巴黎奧運期間，中國長光衛(wèi)星官方賬號po出的一張塞納河衛(wèi)星圖，被眼尖的網(wǎng)友看出了很多重要細節(jié)，圖片的高精度、高分辨率令人振奮，它說明中國已經(jīng)具備了從天上對地球任意一個角落實時監(jiān)測的能力。這意味著什么，毋庸贅言。

      在中美戰(zhàn)略博弈和競爭中，美國看得見，我們看不見，或者美國看得清，我們看不清，曾是長期困擾中國的一個重大問題。不謙虛地說，這個問題現(xiàn)在已經(jīng)基本得到解決。中國建立了完整的遙感觀測體系，技術(shù)和能力的快速提升，正在讓中國曾經(jīng)的巨大劣勢逐漸變成優(yōu)勢。

      這里必須提到一個人，85歲的李德仁院士，他不久前剛榮獲2023年度國家最高科學(xué)技術(shù)獎，他的故事，貫穿了中國遙感從無到有、由大到強的整個過程；“李德仁是一種方法”，見證了系統(tǒng)集成思維在科技領(lǐng)域的顯著應(yīng)用效果。

引子：偷看福建號的“鴿群”

今年5月2日，美國行星實驗室（PlanetLabs）大名鼎鼎的“鴿群”星座，跑來圍觀中國第一艘超級航母“福建”艦在東海水域的試航。

Planet Labs“鴿群”衛(wèi)星拍攝的“福建”艦于5月2日試航情景

在上海海事局提前預(yù)告5月1日至5月9日試航，并劃定試航海域在長江口以東100公里左右的一個矩形區(qū)域的情況下，美國衛(wèi)星交出這樣的成績單，只能說勉強及格。

把咱的航母拍得這么小，啥也看不清，這也沒辦法，因為“鴿群”的視力太差了。

作為對比，我們來看看中國長光衛(wèi)星“吉林一號”的照片。

8月11日，長光衛(wèi)星官方賬號發(fā)布文章，po出一張7月29日的塞納河衛(wèi)星圖。

然后翻了翻小本本，發(fā)現(xiàn)2021年9月和2022年3月，塞納河的COD（與糞污排放強相關(guān)的水質(zhì)參數(shù)）監(jiān)測濃度確實曾經(jīng)嚴重超標。

至于奧運期間，塞納河水質(zhì)到底怎樣，長光衛(wèi)星采取了“看破不說破”的態(tài)度。

雖然多少讓人覺得到嘴不到肚吧，但是，很快有善于幀察的網(wǎng)友，關(guān)注到新聞背景中的細節(jié)。

“目前星座在軌衛(wèi)星108顆，可對全球任意地點實現(xiàn)每天35至37次重訪”。

“相當于30分鐘就有一顆衛(wèi)星從上面經(jīng)過?，F(xiàn)在是108顆，以后300顆的話，就是5分鐘能重訪一次。這就跟在天上實時監(jiān)測整個地球差不多了?！?

“航母最高航速50km每小時，能開出去36km，也就是說如果重訪圖片寬度72km，航母就開不出圖外。”

不得不為觀網(wǎng)網(wǎng)友們的專業(yè)度和敏感性點贊。

“吉林一號”2020年拍攝美軍諾福克海軍基地的照片

衛(wèi)星遙感，簡單來說，就是用衛(wèi)星來看地球上的東西。

理想狀態(tài)當然是用地球同步軌道衛(wèi)星來看，在3.6萬公里的高空，一動不動，盡收眼底，想看哪看那。

但問題是，實在太高了，眼神沒那么好，中國的高分四號的分辨率能做到可見光50米，中波紅外譜段400米，已經(jīng)是全球領(lǐng)先的水平，勉強可以看到航母和大型郵輪的輪廓吧。

怎么辦呢？離得近就看得清了嘛。

于是，低軌遙感衛(wèi)星就流行起來，在目前所有商業(yè)遙感衛(wèi)星中，近地軌道（LEO）遙感衛(wèi)星共1197顆，占比達到94.70%。

低軌雖然看得清，但是看得近，飛得快，地球那么大，沒辦法隨時隨地想看啥就看啥。怎么辦？那就通過多星組網(wǎng)的方式，通過接力來實現(xiàn)特定地區(qū)更高的重訪周期，這是“時間分辨率”的概念。

“鴿群”雖然視力不怎么樣，卻是目前藍星上時間分辨率最高的遙感星座，規(guī)模一般維持在230多顆，它的理念是消耗，低成本，犧牲部分性能，以量取勝，單星重量只有5公斤，壽命在6個月到3年。8月17號獵鷹9號的發(fā)射，剛剛又補了36顆。

“南海戰(zhàn)略態(tài)勢感知計劃”認為，“鴿群”是美國通過“印太海域態(tài)勢感知伙伴關(guān)系計劃”在南海膈應(yīng)我們的主要技術(shù)手段之一。

但是現(xiàn)在，中國在這個方面的快速追趕，已經(jīng)讓“鴿群”越來越暗淡。

微納星空“泰景四號”合成孔徑雷達拍攝的美國航母

首先是前面提到的中國長光衛(wèi)星“吉林一號”星座，在分辨率上最高達到0.5米，視力遠超“鴿群”；數(shù)量上也在迅速追趕，目前有108顆，計劃到今年年底達到138顆，明年底要達到300顆；重量與成本上，早期單星可達420公斤，目前的高分06系列降到22公斤，單星成本從早期每顆千萬元級降到目前的百萬元級，分辨率仍然達到0.75米，堪稱“性價比之王”。

另一方面，也有中國公司在做極致“白菜化”，北京商業(yè)航天公司“零重力空間”的"靈鵲"星座，明確號稱對標“鴿群”，其分辨率是4米級別，重量最低做到了單星7.3公斤，計劃在2025年完成132顆靈鵲一號、30顆靈鵲二號和4顆靈鵲三號衛(wèi)星的組網(wǎng)。

截止2023年5月的數(shù)據(jù)顯示，擁有商業(yè)遙感衛(wèi)星數(shù)量最多的國家是美國，共有504顆；排名第二的是中國，共有346顆，美國與中國的遙感衛(wèi)星數(shù)量占全球的比重接近七成，與身后的其他國家都已拉開距離。

當然，“鴿群”不是美國航天遙感力量的全部，遙感，也不是航天的全部，中美航天對比的整體態(tài)勢是什么？我們后面還會提到。

但在那之前，我們想先提一位老人。

“李德仁是一種方法”

2024年6月24日，2023年度國家最高科學(xué)技術(shù)獎揭曉，85歲的李德仁院士憑借在地理信息科學(xué)領(lǐng)域的卓越貢獻獲此殊榮。

作為國際著名的測繪遙感學(xué)家，他在近40年的科研生涯中，致力于提升我國遙感對地觀測水平，此前，作為第一完成人，他已經(jīng)6次獲得國家科技進步獎，為我國遙感從無到有、由大到強奮斗了大半生。

在李德仁的學(xué)生時代，他的起點就是不同凡響的。

把時鐘撥回1957年，時年18歲的李德仁考取武漢測繪學(xué)院，課余閱讀大量的測量與制圖的書刊之后，善于思考的李德仁常常會發(fā)現(xiàn)一些問題，為了解惑，也為了辨明是非，1958年，他寫了4篇文章，闡述自己的觀點，對蘇聯(lián)和加拿大兩位教授的一些觀點提出質(zhì)疑。

這些文章輾轉(zhuǎn)來到王之卓院士手中，他是當時學(xué)院的副院長，是公認的學(xué)術(shù)專家和權(quán)威，他看到文章興奮不已，拿著文章一一圈點，把李德仁叫到自己家中，告訴他，他的質(zhì)疑是對的，他的原理思想也很好，只是，當時實現(xiàn)思想的硬件條件現(xiàn)在還不具備。

敢質(zhì)疑，只唯實的精神，是李德仁在學(xué)術(shù)和科研生涯起點就打下的一塊基石。

1982年，經(jīng)王之卓先生介紹，李德仁前往當時全世界航測理論最先進的西德留學(xué)，師從世界攝影測量領(lǐng)域領(lǐng)軍人物之一，阿克曼教授，在德國波恩大學(xué)進修期間，他首創(chuàng)了從驗后方差估計導(dǎo)出粗差定位的“選權(quán)迭代法”，這一方法被測量學(xué)界稱為“李德仁方法”。

這種方法能夠同時處理不同類型的誤差，包括粗差（明顯錯誤的測量值）、系統(tǒng)誤差（由于測量系統(tǒng)本身的問題導(dǎo)致的誤差）以及偶然誤差（隨機發(fā)生的小誤差）。通過這種方法，可以在不知道哪些數(shù)據(jù)存在問題的情況下，逐步識別并糾正這些錯誤，從而從海量的測量數(shù)據(jù)中提取出精確的地理信息。

隨后，他去到斯圖加特大學(xué)攻讀博士，期間，又把具體的“李德仁方法”進一步上升為理論框架，創(chuàng)立了“誤差可區(qū)分性理論和系統(tǒng)誤差與粗差探測方法”。

這里，讓我們花一點時間，嘗試通俗地理解一下“李德仁方法”：

想象你正在努力組裝一幅大型拼圖，這個拼圖有成千上萬片，代表著從衛(wèi)星或飛機拍攝的大量測量數(shù)據(jù)。你的任務(wù)是把這些拼圖準確地拼在一起，形成一幅完整的地球表面圖像。但是問題來了：有些拼圖片可能本來就是完全錯的（這就是“粗差”），有些可能因為生產(chǎn)過程中的小問題而稍微變形（這就是“系統(tǒng)誤差”），還有一些可能因為各種原因稍微偏離了正確位置（這就是“偶然誤差”）。

現(xiàn)在，你要在不知道哪些拼圖片有問題的情況下，找出并糾正這些錯誤，同時還要盡可能準確地完成拼圖。這就是當時全球測量學(xué)家們長期面臨的難題。

“李德仁方法”通過計算機，一步步解決這個復(fù)雜的問題：

首先，它會概略地看一遍所有的拼圖片，找出那些明顯不對勁的部分（粗差檢測）。然后，它會仔細檢查每一片拼圖，看看是否有輕微的變形或系統(tǒng)性的偏差（系統(tǒng)誤差識別）。接著，它會考慮到所有拼圖片之間的關(guān)系，用數(shù)學(xué)方法計算出每一片應(yīng)該放在哪里（最優(yōu)估計）。最后，它會反復(fù)進行這個過程，每次都變得更精確，直到找到最佳的拼圖方案。

“李德仁方法”的獨特之處在于，它能夠同時處理這些不同類型的誤差，而且可以在處理過程中不斷提高精度。這就像是一個超級玩家，不僅能糾正拼圖中的錯誤，還能在拼圖過程中逐漸看清整幅圖像的樣子。

在現(xiàn)實世界中，它幫助科學(xué)家們從海量的測量數(shù)據(jù)中提取出精確的地理信息，為繪制精確的地圖、監(jiān)測地球變化等工作提供了強有力的工具。

隨著遙感技術(shù)和地理信息技術(shù)的不斷發(fā)展，對數(shù)據(jù)精度的要求越來越高，“李德仁方法”作為一種先進的數(shù)據(jù)處理技術(shù)理念，不但至今仍被廣泛使用，其重要性還在不斷增加。

從哲學(xué)角度來看，“李德仁方法”與系統(tǒng)集成思維密切相關(guān)。

系統(tǒng)思維和系統(tǒng)科學(xué)思想貫穿“中國航天之父”錢學(xué)森的一生，1954年，他寫下《工程控制論》，將系統(tǒng)科學(xué)的方法應(yīng)用于航天事業(yè)的實踐。這種思維強調(diào)整體性、關(guān)聯(lián)性和動態(tài)性，認為系統(tǒng)內(nèi)各部分之間存在著相互作用和依賴關(guān)系。

“李德仁方法”正是將測量學(xué)中的誤差處理問題視為一個整體，通過綜合考慮測量數(shù)據(jù)之間的相互關(guān)系，運用數(shù)學(xué)方法進行最優(yōu)估計，以實現(xiàn)對整個測量系統(tǒng)的精確重建。它體現(xiàn)了系統(tǒng)論中的整體優(yōu)化和綜合分析原則，通過迭代過程不斷提高精度，最終達到對系統(tǒng)整體的最佳理解和描述。

系統(tǒng)集成思維，是貫穿李德仁整個科研生涯的一樣法寶。

李德仁至今仍是斯圖加特大學(xué)的一位傳奇。6年博士課程，他想2年學(xué)完，解決測量學(xué)的百年難題的博士論文，他僅用一年零四個月就用德文完成，答辯成績優(yōu)異，并榮獲1988年“漢莎航空測量獎”。

1985年2月，李德仁以優(yōu)異成績獲得斯圖加特大學(xué)博士學(xué)位央視新聞