中科院遙感地球所副所長張兵
 

    愿意畢其一生——擦亮高光譜遙感這雙慧眼

　　也許你還記得電影《地雷戰(zhàn)》中的一個場景：戰(zhàn)士把地雷埋好后，拿樹枝在地面上清掃幾下，讓埋雷的地方看起來和周圍一樣。或把鞋脫了，輕輕壓一個鞋印，迷惑敵人。

　　而這樣的做法放到今天已不再神奇，高光譜遙感技術(shù)會把這些偽裝統(tǒng)統(tǒng)撕掉。

　　它的獨(dú)特魅力令中國科學(xué)院遙感與數(shù)字地球研究所(以下簡稱“遙感地球所”)副所長張兵始終為之著迷。在他看來，這項(xiàng)技術(shù)在國防軍事、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)、水環(huán)境監(jiān)測、地礦勘察等諸多領(lǐng)域有著巨大的應(yīng)用潛力，他愿意畢其一生去擦亮高光譜遙感這雙慧眼。

　　神奇的遙感

　　據(jù)張兵介紹，高光譜遙感能在可見光到短波紅外范圍內(nèi)連續(xù)光譜成像，不僅光譜探測范圍超過了肉眼的感知，并能連續(xù)記錄數(shù)百個光譜波段。因此，肉眼甚至普通的光學(xué)遙感不能識別的地物，這項(xiàng)技術(shù)都能夠更好地分辨出其內(nèi)在的物理、化學(xué)特性，甚至是物質(zhì)的分子和原子結(jié)構(gòu)。

　　如果說彩色合成遙感圖像主要是根據(jù)地物顏色和形態(tài)的差異來分辨地物，那么高光譜遙感則是根據(jù)像元光譜曲線的形態(tài)來識別地物。

　　張兵舉例說：“在數(shù)百公里高度運(yùn)行的高光譜衛(wèi)星不僅能觀測到地面覆蓋的是不是植被，還能探知這些植被的具體種類和長勢如何。”

　　事實(shí)上，我國的高光譜遙感技術(shù)曾令一些科技強(qiáng)國刮目相看。

　　2000年和2001年兩次應(yīng)日本邀請，中科院遙感應(yīng)用研究所(如今的遙感地球所是在遙感應(yīng)用研究所、對地觀測與數(shù)字地球科學(xué)中心基礎(chǔ)上整合組建而成)與上海技術(shù)物理研究所合作，在中科院院士童慶禧和薛永祺帶領(lǐng)下，攜帶自主研發(fā)的航空成像光譜儀赴日本開展農(nóng)田作物高光譜遙感精細(xì)分類實(shí)驗(yàn)。

　　以往使用多光譜圖像只能把農(nóng)田或者作物的大類進(jìn)行區(qū)分，而張兵基于在長野獲取的80個譜段的航空高光譜遙感數(shù)據(jù)，對卷心菜、大白菜、蘿卜等多種蔬菜進(jìn)行了精細(xì)分類，制作完成了實(shí)驗(yàn)區(qū)多種植被和蔬菜類型的精細(xì)分類圖。

　　他進(jìn)一步解釋說，日本蔬菜價(jià)格較高，各種蔬菜種植面積的提前預(yù)知，對于預(yù)測未來幾個月各種蔬菜的市場價(jià)格意義重大。“這項(xiàng)工作也開創(chuàng)了利用高光譜遙感技術(shù)進(jìn)行蔬菜品種精細(xì)分類的應(yīng)用先例，獲得日方高度評價(jià)。”

　　難忘的實(shí)驗(yàn)

　　在張兵的職業(yè)生涯里，組織實(shí)施的國內(nèi)外航空高光譜遙感綜合實(shí)驗(yàn)多達(dá)20余次，其中不乏讓他至今難忘的經(jīng)歷。

　　2008年，張兵帶隊(duì)參加了遼寧地區(qū)航空航天遙感綜合試驗(yàn)，國內(nèi)許多家單位都帶著儀器設(shè)備前來“切磋比試”。

　　“在特定區(qū)域內(nèi)，使用高光譜、紅外、全色、多光譜、雷達(dá)等多種遙感技術(shù)手段對特定地物進(jìn)行識別研究，這實(shí)際上也是一場真刀真槍的技術(shù)競賽。”張兵說。

　　除了他負(fù)責(zé)的高光譜遙感團(tuán)隊(duì)外，其他遙感技術(shù)手段均是以人工目視判讀為主。在一個大廳里，其他團(tuán)隊(duì)成員要么聚精會神地盯著電腦尋找目標(biāo)，要么趴在遙感影像圖上仔細(xì)判讀目標(biāo)。唯有張兵團(tuán)隊(duì)采用的是其自主開發(fā)的目標(biāo)光譜自動探測技術(shù)——把高光譜圖像輸入軟件系統(tǒng)后，便可自動進(jìn)行特定目標(biāo)搜索。

　　由于大區(qū)域的航空高光譜圖像是飛機(jī)以一個個條帶的形式飛行獲取的，因此，他們也需要依次輸入不同條帶進(jìn)行系統(tǒng)計(jì)算。

　　“第一個條帶沒有目標(biāo)結(jié)果輸出，第二個條帶仍沒有，第三個條帶還是沒有。”張兵坦言，“當(dāng)時(shí)我們心里有點(diǎn)發(fā)慌了，是真的沒有目標(biāo)還是我們的模型算法有問題?第四個條帶計(jì)算結(jié)果出來了，終于發(fā)現(xiàn)了我們想尋找的東西。”

　　整個大廳隨之沸騰起來，在場所有人都見識了高光譜遙感在地物自動探測上的威力，它的高精度和高效率給大家留下了極其深刻的印象，并在這場技術(shù)大比拼中為中科院贏得了榮譽(yù)。

　　然而，長年繁重的科研工作，留給張兵的除了喜悅的回憶，還有艱辛，甚至危險(xiǎn)。

　　2001年，應(yīng)馬來西亞國家遙感中心邀請，張兵帶隊(duì)開展熱帶雨林航空高光譜遙感試驗(yàn)，連續(xù)進(jìn)行多天的地面野外調(diào)查。

　　當(dāng)時(shí)正趕上齋月，當(dāng)?shù)厝税滋觳怀詵|西。與馬方人員一起出野外的張兵等中方人員只能找機(jī)會避著他們隨便吃點(diǎn)干糧，體力消耗很大。

　　一天晚上，張兵開始發(fā)高燒。當(dāng)?shù)貧鉁?0多度，但高燒不退的張兵渾身發(fā)冷，即使蓋著厚被子，也抖得像過篩子一樣，吃藥也不管用。

　　這把其他同事都嚇壞了，深夜里他們只找到一個看上去很不專業(yè)的小診所，猶豫再三，沒敢把張兵送過去。后來，他艱難地挺過了一晚上，又休息了兩天，才漸漸恢復(fù)。

　　成長的秘訣 在高光譜遙感實(shí)驗(yàn)中歷經(jīng)磨煉的張兵，其實(shí)多年前便已是這一領(lǐng)域的"新星"，他也是我國高光譜遙感科學(xué)與技術(shù)從誕生走向成熟、從科研走向?qū)嶋H應(yīng)用的最主要貢獻(xiàn)者之一。

　　他目前擔(dān)任著美國電氣和電子工程師協(xié)會(IEEE)國際高光譜圖像與信號處理會議(WHISPERS)技術(shù)委員會委員、IEEEJSTARS期刊負(fù)責(zé)高光譜遙感方面的副主編等國際學(xué)術(shù)職務(wù)。

　　作為國際數(shù)字地球?qū)W會中委會成像光譜專委會主任，他還組織發(fā)起了"全國成像光譜對地觀測學(xué)術(shù)研討會"年度系列會議，推進(jìn)我國高光譜遙感的普及和發(fā)展。

　　張兵師從童慶禧院士，20多歲就開始擔(dān)當(dāng)研究室的執(zhí)行負(fù)責(zé)人，帶領(lǐng)課題組成員赴國外開展國際合作、在國內(nèi)具體組織實(shí)施科研任務(wù)，38歲時(shí)便成為了中科院對地觀測與數(shù)字地球科學(xué)中心副主任。他是如何實(shí)現(xiàn)這種快速"成長"的呢?

　　在張兵看來，無他，唯"認(rèn)真"二字。他覺得，一件工作如果自己不能做到盡可能完美，"心里就會很別扭"。

　　從研究生時(shí)期開始，張兵交出的"活兒"就很少需要師父多操心，久而久之，也讓大家敢于在他的肩上壓重?fù)?dān)。他對工作的專心、執(zhí)著和犧牲精神，也曾讓素有敬業(yè)美譽(yù)的日本同行為之動容。

　　"每天早上送孩子上學(xué)是我非常樂意攬下來的任務(wù)，這樣就能早早地來到單位。"張兵說。

　　此外，勤奮認(rèn)真的張兵也是一位各項(xiàng)測評"全優(yōu)"的老師。在學(xué)生眼里，他"講課條理清晰，知識系統(tǒng)完善"，"十分有趣，治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)"，"是一個非常好的老師"。

　　目前，張兵還擔(dān)任中科院數(shù)字地球重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任，他給自己設(shè)定的新挑戰(zhàn)是建立"全球環(huán)境資源空間信息系統(tǒng)"，這也是遙感地球所"一三五"規(guī)劃中的一個重大突破。

　　他希望充分發(fā)揮對地觀測與數(shù)字地球科技優(yōu)勢，打造一個"科學(xué)版"的GoogleEarth(谷歌地球)，為國家提供最綜合的全球和區(qū)域環(huán)境資源科學(xué)數(shù)據(jù)，為全球變化研究作出重要的科學(xué)貢獻(xiàn)。

　　對于忙碌的張兵而言，最大的享受是完成一件工作之后的短暫休整。"體會著那種成就感，特別滿足。"張兵說。