测绘名家故事|“高干病房”里的键盘声
“高干病房”里的键盘声
—— 测绘名家故事之四寓公剑
2009年1月的北京，天寒地冻。已经夜深人静，解放军总医院的“高干病房”里却传出轻轻的键盘敲击声。值班护士推门进来，望着闪光的笔记本电脑说：“首长，该休息了！”中国工程院王任享院士连声说：“好，好，好！”便关闭电脑，和衣躺下，想着心事，难以入眠。
王任享明白，此次因前列腺癌住院手术，也许留给自己的只有两三年为天绘1号效力的时间了。天绘1号测绘卫星明年就要上天，而核心技术无地面控制点摄影测量的难题并没有完全解决。自从德国人在无地面控制点摄影测量探索的道路上停止了脚步，只有我们中国人还在这一领域摸索。中国的国情决定了我们不可能满世界地去布设地面检定场或地面控制点，为了中国的航天摄影测量事业，我们无路可退，必须开拓前进。
王任享使用的笔记本
20多年来，王任享一直在为中国的传输型摄影测量卫星上天不懈地探索着。他的思绪不自禁地顺着探索的历程游走，几多兴奋，几多感慨。
那是1980年年底，在荷兰航天航空测量与地球科学学院（ITC）进修的访问学者王任享接到了外国测绘专家卡尔沃克斯（Alden P. Colvocoresses）咨询回信，随信寄来一篇《制图卫星（Mapsat）的几何性质》的论文。卡尔沃克斯是基于三线阵CCD相机传输型制图卫星最早提出者。这封咨询测绘专家的回信，竟然成为王任享涉足基于三线阵CCD相机摄影测量科学研究的起点。在ITC学习期间，王任享努力学习传输型卫星摄影测量技术，关注世界在这一领域的探索成果。
王任享在ITC成绩单中开列的课程
回国后，王任享一面组织中国第一代摄影定位卫星应用系统的研究，一面进行传输型摄影测量卫星数字影像的处理方案探索。他认为，在80年代及其以后较长时期，中国的卫星摄影硬件系统都难以达到美国制图卫星方案提出的要求。于是提出了等效框幅像片的新思想，即将三线阵CCD相机虚拟为一个带有三线阵的CCD框幅相机，从而将动态推扫摄影的数字影像换算成静态等效框幅像片。1985年，他在《测绘科技》上发表了《线性阵列影像摄影测量处理》的论文，文中论述了三线阵列传感器系统的优越性和可行性。处理静态框幅像片是摄影测量的成熟工艺。如果能够用成熟工艺处理摄影测量卫星的出现的新问题，就会把复杂困难的问题相对简单化。这就是王任享曲径通幽的创新思路。
《线性阵列影像摄影测量处理》首页
同时，王任享得知，德国学者霍夫曼（Hofmann）教授也在研究三线阵列影像处理，希望在无地面控制的情况下开展摄影测量。霍夫曼教授根据卫星摄影中外方位元素变化平稳的特点提出了定向片方法。王任享一直关注德国学者的研究进展，希望从中得到借鉴。在王任享与张绪茂研究员的推动下，1996年9月，传输型三线阵CCD航天摄影测量相机关键技术预研课题正式立项列入国家863发展计划，标志着中国天绘工程的正式启动。2000年11月，传输型三线阵CCD航天摄影测量相机进行航空校飞并验收合格。2004 年4月18 日，搭载三线阵CCD相机的试验1号卫星升空，演示验证三线阵CCD相机的性能及其地面应用系统的功能，为天绘1号正式上马提供第一手验证资料。
试验1号卫星搭载的相机
在研制航天相机的同时，王任享继续研究卫星影像数据处理的等效框幅像片方法。1996年，王任享在《测绘科技》发表《利用三线阵CCD影像恢复外方位元素》《从三线阵CCD影像中自动提取DEM（数字高程地图）》。这时，从德国传来一个不爽的消息：研制定向片方法的德国学者不惜重金先后在俄罗斯和平号空间站和美国的航天飞机上进行了试验。德国学者对卫星影像进行处理后发现，单一航线光束法平差结果与利用低空图像的计算结果差别很大，航线立体模型出现相当大的扭曲，高程精度较差，由此结论：不提倡无地面控制点的卫星摄影测量。王院士本来想与德国学者开展殊途同归的研究，可是德国学者的研究因挫折戛然而止，在无地面控制摄影测量的道路开拓前行的孤独感一度涌上王院士的心头。王任享自我激励：“根据初步计算与模拟试验，等效框幅像片的方法在原理上是可行的，在工程实践中遇到的问题总是能够找到解决办法的。”
《利用三线阵CCD影像恢复外方位元素》首页
王任享一直相信，有学术自信，才敢于去创新，才能够有所突破。王任享深入研究，陆续发表了《卫星摄影测量LMCCD相机建议》《卫星影像三线阵CCD影像的EFP法空中三角测量》《卫星三线阵CCD影像光束法平差研究》《利用模拟卫星影像摄影测量数据按EFP法光束法平差与直接前方交会计算高程的精度比较》》《提高卫星三线阵CCD影像空中三角测量精度及摄影测量覆盖效能》等多篇论文。一个个去破解难题，终于初步形成了自己的学术体系，在2006年出版了《三线阵CCD影像卫星摄影测量原理》一书（2016年《三线阵CCD影像卫星摄影测量原理》修订再版），为开展无地面控制点卫星摄影测量奠定了理论基础，为解决工程技术中的实际问题指明了方向，也为天绘1号的正式立项开辟了道路。
《三线阵CCD影像卫星摄影测量原理》封面
虽然天绘1号立项了，但是把卫星推扫摄影的影像转换成中心投影的等效框幅影像还没有理想的数学模型。必须在天绘1号上天前解决问题，住院的王任享不时流露出一丝焦躁。他三番五次地研究德国学者的试验报告，终于发现了症结：定向片处理方法，只有航线的中间部分可能有三线交会，两端的部分因高程误差大被迫舍弃，这可能是试验失败的重要原因。于是全航线全三线交会光束法平差的概念在王任享心中酝酿起来。为此，王任享一阵兴奋，打开床头灯，在笔记本上记下三个字：全航线。
准备手术的一段时间对王任享很宝贵，每当医生视察病房后，王任享就打开笔记本电脑，翻阅与演算电脑里保存的演算记录，在一行行的符号与数字中间寻找突破的窗口。王任享对反复演算的数学模型进行了多次修改，不断进行了试算。新的数学模型居然消除了立体像对的上下视差，消除上下视差意味着解决了构建立体像对最基本问题——定向问题。这让王任享喜出望外。但是，演算结果中的高程误差反而增大了，虽然带来了这一新问题，但是消除上下视差说明新算法是有光明前途的。
接着，王任享顺利进行了前列腺切除手术。在病榻上，王任享重点对高程误差增加的问题进行研究，发现高程误差曲线已不是高频的抖动，而是平滑的，说明其中有系统误差。“消除此类系统误差我有拿手的方法！”王任享自言自语。很快，全三线全航线交会光束法平差就诞生了。后来，《航天三线阵影像全航线交会光束法平差》获得国家发明专利。
王任享可以下地活动了，“到底能够存活多久”的疑问一直挥之不去。为了不带遗憾的事业传承，王任享提出马上招收一名博士研究生。于是王建荣助理研究员就成了王任享的关门弟子。王任享躺在病床上，拉着王建荣的手，意味深长地说：“年老了，有病正常，我最放心不下的是天绘1号。全三线光束法平差方法在数学上有了解，这才是第一步，距实用的工程软件还差得远呢！工程化过程中可能还会碰到诸多难以预料的问题，我们共同解决。”王建荣含着泪水聆听导师的谆谆教导和具体指点，看着导师在计算机上推演与计算，键盘的敲击声常常持续好久。键盘声里传播着王任享对航天测绘是一片深情和对年轻一代测绘人的殷切期望。
《发明专利证书》（局部）
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