出适合我国国土的地球形状和大小。曾用英文写成《由中国三角测量的成果初步推算地球形状和大小》的论文,1946年由美国地球物理学会学报发表,引起国际测量学界的关注。

他曾建议将我国采用的兰勃特(Lambert)正形圆锥投影,改用高斯(Gauss)正形投影,但这一建议直到中华人民共和国成立后,才得到采纳。

1947年,他在交通部任职时,首次将航空摄影测量技术应用于闽赣路线的勘测,在通过武夷山区的选线中,取得了几条比较线路,为中国铁路航测技术的发展奠定了基础,也对新中国成立后修筑鹰厦铁路提供了有益的资料。

陈永龄曾先后在《武汉测量制图学院学报》、《测绘通报》等测绘杂志上发表了十余篇学术论文。其中包括:《关于参考椭圆体定位之理论》、《菱形基线网图形强度的理论》等论文。

1959年6月陈永龄调任国家测绘总局总工程师兼国家测绘总局测绘科学研究所第一任所长。

陈永龄作为测绘研究所的第一任所长,他坚定不移地依靠党的组织,团结该所全体科技人员,自力更生,艰苦奋斗,经过短短几年时间,就建立起大地、航测、制图、地名、电子和情报等研究室,帮助这些研究室制定了长远的科技发展目标,选配了各方面的科技管理干部和研究人员。辛勤的劳动,终于育出丰硕之果,这所综合性的测绘科学研究机构,很快就为国家出成果、出人才。

1980年,70岁高龄的陈永龄不仅身患多种疾病,而且视力已完全衰退,不能正常地阅读和写作了,但他仍接受了负责《中国大百科全书•测绘学》卷的总编辑任务,《测绘学》卷200条词目,近40万字,四年多的时间内,在他的主持下,对测绘词目的选择、全卷的框架结构,花费了不少精力,还亲自撰写了近6000字的大地测量学方面的词条。测绘学作为自然科学的独立类别,列入中国第一部大型综合性百科全书而自成一卷,这在当代世界众多百科全书中也是仅有的。


1984年,陈永龄出席中国测绘学会举办的学术座谈会

1989年,陈永龄已近80岁高龄,仍孜孜不倦,关心祖国大地测量事业的发展,再次写下《从卫星大地测量技术的崛起展望今后的大地测量任务》的论文,指出了我国现在和将来的大地测量可能发展的技术和方法。接着又倡议和组织了有几十位专家参加的“地球动力学座谈会”,以进一步推动大地测量学和地球动力学的结合,为开创大地测量的新领域而努力。陈永龄是我国大地测量学科的带头人。


1989年11月8日,陈永龄参观中国测绘科学研究院建院30周年成果展

三、主持制定我国测绘科学技术发展规划

为了改变我国建国初期测绘科学技术的落后面貌,他积极参与《1956—1967年国家最重要科学技术发展规划》(简称《十二年规划》)的国家级测绘项目计划的制订,提出了诸如大地测量法式的制定、各种测量基准的建立、天文大地网的整体计算和地球形状的研究等一系列战略性课题,为发展大地测量科学技术指明了方向。1962年又根据测绘科学技术发展的需要,在国家科委测量制图组的领导下,陈永龄主持制定了全国《1963—1972测量与制图科学技术发展规划》(以下简称《十年规划》),内容包括大地、航测、地图制图、工测、仪器等专业共16个中心问题、66个主要项目。他主笔的前言,精炼地阐明了我国测绘科学技术的现状、主攻方向、主要内容和重大措施。由于《十年规划》方向任务明确,切实可行,对推动我国测绘科学技术发展起到了重要作用。

四、主持制订大地测量和其他全国性测绘技术标准

陈永龄作为国家测绘总局(2011年更名为国家测绘地理信息局)总工程师,主持了我国测绘的根本大法《大地测量法式》的编写和论证工作。他对当时全国正在实施的天文大地网的布设结构、图形强度和观测精度等进行了深入研究分析。那时我国天文大地网的布测方案完全是参照苏联1939年大地测量法式制定的,他认为这种布网方案等级层次较多,不仅经济上不合算,而且出现高低两级结合部由于高级薄弱部分的强制控制,使作为全面实用基础的二等补充网精度降低,难以适应大比例尺的测图要求。因此,在他负责组织制定的1957年及1959年我国大地测量法式及其相应的规范细则中,对上述因素作了充分考虑,减少了布网层次,去掉二等锁,改作全面网,适当提高观测精度,并顾及经济建设和国防建设的需要,增加了四等三角测量。

1959年10月我国颁布的《中华人民共和国大地测量法式(草案)》改变了我国过去大地测量完全按照苏联细则规范进行作业的状况,而能在一定程度上结合我国的实际进行大地测量工作。在他撰写的《中华人民共和国大地测量法式(草案)》的说明中,突出我国天文大地网上述特色,并阐明了我国国家大地网布设方案主要技术规定,论证分析了该网实际所能达到的精度。国家测绘总局历年所编写的细则、规范、技术规定、图式、技术总结以及涉及测绘技术业务的管理办法等,大多经陈永龄审核把关,然后颁发。军事测绘及经济部门测绘工作中所编的重要规范,也多向他征询意见。他对这些审核工作非常认真,而且经常询问各主管专业工程技术人员的意见或加以指导。这对保证全国性主要测绘技术标准统一,起到了重要作用。


1999年10月,国家测绘局时任局长金祥文、总参测绘局时任局长李志光祝贺陈永龄院士90寿辰

五、指导我国国家天文大地网平差

20世纪60年代初,我国正在大规模进行国家大地控制网布测时,作为总工程师的陈永龄就开始组织力量研究我国天文大地网平差问题。他在对天文大地网整体平差理论和技术方案的研究中,发现“1954年北京坐标系”所根据的椭球及其定位与中国大地水准面的差距较大,沿海地区最大达68米,天文大地垂线偏差在东部有规律地由西往东倾斜。在20世纪60年代初他就先后撰写出《关于参考椭球体定位的理论》、《我国参考椭球体定位的初步研究报告》、《天文大地网平差有关的科学技术问题》等重要论文,论证了我国选择椭球大小及定位不够理想,远见卓识地提出重新选择与我国大地水准面最佳拟合椭球及其定位,由此建立新大地坐标系。

1975年国家测绘总局召开了平差座谈会,陈永龄在会上作了“天文大地网平差方法——矩阵分块分解法”的发言。同时国家测绘总局和总参测绘局一致同意陈永龄的意见,不再采用旧的“1954年北京坐标系”,建立我国新的大地坐标系。建立的新坐标系定名为“1980年西安坐标系”。这项巨大工程在1982年完成。参加这次平差的大地点共计5万个,含近30万个未知数。经整体平差后的我国天文大地网的精度得到了很大提高。相对于西安大地原点的最远大地点点位误差小于±l米(未顾及系统误差)。根据与200条左右的激光测距边长相比较,二者的绝对差值一般都在±1分米以内,相对误差在1/30万以内。因此说,我国天文大地网整体平差的完成时间、规范、精度以及所采用的理论和技术等,在当时都属世界前列。本项成果获得了国家科技进步二等奖,陈永龄在理论和方法上都起到了极为重要的指导作用。

六、研究制定西藏的珠穆朗玛峰高程的测量技术方案

珠峰是世界第一高峰,它的高程历来为人们所注意。近百年来,国外对它进行过多次测定。但由于珠峰地区特殊自然地理条件的限制和一些特殊理论与技术问题没有很好解决,使珠峰高程测定精度较低,1965年陈永龄开始进行测定珠穆朗玛峰高程基本技术方案的研究,提出了解决精确测定珠穆朗玛峰海拔高程的技术难题和特殊理论问题的方法和途径,即求定观测珠峰时的大气折光系数和推求珠峰附近大地水准面起伏的方法。1965年、1968年和1975年的中国珠峰高程测定基本上是根据陈永龄的意见组织实施的。1975年测得珠峰海拔高程值为8848.13米。珠峰的这一海拔高程是世界上迄今为止最为精确的数值,已得到国际的公认。

七、努力推动我国卫星大地测量新技术的发展

20世纪60年代我国空间大地测量刚刚兴起时,当一位教师将美国《卫星大地测量概论》一书翻译手稿送给他看时,陈永龄立即将它推荐到出版社,使该书及时出版,成为我国第一本介绍卫星大地测量的参考书。

20世纪70年代卫星大地测量发展很快,涉及范围很广,陈永龄借鉴了国外经验和根据中国情况,力主在中国引进卫星多普勒技术,这一建议于1976年被采纳,其重要意义是在中国建立了比较精确的地心坐标系,为我国空间技术的发展作出了贡献。此外也为探索天文大地网总的尺度因子、方位偏差等量的大小,提供一种独立的可资参考的外部检核数据。在1988年12月“全国陆地、海洋卫星定位网年会”召开时,他不顾年老多病,行动不便,毅然决定参加会议,并亲自写了贺信和有关建议,后因会议改在五楼召开,他实在难以上楼,不得不请别人代他在大会上发言。与会代表听了他的发言稿无不为之感动,陈永龄是将这一崭新手段应用于中国测绘工作的倡导者。

陈永龄,是中国科学院学部委员(院士),一级教授,他襟怀坦荡,对人诚恳,遇事认真,近60年来他在测绘高等教育、科学研究和生产技术等方面都有突出成就。他是集教育、科研和生产技术于一身的大地测量学科的带头人,对当代中国大地测量事业的建设和发展有着不可磨灭的功绩。


2004年8月15日13时18分,陈永龄在北京逝世,享年93岁。

2006年4月7日,陈永龄院士铜像在武汉大学信息学院天文台前花园揭幕,他又回到了他亲自选址、亲自参加创建的武测校园。


2006年,中国科学院院士陈永龄铜像在武汉大学落成,他的影响从广东走向全国


武汉大学校园里的陈永龄塑像

文章来源:武汉大学《测绘学科五十年》

原载《中国科学家传略 理学篇 地学卷3》

转载请在文章开头作者栏位置注明:慧天地

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资料整理:刘香雅

编辑:曹真毓

审核:李茂永

指导:万剑华教授(微信号928135614)



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