地图测绘仪原理

1962年，刘先林从武汉测绘学院毕业。46年来，他在中国测绘科学研究院执著创新，取得了一系列重大科研成果，改变了我国先进测绘仪器依赖进口的历史，为我国测绘事业的发展作出了巨大贡献。 　　自从1994年当选中国工程院首批院士以来，刘先林一直不习惯“刘院士”这个称呼。别人一叫刘院士，他就连忙摆手：“叫我老刘好了。”有人比喻说，如果说袁隆平是院士中的农民，老刘就是院士中的工人。 　　国外产品其实没什么了不起 　　过去很长一段时间，直到上世纪80年代中期，我国测绘事业发展面临着极大的挑战。一方面，国家经济建设飞速发展，对测绘工作提出了更高、更迫切的要求 同时，测绘仪器装备落后，精密航测仪器完全依赖进口，国外产品占据了90%的国内市场。由于国内研制不出这种仪器，外商漫天要价，一台测绘仪器要价几百万元人民币，甚至把一些零部件拼凑在一起高价出售。更重要的是，真正的尖端技术是不可能买来的。测绘技术和装备的落后，严重制约了国民经济的发展。 　　“我们曾经进口一批记录仪，每台6万美元，实际上是快要淘汰的产品，有的不能用、有的经常坏，维修一次又要上万美元。过去外汇稀缺，国家还要花那么多钱去购买这些所谓的高技术产品。”老刘说。 　　有一次在德国，一位外国专家演示他设计的示波器，打出复杂的波形给老刘看，不屑一顾地说：“这种复杂的光机电综合仪器你们搞不了，还是研制单纯光机型吧。”老刘当即把他要演示的下一幕提前道出来，刚才还自我感觉良好的外国专家只好尴尬地收起了仪器。 　　“对进口仪器的高度依赖、外国人的轻视与傲慢，一次次震撼着我的灵魂，我痛心、惋惜、窝火!中华民族是一个伟大的民族，为什么就不能研制出自己的精密仪器?研制中国人自己的测绘仪器，把国外产品挤出去，是我们科研工作者义不容辞的责任!”不达目的，誓不罢休，成为老刘重要的人生信念。 　　“我仔细研究国外的产品，其实没什么了不起，我们完全做得了。有一次，国家组团出国考察谈判，准备引进5台解析测图仪。团长问：‘什么是最需要引进的关键技术?’我说：‘除了油漆，我们都搞得了!’中国人并不比外国人笨，一定要有勇气赶超世界先进水平。目前，国货已经覆盖国内市场90%以上，并成功走向国际市场。”老刘说。 　　老刘凭着超强的自主创新意识，每隔几年就拿出一项能够解决测绘生产瓶颈问题的成果——第一个发明了写入我国航测规范的作业方法，第一次将计算机技术引入航测生产领域，第一次成功研制正射投影仪、数控测图仪、解析测图仪、全数字摄影测量工作站、数字航摄仪等一系列具有自主知识产权的产品。 　　测绘仪器的更新换代非常快。解析测图仪是老刘1988年的科研成果，后来获得国家科技进步奖一等奖。当时，所有人都为之雀跃：它结束了国外精密测绘仪器长期一统中国市场的局面。到1998年，这类解析测图仪几乎同时进了博物馆。“我们必须不停地推出新产品，才能在世界上站稳脚跟。让人感到欣慰的是，我国航测技术每10年一次的飞跃，基本上都采用了自主创新的产品。” 　　出国只有一种理由 　　上世纪80年代曾涌动出国潮。“我在美国、日本、德国的老同学、老朋友多次邀请我去国外，我都谢绝了。有人说，你这样的人在国外，成为千万富翁不是难事。但我从来没有想过要成为千万富翁，我不能为了个人待遇去为洋人打工。我是一个中国人，要为中国人争气。我不但要证明中国人不比外国人差，而且要证明中国人在国内干一样能够成功!有一次随团访欧，我在给哥哥的信中自豪地说，我只出一种国：讲学、培训外国人、推销我的成果。我后来赴美国、加拿大是宣传介绍我们的设备，赴日本是安装设备、培训日方人员，赴俄国是转让技术，赴芬兰是去培训，赴巴基斯坦、澳大利亚是装设备。”老刘说。 　　老刘的成果从根本上改变了我国测绘工作的落后面貌，极大地提高了测绘生产力水平。过去，测绘地图需要做大量的野外工作，测绘工作者跋山涉水，风餐露宿，非常艰苦，有时甚至要冒生命危险。现在，利用他主持研制的全数字摄影测量工作站，航空照片、卫星照片上普普通通的高山、河流、房屋，由平面变得立体了。以前大量艰辛的野外测绘工作，现在坐在电脑前就能完成了。过去测绘一幅1∶1万比例尺地形图需要一年多时间，现在不到一个月就可以完成，地图更新速度大大加快。仅此一项，就为国家节约资金约2亿元。 　　老刘的成果彻底打破了国外产品在中国测绘市场上的垄断。仅以全数字摄影测量工作站为例，价格只有国外同类产品的1/10，不仅占领了60%的国内市场，而且批量出口到美国、日本等国家和地区。 　　科研就像在地狱里爬行 　　“我大学毕业分配到国家测绘总局测绘科学研究所(现在的中国测绘科学研究院)，老所长语重心长地说：‘祖国需要什么，一线需要什么，我们就要研究什么。要到生产第一线去，解决生产一线的问题，这是研究所的责任，也是研究人员的责任。祖国的希望寄托在你们身上。’用自己的科研成果武装测绘生产、提高生产力，是我一直坚持的人生追求。” 　　回忆当年，老刘说自己研制航测仪器，一无现成图纸，二无参考资料，三无资金支持。每走一步都要付出更大的代价。 　　“1985年，根据航空测量仪器的发展趋势，我们结合实际提出了研制解析测图仪的总体方案与设计思路。这个课题不仅难度大，包括了光、机、电、航测、电脑技术在内的多种学科，而且时间紧，要在两年四个月内完成总体设计和光、机、电部件加工以及上百个程序的编制、总体调试等工作。课题组每位同志都以忘我的热切情怀，夜以继日地工作。研制过程中，我们采取结合生产分阶段研制的办法，经过1000多个日日夜夜的艰苦鏖战，1987年成功研制出JX-3解析测图仪，并很快在国内得到大规模应用，一举夺回解析测图仪国内市场。德国一家公司的香港销售公司一再降价仍难挽回市场，只得关张大吉。”老刘说。 　　“JX-3解析测图仪开始用的计算机是单板机，没有操作系统。为了能够推广应用，必须及时把单板机提升到系统机上面去。这是非常重要的一环。那段时间我带着笔记本电脑，把原来单板机上面的驱动软件，一个个移植到系统机里面去。春节期间，助手们回家探亲，就剩下我，时间不等人，工作不能停!我拉着10岁的儿子帮忙，爷儿俩整个春节期间在实验室连续苦干，一共焊接了几百个焊点，累得几乎直不起腰来。就在这一年，JX-3解析测图仪实现了批量生产，并出口国际市场。” 　　除了条件简陋之外，从事测绘研究还面临许多挑战。老刘说：“科研工作就像在地狱里爬行，而且背上还压着一口锅，一不小心很可能会被扣在地狱里。谁最能吃苦，谁最能坚持，谁就能最后爬出去!否则，没有顽强拼搏的意志和坚忍不拔的毅力，就会前功尽弃、一事无成!”他牵头搞的几个重大项目，从开始到成功每次都历时10年左右，经过上百次的失败、无数次的起起落落。但他从不气馁，从未放弃。 　　老刘说：“早在1968年，我们在四川编制空中三角测量程序，为了解决一个难点问题，我三天三夜在机房度过，连续上机时间最长的一次达8个小时。1980年国庆节，为了调试等高线拟合程序，3天假期我从始至终待在计算机房，每天连续工作10多个小时。” 　　产业化最成功的科学家之一 　　如果说矢志报国是老刘科研的动力，那么结合生产搞科研就是他的准则。他不赞成从纸面到纸面的科研工作，也不单纯追求填补空白。“搞科研要向两种人学习，在创新方面要向作曲家学习，永远拿出新东西 在产业化方面要向厨师学习，你做的每顿饭都能被吃掉。科研成果如果缺少创新的成分，没有自己独到的东西，就不会有人应用，怎么谈得上产业化?创新从何而来?只能是生产实际。” 　　“刚参加工作时，国家测绘局从经济建设需要出发，从1∶5万比例尺地形测图转向1∶1万大比例尺地形测图。原来的那种方法精度比较低，不能用于1∶1万比例尺测图。我深入生产单位与作业员一起作业，对测绘生产有了充分的了解。通过潜心研究，不到一年时间就发明了坐标法解析辐射三角测量，解决了精度低的问题，为航空测量内业平面加密开创了新途径。用这种方法，精度提高了一倍以上，而且省去了大量野外作业，满足了测制1∶1万比例尺地形图的需要。”老刘说。 　　JX-3解析测图仪的实用性来源于实践。老刘在研制仪器时，特意邀请生产单位的作业员来参与，生产作业需要什么功能，就在仪器上设置什么功能，想用户所想，急用户所急。用户感慨说：“这仪器太好用了，真不知道刘先生是怎么知道测图中那么多细微环节的!” 　　长期以来，许多用户对国产设备信心不足，甚至认为基本不能用，于是老刘把大量精力用在搞好产品服务上——经常带领课题组同事走进测绘仪器工厂，深入用户单位，上门服务，传送经验，免费解决各种问题。不仅完善了产品，而且感动了用户。JX-4销售至今，每年都销售150套左右，覆盖了整个国内市场。三四年前就有人预测市场已经饱和了，但JX-4的销售势头一直旺盛不衰。 　　老刘最近研制成功的数字航空摄影相机，从设计研制、生产到试验，始终以用户需求为第一目标，并针对进口产品的不足加以改进。因此，这一仪器在多个方面性能超过国外同类产品，引起瑞士、美国、日本、巴基斯坦等国技术同行的高度关注。　　从事科研工作40多年来，老刘发表的论文加起来不超过20篇，而他所有的科研成果没有一个变成保险柜中的常驻图纸，也没有变成无人问津的“铁疙瘩”，每个项目都在实际中应用，转化为现实生产力。科技部高新技术发展及产业化司一位负责同志曾说：“刘院士的成果，做出一个应用一个，他是产业化最成功的科学家之一。” 　　老刘的成果产生了极大的经济效益和社会效益。他研制的全数字摄影测量工作站已在测绘、水电、铁道、地质、冶金、煤炭、农林、城建、环保等行业大面积推广应用。第三代解析测图仪刚刚研制出来时，四川测绘局买了3台，用这些仪器3个月就完成了宝成铁路复线测图任务，比采用传统方法提高工效5倍，创造产值上百万元。 　　秘诀是锲而不舍地学习 　　谈到自主创新的秘诀，他说就是锲而不舍地学习。“自主创新本身就是各种知识、各种技术综合集成的结果，要求我们必须瞄准科技前沿。每一次研制新的测绘仪器，都需要大量的光、机、电、航测、电脑、外语在内的多种学科。我不是搞计算机出身，通过学习，也照样能掌握软硬件 下干校前从未搞过仪器，几年后通过钻研，也成了光机电方面的行家。”老刘说。 　　1980年，我国测绘界参加一次国际会议，老刘的论文被选中大会发言，因为他学的是俄语，不懂英文，只好请人代为宣读。随后，测绘局派他到外语学院脱产学习英语一年。“我很不自信，坐在教室最后一排的角落。一次，老师让我念26个字母，我竟然念不全，引得同学发笑。于是，我主动要求调到第一排，发奋用功，学习结束时成绩是全班第二。” 　　2003年，老刘牵头研制“SWDC数字航空摄影仪”，很多人认为他肯定搞不成。“我就是不服输!我挤出尽可能多的时间学习这方面的基础知识和发展前沿，心中有了底之后，便开始深入调研，到处请教。在四川，一个老航飞员介绍，现在航摄仪最常用的焦距150毫米偏长，88毫米偏短，120毫米最好。我牢记在心，现在SWDC-4的焦距就是等效于120毫米。在总参测绘局，一位同志介绍，要取得理想的测图效果，数字航测仪的旁向视角必须达到90度以上，而进口产品的旁向视场角不到70度。据此，SWDC-4数字航测仪的旁向视场角超过了90度。经过深入研究，我们的这一成果不仅成功出炉，而且高程精度要比国外产品高好几倍，由于精度的突破，摄影测量的应用领域大大拓宽，过去不能做的现在也变成可能。”老刘说。 　　科研工作者不能昧着良心说话 　　老刘当了院士以后，请他出席的会议多如牛毛。他就一个原则：与测绘有关的去，与测绘无关又不得不去的，去了也只讲测绘。有个上市公司是老刘公司的客户，请了几位院士去开会，宣传他们的新概念，希望院士们认可他们的发展规划。老刘一听，所谓的新概念都是虚的。其他院士都签了字，一向秉承“客户至上”的老刘就是不签这个字。尽管得罪了客户，老刘说科研工作者不能昧着良心说话。 　　老刘为我国测绘事业的发展作出了重大贡献，但从不躺在功劳簿上居功自傲，始终严格要求自己，从没有要求组织给他解决过个人的问题。他爱人身体不好，两个儿子都已成家，家里成了“空巢家庭”。为了不让夫人感到孤独，他有时出差也带着夫人，但他公私分得很清楚，夫人的路费一定要自己出。刘先林家离单位远，照顾爱人很不方便，院里想在单位大院里给他补一套单元房，他坚决不同意，说院里房子本来就紧张，不能再要了。前几年，为了刘先林工作方便，院里专门给了他一套里外间的办公室，可他把里间让给同事搞研究、做实验，自己办公的地方挤了又挤。院里还提出为他配备汽车和司机，也被他一一谢绝。 　　老刘的椅子也很有意思，还是1973年国家测绘局恢复后的胶合板凳，没有扶手，上面的油漆早已脱落了。有人张罗给他换个舒服的椅子，他振振有词：换了那种摇椅似的椅子固然很舒服，可是人坐在上面摇啊摇，容易睡着了。所以不能太舒服，太舒服就不能出科研成果。他还劝下面的年轻人，你们也都坐木椅子吧。

行驶在北京街头的移动测量汽车每天都在获取道路两旁的立体图像，制作成的影像式电子地图可以给人们提供最佳出行线路；如果有人在被征用建设奥运场馆的土地上违章盖房索要补偿，卫星照片将会说“不”；专门为北京奥运会装上的“天眼”——交通遥感电子地图，每天都在监控着北京地面上的一切。 由两院院士、武汉大学教授李德仁带领的专家团队，利用该校研发的世界先进的测绘遥感技术，从北京奥运会申办、场馆建设到奥运会举办，全方位提供“贴身服务”。 据李德仁介绍，为了改善北京市大气环境质量，北京市政府提出，要在北京五环和六环之间建一个绿化隔离带，以有效净化北京的空气，这个绿化隔离带的遥感地理信息系统是武汉大学测绘遥感专家专程到北京来做的。 为防止奥运会申办成功后，有人在已圈定的奥运用地上违法“种房”索要拆迁补偿，武汉大学和部队的测绘遥感专家一起建立了北京市违章建筑卫星监控系统。以申奥成功之前我国高分辨率卫星影像为基准，每1～3个月获取一次北京现势卫星图像，用武大研制的软件自动查找违章建筑。据测算，这一成果给奥运建设至少节省了16亿元人民币。 武汉大学的移动测量汽车在奥运场馆建设方面起到了“监理”作用。移动测量汽车装有10个高清数码摄像头、罗盘及GPS全球定位系统，可对房屋、街道等进行随时拍摄，细小到3厘米的东西都能在数码照片上反映得清清楚楚，监测车每天工作12个小时左右，但拍摄的所有照片只用两小时就能全部量测完毕。该监测车每天把拍摄的数据提供给奥运指挥中心。这些数据可以清楚地显示每个场馆的建设进度、是否达到规定指标等，即“奥运场所进度监控”。 奥运会期间，市民和观众可以充分享受到测绘遥感技术提供的便利。目前，武汉大学的测绘遥感专家们把奥运会场馆所有的交通、遥感电子地图都已做好，这些电子地图可以帮助观众顺利找到运动场、体育馆甚至找到应从哪个门进去。 武汉大学测绘遥感专家研制了大量高科技成果应用于北京奥运会，大部分成果都是免费的。李德仁说：“把武汉大学掌握的测绘遥感高科技运用到奥运会，保证其便捷与安全是科学家的责任和义务。”

9月25日，国家测绘产品质量检验测试中心在国家测绘局挂牌成立，该中心将按照国家测绘局下达的全国测绘与地理信息产品质量监督检查计划，承担全国范围内的国家级质量监督检验工作，对国家重大测绘项目成果质量进行监督检验，并对测绘与地理信息成果质量争议进行仲裁检验等。 　　国家测绘局局长徐德明表示，随着社会经济的迅速发展，测绘产品在人们的日常生活中扮演着越来越重要的角色。而测绘产品质量作为测绘事业和地理信息产业发展的生命，不仅关系着国民经济发展，并对国家主权、安全和民族尊严有着重要影响，同时也关系着人民群众的切身利益。2007年国务院印发了《关于加强测绘工作的意见》，其中明确要求要加强测绘质量统一监督管理，健全测绘单位质量管理体系，建立测绘质量监理制度，加强对房产测绘和导航电子地图、重大建设项目等的测绘质量监督。 　　徐德明强调，中心既是一支测绘产品的质检队伍，更是一支保障测绘产品质量安全的队伍。不仅要严格把住测绘产品的质量关，更要切实维护测绘产品使用者和消费者的合法权益，维护好测绘行业的良好形象。中心要牢固树立质量至上、服务至上、效率至上的理念，积极主动地做好质检、仲裁和咨询服务等工作，为用户提供优质服务，为经济社会发展提供测绘产品质量保障。 　　据悉，国家测绘产品质量检验测试中心成立后，将加快完善内设机构和规章制度，规范办事流程，理顺内外关系，保证中心规范、有序、高效运转，严格把住测绘产品的质量关，切实维护测绘产品使用者和消费者的合法权益，做好质检、仲裁和咨询服务等工作，为用户提供优质服务，为经济社会发展提供测绘产品质量保障。