淡泊名利 匠心报国
——记中国工程院院士刘先林

2017-10-12 10:32 来源 中国测绘宣传中心

吴玉华 丁剑

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率队到巴基斯坦国防部测绘局培训我全套数字化测图体系。

2017年6月中旬,一张照片走红网络,在高铁二等座上,一位穿旧皮鞋的老人神情专注忘我工作。网友留言说,这才是民族之魂,共和国的脊梁。这位平易朴素的老专家,就是中国工程院首批院士、中国测绘科学研究院名誉院长刘先林,一位具有工人品质的高级知识分子。

刘先林是坚持自主创新的时代先锋,不仅是测绘人的骄傲,更是中国人的骄傲!上世纪60年代,年轻的刘先林急国家所急,研究出的坐标解析辐射三角测量法,成为航测规范中第一个中国人自己创立的方法;70年代,他研制的数控测图仪、“ZS-1”正射投影仪及配套软件成功问世,使我国成为世界上第三个生产该类仪器的国家;1985年,集光机电计算机技术于一体的解析测图仪的推出,填补了国内空白,获得国家科技进步一等奖;1999年, 他领导研制的数字化测绘技术体系关键技术集成及其产业化,将我国的数据采集技术由解析带入到数字时代,并再次荣获国家科技进步一等奖;2007年,他带头研制的SWDC系列数字航空摄影仪将国家航空摄影技术由胶片带入到数字时代,再次填补了国内空白,并在汶川地震时发挥了巨大作用,大量的灾区影像如“千里眼”般,为指挥抗震救灾提供了科学依据。

测绘地理信息是一个生产型、服务型的行业,而测绘装备则是实现生产服务的工具和武器,是地理信息金字塔的底座,底座是否坚实直接影响塔身的坚挺。我国国产化测绘装备的发展经历了从模拟、数字、信息化到未来的智慧,从光机电仪器、CCD传感器、多传感器集成到未来的传感器网络,计算工具由单机版、网络版到未来的云架构,这一系列测绘装备的改变为行业带来了新的任务和需求。刘先林勤学不辍,创新不止,始终站在时代的前沿,匠心独具,百折不挠,精益求精,在测绘生产实践中不断革新地理信息数据的生产方式、处理平台和服务理念,为测绘地理信息事业持续快速健康发展做出了卓越贡献。

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接待德国代表团,展示DEM自动生成等高线。

心怀报国之志 不畏关山重重

1962年,从武汉测绘学院毕业的刘先林,面对进口的天价测绘设备和国外对测绘技术的封锁,立志要打破国外产品在我国测绘领域的垄断局面,并为此开始了长达半个多世纪的持之以恒的奋斗。作为从事航测仪器研制的测绘人,结合生产搞装备研发是他的原则,刘先林不看重论文、不关注专利,不单纯追求填补空白,一心扑在设备的研发实验上。他所有的创新成果没有一个躺在文件柜里,全部在实际工作中得到应用,成功实现了产业化,转化为现实生产力。

自主创新之路关山重重,测绘仪器囊括光、机、电、测绘、计算机等多种学科,刚开始的时候刘先林也并非样样精通。几十年来,不管是不是他的专业,是不是他的本职工作,只要科研需要,他都认真去学。

在那个计算机极其稀缺的年代,单位没有计算机,一些有计算机的单位向社会开放,刘先林为了学好计算机技术,想方设法争取上机的机会。他经常前半夜动身,从北京三里河宿舍坐末班车赶到中国科学院,到后半夜上机,上机结束天已大亮。就这样每周2-3次,坚持了两年多,刘先林的计算机水平有了很大的提高,为他日后把计算机技术引入测绘科研打下了良好的基础。

早在1967年,当时国家测绘局引进了第一台DJS-5电子计算机,刘先林经过潜心摸索,编制了空中三角测量程序,第一次把计算机技术引入我国测绘生产领域,不仅提高了生产效率,而且大大减轻了劳动强度。上世纪80年代,面对国外测绘仪器高昂的价格和国内测绘生产的迫切需求,刘先林研究如何实现仪器国产化。面对德国、瑞士可以把陶瓷管做到微米级的精密机械加工工艺,我们一直做不到,刘先林就亲自动手,充分利用计算机技术,开发了正射投影仪配套的80个软件包,规避了加工工艺方面的缺陷,成功研制了具有国际领先水平的国产测绘仪器,利用创新实现“弯道超车”。

院里分配给他的办公室,本来是两间,其中一间放着工作台,上面摆满了机械加工工具——钻车铣刨钳锯,以及各种仪器的零部件,俨然成了刘先林的“创客空间”。文革期间,刘先林被下放到工厂工作,在很多人聊天打牌闲度光阴的时候,他在车间跟着工人师傅,学会了车刨铣钳各种技术。刘先林的创新更多体现在自己动手的创造上,无论是硬件的研制还是软件的研发,他都亲力亲为,把创新的理念转变成先进的产品,实现了中国摄影测量与遥感装备国产化道路上的一个又一个奇迹。

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与同事讨论正射投影仪软件开发。

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操作SWDC相机。

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登上飞机测试SWDC相机性能。

纸上得来终觉浅 绝知此事要躬行

曾几何时,研制航测仪器,一无现成图纸,二无参考资料,三无充足经费,这意味着刘先林的科研历程每走一步都要付出更大的代价。

等高线拟合是刘先林啃过的一块硬骨头,当时的计算机水平很低,介质用的是纸带,容量非常有限,为了把极为复杂的等高线数据记录进去,就需要对等高线进行拟合,把数据的冗余度压到最低限度。这是一个技术活,更是一个苦力活。20世纪80年代初,作为课题组组长的刘先林天天加班,一天到晚编写程序,在楼道经常听到他又快又响地敲击键盘的声音,一直持续到深夜。国庆节别人都休息了,刘先林却三天假期都在机房度过,每天工作10多个小时。几易寒暑,达到国际先进水平的精美等高线终于出炉。而细心的同事发现,40出头的刘先林几年前还一头黑发,如今已经花白。

1985年,刘先林研制解析测图仪时,时间紧,难度大,要在两年4个月内完成总体设计和光、机、电部件加工及上百个程序的编制、总体调试等工作。功能出偏差?刘先林就从每一个零件每一个接口找原因;数据不匹配?他就设置不同参数,一组一组地调试。春节期间,助手们回家探亲,他觉得时间不等人,就拉着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解析测图仪研制成功,并很快在国内大规模应用。后来,为了把解析测图仪的单板机升级到系统机,那段时间刘先林开会时都会带上笔记本电脑,把原来单板机上的驱动软件一个个移植到系统机里面去。

刘先林崇尚的是那种一竿子插到生产一线,实践中缺什么就研究什么的科研作风,既能动手也不怕动腿,更能动脑地苦干,做以前没做过的事,而不是重复已有的东西。成为院士后,刘先林也不断去补充新鲜血液,完善知识结构。从电路板焊接、程序编制、系统联调、现场试验、用户问题解答,凡事他都亲力亲为,积累第一手数据,力争每个细节做到完美。

对于测绘人来说,把地球搬回家需要很多环节。刘先林最初的研究方向主要集中在航空摄影测量数据处理技术的提升,我国最先实现数字化的测绘技术也正是航测处理技术。但渐渐地刘先林发现,要实现整个航测体系的数字化,需要从数据获取开始。于是,便有了数字航空摄影仪的研制构想。数字航摄仪是可以拍摄下美丽地球的影像,同时记录下影像坐标的航测设备。对于航测人来说,它是测量地球的第一把量尺。

2006年,数字航摄仪研制过程中出现了一个困扰已久的问题,航摄仪采用的哈苏相机,其固有结构中的活动部件反光板在按快门时总是莫名其妙地掉落,影响曝光速度,给双拼航摄仪和四拼航摄仪的影像拼接和相机同步带来很大麻烦,导致SWDC航摄仪的使用效率和效果都大打折扣。对于民用相机来说,哈苏没有任何问题,但用它作为量测型相机,这块反光板就成了致命的缺陷,怎么办?团队有人设计了通过后续软件绕道走的技术方案来解决,其他人都觉得这个办法可行,但是刘先林坚持要直接消除反光板掉落顽疾,从根本上解决问题。于是敦促相关人员和瑞典的哈苏总部反复沟通,让哈苏公司发了不下5版升级软件进行测试,最后问题得到彻底解决。数字航摄仪在山西稷山县试验时,身为院士的刘先林依然身体力行,顶着寒风,冒着冷雨,在山坡与山谷间布设控制点;在宜宾试验时,谁都不敢登上无棚遮挡的轻型飞机进行航测,他二话不说,自己上去了。

2006年4月的一天,为了获取数字航摄仪的第一手资料,刘先林第一个登上了主要用于喷洒农药的蜜蜂三型小飞机,“40分钟了还没有回来!”现场所有人的心提到了嗓子眼,这种飞机一次一般只能飞35分钟。他“固执”地认为,必须亲自参加实际作业生产,才能理解产品的真实性能。

刘先林说,搞科研需要有献身精神,需要付出比一般生产劳动更大的努力。他因为沉迷于科研,经常脑子里全是数字,后来搞计算机时脑子里全是代码。许多重要的想法、重要的方案、重要的思路几乎都不是在8小时之内想出来的,工作一旦上了手就放不下。

2003年,刘先林又开始构想移动激光建模测量系统。针对当时国际上地面测量设备存在的技术缺陷以及高端传感器对我国禁用的现状,刘先林面向高精度全息地面测量的需求,立足关键设备全部国产化,开启了我国自主高精度地面移动测量设备研发的先河。作为全新的技术,在大家都不知从何处下手的时候,刘先林从系统构建思路、关键装备研制、现场试验等,全程参与,亲力亲为。特别是全自动后处理软件研发中,在所有科研人员都对全自动处理方法的实现缺乏信心的时候,刘先林始终坚持要做到100%自动提取数据,并多次亲自开车到马路上观察道路两边的地物要素类别,晚上有新的思路,第一时间到办公室证实新思路。勤奋和坚持支撑着刘先林渐渐看到曙光的来临。历经千百次的软件修改和完善,使得自动提取比例从30%、到50%、到80%稳步提高。目前,该系统后期处理的绝对精度可达5厘米,一公里数据的处理时间只需要5分钟,可以提取多达50种城市地物要素分类,而国外同类产品即便只提取一种地物要素,也需要半个小时,技术水平在国际同类产品中处于绝对领先地位。

随着“一带一路”建设的持续推进,高铁、水利水电和机场等“中国制造”的工程项目,也将参与国际市场的竞争。为响应国家号召,刘先林现在又带着另一个创业团队,身体力行地投入到工程建设信息化和智能化研发中去,用独具的匠人智慧,精湛的匠人技术把测绘人的创新与传统工程施工结合起来,研发出了无人驾驶智能化工程机械系统,为中国制造、中国质量保驾护航,再树丰碑。

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与同事一起研究双拼数码航摄相机的技术难点。

亲自服务“讨好”用户

科研工作不是说走出实验室就完成了,要到生产实践中去考验科研成果。实验室出来的产品难免有很多问题,只要坚持不懈在第一时间满足用户要求,哪怕用户提出的不足之处、改进意见有几百个,经过一段时间总能完善。刘先林说,产品销售靠的就是服务,我亲自服务就是讨好用户的最好方式,是树立用户对国货信心的最好方法。

“蹲点”是刘先林推广产品的有效方法,他的手机是24小时开机,遇到用户反馈的问题随时解答。他常说:“我们的产品,用户说好,不必往心里去,用户反映的问题,我们一定要尽快解决。”他以“随叫随到”的服务赢得了用户的赞誉。

用户在使用刘先林研制的航测设备出现问题时,他总是第一时间亲自奔赴用户单位解决问题。他喜欢住在办公室,理由只有一个,就是离设备近点。出差时,下了火车不去宾馆,而是直奔实验室。一次在无锡调试仪器,连续10多天都干到深夜,连看门的都睡了,没人给开门,怎么办?就只好翻墙出去,跟着他搞科研和维修的很多同事都跟他翻过墙。

同事们都说,刘院士精神头十足的时候,是放弃节假日在实验室技术攻关的时候,是奔波在野外测试仪器的时候,是猫着腰钻到桌子底下检修设备的时候,是连续8小时坐在硬板凳上编程的时候。


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向国外专家介绍SWDC相机。

所有与科研无关的元素都被简化

在测绘地理信息行业,刘先林的名声家喻户晓,他的名声不仅来自于科研产品的广泛应用,更来自于他对名利的淡然。刘院士只要扎进科研的世界里,与科研无关的元素都会被他忽略,衣着形象、出行待遇等,他认为都不重要,于是才会有穿着旧鞋、坐高铁二等座这样常态化但民众觉得惊奇的事情。人对财富的欲望是无止境的,但刘先林认为,为国家服务创造的财富才是最有价值的,因此他把本应属于他自己的财富拿出来搞科研创新。

刘先林是首都师范大学的客座教授,每年的教授津贴,全部拿来充当科研经费和外业实习学生的各种补贴;为了科研项目,他征用儿子的两辆SUV汽车做试验;私人借钱给年轻人买房;出差和组内成员一起坐经济舱甚至买高铁站票;开会结束,与同事一起吃袋装牛肉喝白开水;衣着简朴,不拘小节,旧衣旧鞋会穿很长时间。所有有利于科研的事他都会不顾身份地位、不计个人得失地去做,所有这一切都是刘院士的惯性使然,是不经意间发生的。

几十年如一日,刘先林从未停止过探索的脚步,他牵头的几个重大项目,从研制开始到产业化达到一定规模,大都要历时10年左右,经过上百次的失败、无数次的起起落落。最初几年都像在“地狱”里爬行一般。刘先林的实验室被称为“车间”,他也被大家亲切地称为“工人师傅”。从上世纪80年代开始的正射投影仪到90年代的解析测图仪,从1998年的数字摄影测量工作站到2007年的数字航空摄影仪,再到目前世界最先进的移动激光建模测量系统和无人驾驶智能化工程机械系统,刘先林一路披荆斩棘,事无巨细,把“量尺”更新升级换代了一批又一批。

刘先林深知自己选择的是一条布满荆棘的道路,他说“搞科研遇到很多拦路虎,不要简单认为是三起三落,而是百起百落,每一次低潮的时候都有想放弃的念头,但最后坚持下来就成功了。”凭着这股韧性,他连续两次获得国家科技进步一等奖,第一个把计算机技术用在了航测生产领域,成为第一个把测量方法写入航空测量规范的中国人。对于大国工匠精神,刘先林院士自己的理解是:“既要动脑,也要动手,要做到实实在在的贡献,做有用的科研,把艰苦奋斗、不怕苦不怕累、敢于创新的精神传递给年轻人。”

这就是刘先林,一个矢志不渝、不忘初心奋斗在国产测绘装备研制道路上的中国测绘人。


国器匠师刘先林院士赋

夫院士刘先林,己卯年诞于桂林,祖籍河北无极。中学居汉研习,大学武测奠基。壬寅年至国测所进职,九四年晋首批院士。一生荣誉满壁,心系国器奋起。中等身材健魄形体,面容和蔼目瞳清晰。素身着布衣,韵若邻翁气。求真求实,志新志极。明镜止水以定身,光风霁月以带人。坎坷多于荣誉,挫折砺其心志。为中测院名誉院长,年近耄耋拼搏不息。尽职该院,从一而止。荣光非永不言败,可贵在屡仆屡起。

测绘乃技术前端。每每科技浪潮测绘都波澜激荡,次次换代升级困难都重峦叠嶂。测绘乃交叉学科,方法相互鉴赏。地信乃新兴行业,技术彼此共享。天下奇才也难样样精通,卓越团队怎可行行精良。但凡需要君便勤学,如能通达他就遍尝。其成果非纸上谈兵,要发明就大有用场。研装备有目的:为用户增值,为国家增光,推中国制造朝中国创造转向。求创新有目标:为企业强效,为民族强装,促国情监测向利民安邦导航。

六十年代:航测生产临苦度,航测加密低精度。苦寻症结在装备,立志仪器靠自主。创解析三角坐标法,小图转大图不再苦。外业控制疏布,精度提高大步。编写空三新程序,快速制作千幅图。创业举步维艰,图强才能强图。

七十年代:传统测图遇难度,仪器空白待弥补。四年所室撤销下干校,开车修车挺起工人骨。机构迎重建,科学育春树。数控测图仪研制完成,正射投影仪紧锣密鼓。八十多个程序包,自动绘制高程图。获国家科技进步奖,领先之智初露眉目。论文在国际会议宣读,成果在法地理院传布。

八十年代:测量技术要速度,行业仪器靠异土。十年磨一剑,一剑秀中图。解析测图仪系列,简单易用高效率。测绘装备国产化,外器价格大跌苦。荣获国科一等奖,技术领先优服务。赴美访学阔眼界,历史关头勇回府;携回一腔赤诚,倾注报国情愫。

九十年代:地图产品需精度,数字测绘方起步。为高效生产找方案,给生产流程闯新路。“数字测绘关键集成”,国科重奖傲立翘楚。扫描摄影虚拟三合一,高程栅格立体互融入。模拟测绘到尽头,数字测绘装备促。踏破铁鞋见曙光,朝霞满天拓新路。以勤为富则不贫,以忍为力则不惧;以舍为有则不贪,以忙为乐则不苦。

本世纪初:数字城市求智度,地信数据全维度。大面阵数字航摄仪,五载春花开满树。数字摄影无胶片,竞争外器不怕输。获得国科二等奖,民用相机测精图。移动激光建模车,快速采集立体图。全息三维高效率,高精测图奠基础。任《遥感信息》主编,令媒体引创新路。

先林者谓先进之林,刘公者称领军之将。院士不赏旧功,屡挫屡强。匠师时不懈怠,老而弥刚。吹奏黑管,情性滋养。侠骨柔情,慈祥师长。不问收获,只知耕壤。螺丝精神,示范榜样。现场为家椅作床,需求为食赞为粮。攒工资凑津贴补科研费,二等座经济舱便饭家常。奉献意识,党员形象。终生学习,名利皆忘。人格至尊,不卑不亢。社会中坚,民族脊梁。工匠精神,正激励八方。大国重器,可图智安邦。(牛汝辰)


(中国测绘2017年第5期)