把握地球力量的人
—— 记国家测绘地理信息局第一大地测量队何志堂

2017-10-12 15:16 来源 中国测绘宣传中心

李星

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地球上的每一处地点,受地心引力作用,都拥有自身的神秘力量。这种力量影响着地壳内部的物质移动,影响着地理信息的数据测算,影响着飞机、卫星、导弹的运行轨迹。它就是“重力”,G=9.8N/kg是人们最熟悉的一个平均近似值。事实上,地球上每一处的重力值都不相同,而来自国家测绘地理信息局第一大地测量队的何志堂,就是我国对不同地点进行精准重力测量的大工匠之一。

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重力测量。

锻炼手指震动的力度

2001年,我国引进了世界顶级高精度绝对重力仪进行国家基础设施建设,相比较此前一直使用的测算重力差值的相对重力仪,这台绝对重力仪可以直接测出重力值,并能精准测定重力值到小数点后8位。

绝对重力仪在每次使用之前都必须进行人工精准调整。重力仪的激光发生器会发出一束直径为2mm的激光,通过激光测算自由落体下落的时间和对应距离。只有通过人工进行极其精细的调整,使激光得到精确对准,激光功率达到20微瓦以上,才能引导激光通过光纤进入干涉仪,这台绝对重力仪才有可能正常使用。而这项调整工作,曾难倒了一批重力测量工作者。

20微瓦对应的精度达到纳米级别,调整过程中手指细微的震动,就会影响激光对准。难度还不仅在此,绝对重力仪非常“娇贵”,它对外界环境的要求十分严苛。温度、湿度细微的变化甚至环境中粉尘的影响,都会引起绝对重力仪激光功率发生变化,何志堂就是要保证在任何环境下,通过他的调整,使绝对重力仪的激光功率达到20微瓦以上。

“难度就类似于在一个绿草茵茵的标准足球场中,揪出一颗随意丢撒的小绿豆,凭的是耐心、细心和手感。”

何志堂每天拿着工具拧螺丝。眼睛盯着激光功率计上的数值,屏住呼吸,力气稍微小点,达不到规格,手稍微抖下,又会用力过猛,要重新调试。与其叫拧螺丝,不如叫轻触,用他自己的话说,就是“要用连自己都感觉不到的力”。失之毫厘谬以千里,何志堂一遍遍尝试,一次次练习,向其他老师傅请教,锻炼自己指尖震动的力度,直到功率仪上的数值大于20微瓦,激光发出的2mm光斑对接成功从仪器中通过。

正是在他的不懈努力之下,2000国家重力基本网这一重大国家基础建设才得以顺利实施,他说,“这个工作只能凭手感,有时调一台仪器需要一个月,要进行数千次甚至上万次的操作,不能烦躁,需要极大的耐心和细心。”

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在珠峰大本营进行绝对重力测量。

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海岛礁重力测量。

潜心钻研攻克技术难关

极寒之地,破解难题。2004年底,何志堂和队友一起乘坐“雪龙号”极地考察船前往南极长城站实施绝对重力测量和相对重力测量。在极寒之地,何志堂常常凌晨4时出发,一天只吃一顿饭,背负着15公斤重的重力仪,踏着没膝的积雪,跋涉五六个小时后开展重力测量工作。极地恶劣的条件和环境变化使这台国际先进的FG-5绝对重力仪发生故障。何志堂深夜冒着风雪赶到南极科考人员联络站,拨通了世界上唯一生产FG-5绝对重力仪的美国厂家的电话。听完何志堂的描述,美国厂家表示他们从未见过此类故障无法解决。任务必须完成,何志堂回到重力点,凭借着他对仪器和技术的掌握,连续48小时不眠不休,硬是破解了这道连厂家都无处下手的难题。仪器得以重新运行,2005年2月8日,当全世界华人都沉浸在欢度春节的欢乐气氛中,南极长城站的绝对重力测量也顺利完成。这是我国首次在南极建立了重力基准,这次测量的成果精度达到10-8m/s-2。该成果填补了中国在南极地区没有重力基准的历史空白,对南极地区重力场研究、精密全球重力场模型都具有重要的科学价值。

复杂环境,潜心钻研。2012年起,何志堂负责实施927一期工程和国家现代测绘基准体系建设一期力工程。此前,我国大规模的重力测量尚无先例,12.6万公里的水准路线覆盖了我国全部国土,穿越了高原、荒漠、高山、河流等各类环境要素,需要逐点实施重力测量,原有的国家标准技术指标和技术要求已不能准确进行规范。面对复杂的海岛条件和陆地长距离不同环境条件,何志堂带领团队潜心研究相关资料,查找科研著作,通过理论推导、现场测试、反复比对,最终确定出符合国家要求的、不同等级边组成的重力环线闭合差限差计算方法和相关技术要求,在大幅提高测量效率的同时,成功保证了成果精度和质量。这是我国首次在海岛实施的绝对重力测量和大规模相对重力测量,也是我国率先完成的国家高程控制网逐点重力测量。这一测量成果能够为保卫我国东南沿海领海主权、经济专属区发展提供科学的测绘成果保障。

世界之巅,精准测量。2016年,何志堂前往珠穆朗玛峰。受印度洋板块运动影响,青藏地区地壳运动显著,珠峰附近历来是全世界关注的一个热点地区,该地区重力数据的变化可以间接反映该地带的地壳运动,也可以用于地震监测、预报和科学研究。除了自身要克服恶劣环境的影响,何志堂的宝贝重力仪则情况“更糟”。从内地运来,路途遥远,一路的颠簸使关键部件都需要重新进行细致调整;适宜仪器工作的温度一般是25℃左右,然而珠峰地区海拔高,夜晚最高气温也只有0℃,电压极不稳定。这些都是何志堂面对的种种难题。为了使测量结果尽可能精确,何志堂使用两台不同的仪器,强忍着高原反应,在冰天雪地中不断进行调试测量,最终测定位于海拔5300米的我国目前最高绝对重力点。

自参加工作以来,何志堂先后参与实施了2000国家重力基本网、现代测绘基准体系一期工程、汶川地震应急重力测量、中国大陆环境监测网络重力测量、国家重大科学仪器设备开发专项“高精度绝对重力仪研制及产业化示范”、军民融合等国家重大测绘专项和研究课题。他参与或实施重力基准测量500余点次,基本点重力测量700余点,加密重力测量50000余点次,先后15次在青藏高原作业,最北到达黑龙江的漠河,最西到达红其拉普边境线。他的足迹遍布全国,一个点、一个点地为祖国的山河做注。他凭借自身经验,针对不同地区、不同环境的要求,对仪器运输、仪器操作、参数设定等重新进行理论推导和实际测设,编写了大量的技术规范和生产预案,为我国重力测量的发展留下了价值不可估量的技术瑰宝。

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相对重力观测仪器清查。

自主研发改进仪器设备

当前,我国使用的高精度绝对重力仪和相对重力仪都依靠进口。一旦仪器发生问题需要进行返厂维修,费用高昂、维修周期还长,短则3个月,长的甚至超过半年。何志堂在工作之余仔细琢磨重力仪的结构构造,摸透了仪器中每一个部件的“脾气”,基本实现了仪器无需返厂维修。他骄傲地说:“目前除了关键部位无法生产,其余的部件咱们都能自己维修,可以在国内找相对应的替代品或自己改造,一般20天就能修好。”在他的努力下,成功把以往仪器故障维修周期从5-6个月缩短到了1个月,仪器维修成本降低到十分之一,还延长了设备10年以上的使用寿命,成功摆脱了对国外技术的依赖。

工作中,何志堂发现,相对重力仪常用铅酸蓄池电源,既不稳定也不便携带。他开始翻阅书籍,自己对着线路默默琢磨,研究电源使用的各项规定和标准。通过不断地摸索,他对相对重力仪的仪器电源部分线路和供给进行技术改造,最终成功地把铅酸蓄池电源改造成锂电池,达到了仪器更安全、电源供给更稳定、仪器维护和使用更方便的目标。

针对进口高精度绝对重力仪外界运行环境要求苛刻的现状,何志堂通过增加运输减震设施和固定设备运输位置的方法,极大地减弱运输颠簸对设备的影响和损坏。他还自主研制了获得国家发明专利的便携式野外活动观测室,有效控制了外界环境对测量的影响,提高设备在复杂野外环境下的使用效果,在国内甚至世界上第一次完成了野外环境下使用FG-5绝对重力仪实施高精度绝对重力测量。

何志堂说,他一辈子从事重力测量的工作,用的高精度相对重力仪和绝对重力仪都是国外进口的,相关技术也一直被国外垄断。他最大的愿望,就是自主研发出国内的高精度技术设备。2010年,他创新提出以磁悬浮技术改进重力仪精准度,并依据此申请了两项相关专利。他说每天啃书本、找资料、抓住一切机会学习,就是要把这些理论、技术、装备都摸透彻。根据多年的重力测量经验,何志堂将关键技术、遇到的问题和解决的方式方法,无私地分享给国内的科研团队,竭尽全力为我国重力测量的发展进步而努力。目前,我国自主知识产权绝对重力仪研制进展顺利,何志堂相信,在不久的将来我国也会生产出自己的高精度绝对重力仪。

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培训青年职工。

坚守信念做好传帮带

在技术传授方面,何志堂对他的技术和手艺,知无不言,言无不尽。他利用业余时间,把工作中遇到的问题以及解决问题的方法传授给团队中的年轻人,从理论到技术手把手地教,他培养了一批既有理论、又有技术的重力测量人才。在何志堂的努力下先后指导高级技术人员3人,中级职称5人。经过坚持不懈的努力,他打造了一支思想先进、气氛融洽、作风硬朗、技术一流、具有较高合作意识和创新意识的技术团队。

比技术更难能可贵的是精神的传承,何志堂的同事康胜军说:“何志堂不仅传授给我们所有的技术,在精神上也是我们学习的榜样。2005年,我们前往西藏地区进行国家陆态网项目建设。待了4个月,平时都穿着鸭绒衣,可是路不好走,车总陷到水里,每次何志堂二话不说就跳进去。”康胜军一再强调,“一定让何志堂撸起裤腿,看看他腿上因为总被冷水刺激,全是暴起的青筋。”

何志堂所在的中队,一直都在从事专业重力测量工作。2002年初,何志堂的同学曾给他打电话邀请他加入其他行业,何志堂拒绝了。2009年,又有人提出丰厚的待遇外加提成奖金、车、房等,他还是彻底地谢绝。他说,他的成长不能离开单位的培养和关怀,他所在的国家测绘地理信息局第一大地测量队有60多年历史,在这里孕育了“热爱祖国、忠诚事业、艰苦奋斗、无私奉献”的测绘精神。1991年该队获得国务院通令嘉奖,2016年该队党委被中共中央授予全国先进基层党组织,2015年,习近平总书记亲自给该队6位老队员、老党员回信,肯定了测绘工作者爱国报国、勇攀高峰的感人事迹和崇高精神。何志堂说,他的周围有很多优秀的前辈和同事,他不会离开,因为“跨过一道坎容易,但是,失去了单位、领导和同事的关心和帮助,只会止步于下一道坎。”

立志报国,堂堂正正。何志堂参加工作20年来,先后参与国家重大科学仪器设备开发专项高精度绝对重力仪研制及产业化示范、全国基础性航空重力测量技术体系研究及业务化应用示范、公益性行业科研专项等重大专项课题,参与完成研究性课题4项,实现重力设备重大技术改造两项,取得发明专利4项,在核心期刊发表高质量科技论文20余篇。他获得全国优秀测绘工程奖银奖一次,省级优质工程奖银奖一次,并获得了省级优秀青年科学学术和技术带头人称号。他带领的团队先后被评为陕西省劳动竞赛示范岗、全国“工人先锋号”。

扎根祖国重力测量,何志堂用近20年磨砺出来的坚韧与匠心,成为新时代一线技术工作者的楷模。


满江红·测绘好儿郎

杨盼

杨柳依依,征帆起,离情别绪。

抬望眼,波涛如怒,险峰如聚。

只步为尺量社稷,寸心未敢相辜负。

君不见,测绘好儿郎,四海去。


至极地,临礁屿;

天作被,大门户。

耐苦寒,奉献一片赤诚。

霜花盈盈锁明目,切肤彻骨仍测数。

到如今,观基准新成,泽国度。



为何你的志向堂堂正正

徐伟航

自然的规律隐匿在,

大地深处最幽暗的地方。

让他去吧,

于是那里就逐渐光明。

在九地之下,

没有时间的注释,

但他却用二十年的坚守诠释了,

默默无闻和忠诚奉献。

细推物理行乐路,

怎为浮名绊此身。

(中国测绘2017年第5期)