论文部分内容阅读
在北京或其他一些城市，不经意间人们会看到一种有点特别的汽车在大街小巷间缓缓行驶。这是什么车？它在干什么？原来，它叫车载三维数据采集系统，是刘先林院士目前正在进行的一项研究的一部分。日后，这项研究的成果将会直接服务于人们的生活。
在首都师范大学，刘先林院士给前来采访的中央电视台《科技人生》栏目记者展示了车载三维数据采集系统的工作成果：汽车采集回来的数据经过处理，已经变成三维的影像。它与平常人们所熟悉的影像效果有所不同，让人们能清晰地看到实际环境中两个建筑物之间的真实情况，给人一种设身处地、身临其境的感觉（图1）。他满怀希望地介绍:“待这项技术发展完善后，小到一个街区、一座城市，大到整个地球都能以虚拟现实的形式搬回家。”接着，刘先林又指着这套仪器上的一个部件说:“这是个立体卡，能够输出立体显示器信号。这种信号要经过分频器分到两个投影仪里面去才能转化为刚才所看到的影像效果。以前分频器这个东西咱们没有，找人家去买人家以技术秘密为由却不卖。没办法，我们就自己动手把它做出来了……”
（1）图组:车载三维数据采集系统得到的数据，经处理后得到的天安门广场透视三维图像
看似轻描淡写的一番话，一个“做”字背后所需付出的艰辛可想而知。但对于刘先林来说，这似乎已成了家常便饭。因为，他这样一“做”就“做”了几十年, 东西“做”得实在太多了。
好——笃定事业方向
1957年，中学毕业的刘先林仅凭着对“航空”两字的好奇，报考了当时的武汉测绘学院航空摄影测量系。上大学后他才明白，自己学航测内业专业或许一辈子也没机会坐上航测飞机，但他还是喜欢上了这个专业。兴趣成了刘先林学习的动力，但是兴趣也让他在学习中发现了问题，就是所用的公式、仪器以及相关的一些参考书，都是以外国人的名字命名的，没有我们中国人的名字。当时他便有了这样一种想法：应该让中国人的名字在这个领域占有一席之地（图2）。
（2）大学时代刻苦攻读的刘先林
1962年，以优异成绩毕业的刘先林被分配到北京，走进了现在的中国测绘科学研究院。工作中他发现：身旁的仪器设备不仅全都是进口的，而且价格也高得惊人。这又触动了他学生时代的想法，他立志要在这一领域搞出中国人自己的东西。
志——屡解疑难创新
带着这个志向，工作不久的的刘先林便显示出他善于创新的本领，研究出一种“坐标法解析辐射三角测量”的新方法，满足了当时测制1：1万大比例尺地形图的需要，被写入国家1：1万比例尺航空测量内业规范，成为国家航空测量规范中第一个中国人创立的方法。1967年，刘先林通过潜心摸索，编制了一套适用的空中三角测量程序，第一次把计算机技术引入我国测绘生产领域，提高了生产效率，大大减轻了劳动强度。为提高我国航空测量仪器的自动化程度，刘先林又与其他同志一起，经过几年探索，于1984年研制成功了我国自己的投影、测控设备以及相配套的自动测绘等高线程序等80多个程序软件包，填补了多项空白，在数据压缩、等高线拟合等方面达到了国际先进水平，使我国成为世界上第三个能生产这类仪器的国家。接下来，他又在世界上第一次将微型计算机的应用引入了航测仪器生产。开发出的JX-3解析测图仪于20世纪90年代初上市后，不仅引发了国际市场同类产品价格的“集体大跳水”，还使舶来品在国内市场的占有率从此前的100％下降到不足5%（图3）。
（3）图组:刘先林“做”的正射投影仪和JX-3解析测图仪，打破了类似设备在国际上为少数国家所垄断的局面
然而，基于这些成果的应用对象是高质量、完善的地理信息数据，而获取这些数据的最主要手段就是航拍。但长期以来，我国航空摄影测量数据一直是采用基于胶片的航空摄影仪来获取，这种作业方式的效率和自动化、智能化程度较低。随着新型数字航测技术在国际上的兴起，国内只能以每台一千五六百万元人民币的价格从国外进口数字航摄仪。进口仪器照出来的图片虽然非常漂亮，但由于精度不够不能制图。因为提高拍摄精度的方法属于关键技术，人家不卖。因此到了本世纪初，研发我国自己的数字航摄仪取代胶片航空摄影仪的工作已刻不容缓。
义——临危请缨涉险
2002年，已退休的刘先林毅然请缨——领衔研发中国自己的数码航摄仪。这可是要有一定勇气的：一是航拍上天本身就存在一定的风险，再是对于并不熟悉相机的刘先林来说，这是一个新的技术领域，白手起家、成败难料。
工作是从“学”与“研”两方面同步展开的（图4）。刘先林一方面向搞航空摄影的人学习，了解他们对什么样的焦距最满意、需要什么样的视场角等等；再就是将测绘方面的专家请到北京，腾出自己的一间办公室供其综合前面的意见进行数字航摄仪机械部分的研究；最终将这些信息或成果贯彻到自己的科研里面去。苦战了1000多个日日夜夜，到2005年7月，我国自主研发的第一台单头数字航摄仪诞生了。但是，随后该进行的测试试验却遇到了问题。
（4）在办公室中，刘先林面对新的挑战冥思苦想、反复推敲
那是一天刚刚上班，合作单位通知课题组正好有一架飞机在山西稷山进行飞机灭虫工作，那里的天气很适合航测实验。刘先林决定马上出发。刘先林平时就好开快车，这次可有了用武之地，他与一个同事轮流驾车，下午5点多就赶到了山西稷山的实验场地。谁知，兴冲冲的一行一见到合作单位提供的那架“蜜蜂3型”超轻型飞机，不少人心里都犯了嘀咕：这么简陋的飞机，一个驾驶员、一名摄影员，还要加上这么大一台设备，行吗（图5）？就在大家还在琢磨的时候，刘先林已经抱着设备跨进了座舱。飞机起飞了，这也是刘先林第一次坐上航测飞机。让人们捏一把汗的是:不久，飞机失踪了。按照设计，这种飞机的载油量仅能供飞行30分钟。而现在，20多分钟过去了，不仅看不到飞机，就连声音也听不到。直到近40分钟的时候，飞机飞回来了。原来，是刘先林要看看这种飞机在6米宽、百八十米长平路就能起降的适飞性能，让驾驶员中途降了一次。当大家急匆匆围上去时，却见刘先林一边乐呵呵往下爬，一边激动地说:“这飞机稳着呢，搞航摄没有问题。”
实验非常成功，为此后双拼和四拼数字航摄仪的研究开了一个好头儿。
（5）图组:小飞机与大相机的组合，怎么看都有点悬乎
……
也就在这次中央电视台《科技人生》记者对刘先林进行采访的时候，远在1000多公里以外的河南省新县，课题组研发的四拼头1.6亿像元数字航摄仪，正被安装到一架小型飞机上，为那里的新农村规划拍摄目前世界上误差最小的航测图 。
展——一如既往本色
刘先林院士的办公室在一栋没有电梯的大楼的3层，在走廊的尽头。只要他不出差，楼内工作的人们每天上午九点都能准时听到刘先林急匆匆的脚步声。只要主人在，刘先林办公室的门就总是虚掩着，但从门缝里是看不见人的，因为刘先林那张书堆如山的办公桌挡住了一切。
在已经磨白了的桌面上，摆着刘先林的“两件宝”：一个摔掉了盖子用胶条缠着的手机，刘先林趴在桌子上两只手不停地用手机发短信是这里一道常见的“风景”。按刘先林的说法:这手机有两个好处，一是在哪儿丢了，只要知道地方就能找回来；再是经常用手指敲键盘对锻炼脑子有好处，这种手机比手写的那种强;再是一把茶锈斑斑没盖子的大茶壶。就是有外宾来访，刘先林也是端着它去会客。刘先林有自己的理由:研究表明:一个人每天要喝7杯水，而我这个大杯子一次就可以解决问题，多便利。刘先林的另一件“宝”，是一把闪着乌光的椅子，从1975年开始，这把椅子就一直陪伴着他。他半开玩笑地说:“我在一个材料上面看到，坐硬板凳的小孩学习成绩会好，软椅子对思考不利。瞧我，正因为这把椅子硬，30年来坐在上面可出了不少成果。”
……
采访即将结束，当记者问刘先林今后还有那些打算的时候，刘先林拍着桌上摆的那套前面提到过的车载三维数据采集系统说:“等这个仪器完全成熟以后，我就要退休，然后开车带着老伴儿到全国各地去看看……”
祝愿他的愿望早日成真。
在首都师范大学，刘先林院士给前来采访的中央电视台《科技人生》栏目记者展示了车载三维数据采集系统的工作成果：汽车采集回来的数据经过处理，已经变成三维的影像。它与平常人们所熟悉的影像效果有所不同，让人们能清晰地看到实际环境中两个建筑物之间的真实情况，给人一种设身处地、身临其境的感觉（图1）。他满怀希望地介绍:“待这项技术发展完善后，小到一个街区、一座城市，大到整个地球都能以虚拟现实的形式搬回家。”接着，刘先林又指着这套仪器上的一个部件说:“这是个立体卡，能够输出立体显示器信号。这种信号要经过分频器分到两个投影仪里面去才能转化为刚才所看到的影像效果。以前分频器这个东西咱们没有，找人家去买人家以技术秘密为由却不卖。没办法，我们就自己动手把它做出来了……”
（1）图组:车载三维数据采集系统得到的数据，经处理后得到的天安门广场透视三维图像
看似轻描淡写的一番话，一个“做”字背后所需付出的艰辛可想而知。但对于刘先林来说，这似乎已成了家常便饭。因为，他这样一“做”就“做”了几十年, 东西“做”得实在太多了。
好——笃定事业方向
1957年，中学毕业的刘先林仅凭着对“航空”两字的好奇，报考了当时的武汉测绘学院航空摄影测量系。上大学后他才明白，自己学航测内业专业或许一辈子也没机会坐上航测飞机，但他还是喜欢上了这个专业。兴趣成了刘先林学习的动力，但是兴趣也让他在学习中发现了问题，就是所用的公式、仪器以及相关的一些参考书，都是以外国人的名字命名的，没有我们中国人的名字。当时他便有了这样一种想法：应该让中国人的名字在这个领域占有一席之地（图2）。
（2）大学时代刻苦攻读的刘先林
1962年，以优异成绩毕业的刘先林被分配到北京，走进了现在的中国测绘科学研究院。工作中他发现：身旁的仪器设备不仅全都是进口的，而且价格也高得惊人。这又触动了他学生时代的想法，他立志要在这一领域搞出中国人自己的东西。
志——屡解疑难创新
带着这个志向，工作不久的的刘先林便显示出他善于创新的本领，研究出一种“坐标法解析辐射三角测量”的新方法，满足了当时测制1：1万大比例尺地形图的需要，被写入国家1：1万比例尺航空测量内业规范，成为国家航空测量规范中第一个中国人创立的方法。1967年，刘先林通过潜心摸索，编制了一套适用的空中三角测量程序，第一次把计算机技术引入我国测绘生产领域，提高了生产效率，大大减轻了劳动强度。为提高我国航空测量仪器的自动化程度，刘先林又与其他同志一起，经过几年探索，于1984年研制成功了我国自己的投影、测控设备以及相配套的自动测绘等高线程序等80多个程序软件包，填补了多项空白，在数据压缩、等高线拟合等方面达到了国际先进水平，使我国成为世界上第三个能生产这类仪器的国家。接下来，他又在世界上第一次将微型计算机的应用引入了航测仪器生产。开发出的JX-3解析测图仪于20世纪90年代初上市后，不仅引发了国际市场同类产品价格的“集体大跳水”，还使舶来品在国内市场的占有率从此前的100％下降到不足5%（图3）。
（3）图组:刘先林“做”的正射投影仪和JX-3解析测图仪，打破了类似设备在国际上为少数国家所垄断的局面
然而，基于这些成果的应用对象是高质量、完善的地理信息数据，而获取这些数据的最主要手段就是航拍。但长期以来，我国航空摄影测量数据一直是采用基于胶片的航空摄影仪来获取，这种作业方式的效率和自动化、智能化程度较低。随着新型数字航测技术在国际上的兴起，国内只能以每台一千五六百万元人民币的价格从国外进口数字航摄仪。进口仪器照出来的图片虽然非常漂亮，但由于精度不够不能制图。因为提高拍摄精度的方法属于关键技术，人家不卖。因此到了本世纪初，研发我国自己的数字航摄仪取代胶片航空摄影仪的工作已刻不容缓。
义——临危请缨涉险
2002年，已退休的刘先林毅然请缨——领衔研发中国自己的数码航摄仪。这可是要有一定勇气的：一是航拍上天本身就存在一定的风险，再是对于并不熟悉相机的刘先林来说，这是一个新的技术领域，白手起家、成败难料。
工作是从“学”与“研”两方面同步展开的（图4）。刘先林一方面向搞航空摄影的人学习，了解他们对什么样的焦距最满意、需要什么样的视场角等等；再就是将测绘方面的专家请到北京，腾出自己的一间办公室供其综合前面的意见进行数字航摄仪机械部分的研究；最终将这些信息或成果贯彻到自己的科研里面去。苦战了1000多个日日夜夜，到2005年7月，我国自主研发的第一台单头数字航摄仪诞生了。但是，随后该进行的测试试验却遇到了问题。
（4）在办公室中，刘先林面对新的挑战冥思苦想、反复推敲
那是一天刚刚上班，合作单位通知课题组正好有一架飞机在山西稷山进行飞机灭虫工作，那里的天气很适合航测实验。刘先林决定马上出发。刘先林平时就好开快车，这次可有了用武之地，他与一个同事轮流驾车，下午5点多就赶到了山西稷山的实验场地。谁知，兴冲冲的一行一见到合作单位提供的那架“蜜蜂3型”超轻型飞机，不少人心里都犯了嘀咕：这么简陋的飞机，一个驾驶员、一名摄影员，还要加上这么大一台设备，行吗（图5）？就在大家还在琢磨的时候，刘先林已经抱着设备跨进了座舱。飞机起飞了，这也是刘先林第一次坐上航测飞机。让人们捏一把汗的是:不久，飞机失踪了。按照设计，这种飞机的载油量仅能供飞行30分钟。而现在，20多分钟过去了，不仅看不到飞机，就连声音也听不到。直到近40分钟的时候，飞机飞回来了。原来，是刘先林要看看这种飞机在6米宽、百八十米长平路就能起降的适飞性能，让驾驶员中途降了一次。当大家急匆匆围上去时，却见刘先林一边乐呵呵往下爬，一边激动地说:“这飞机稳着呢，搞航摄没有问题。”
实验非常成功，为此后双拼和四拼数字航摄仪的研究开了一个好头儿。
（5）图组:小飞机与大相机的组合，怎么看都有点悬乎
……
也就在这次中央电视台《科技人生》记者对刘先林进行采访的时候，远在1000多公里以外的河南省新县，课题组研发的四拼头1.6亿像元数字航摄仪，正被安装到一架小型飞机上，为那里的新农村规划拍摄目前世界上误差最小的航测图 。
展——一如既往本色
刘先林院士的办公室在一栋没有电梯的大楼的3层，在走廊的尽头。只要他不出差，楼内工作的人们每天上午九点都能准时听到刘先林急匆匆的脚步声。只要主人在，刘先林办公室的门就总是虚掩着，但从门缝里是看不见人的，因为刘先林那张书堆如山的办公桌挡住了一切。
在已经磨白了的桌面上，摆着刘先林的“两件宝”：一个摔掉了盖子用胶条缠着的手机，刘先林趴在桌子上两只手不停地用手机发短信是这里一道常见的“风景”。按刘先林的说法:这手机有两个好处，一是在哪儿丢了，只要知道地方就能找回来；再是经常用手指敲键盘对锻炼脑子有好处，这种手机比手写的那种强;再是一把茶锈斑斑没盖子的大茶壶。就是有外宾来访，刘先林也是端着它去会客。刘先林有自己的理由:研究表明:一个人每天要喝7杯水，而我这个大杯子一次就可以解决问题，多便利。刘先林的另一件“宝”，是一把闪着乌光的椅子，从1975年开始，这把椅子就一直陪伴着他。他半开玩笑地说:“我在一个材料上面看到，坐硬板凳的小孩学习成绩会好，软椅子对思考不利。瞧我，正因为这把椅子硬，30年来坐在上面可出了不少成果。”
……
采访即将结束，当记者问刘先林今后还有那些打算的时候，刘先林拍着桌上摆的那套前面提到过的车载三维数据采集系统说:“等这个仪器完全成熟以后，我就要退休，然后开车带着老伴儿到全国各地去看看……”
祝愿他的愿望早日成真。