同济大学航天测绘遥感与深空探测研究团队 - Military版

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Military版 - 同济大学航天测绘遥感与深空探测研究团队

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k****z
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科技工
科技创新从嫦娥“百米悬停”向深空探测延展
科技工作者之家 04月12日
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这是属于中国人的高光时刻！2013年12月14日，嫦娥三号探测器成功平稳落月，中国成
为世界上第三个有能力独立自主实施月球软着陆的国家；2019年1月3日，嫦娥四号探测
器翩然落月，首次实现人类探测器在月球背面软着陆；2020年12月1日，嫦娥五号探测
器的着陆器、上升器组合体成功在月面预定区域优雅落月，成为我国第三个成功实施月
面软着陆，并后续完成我国首次月球采样返回任务的探测器。
这也是同济大学师生为之自豪的时刻！因为嫦娥进入动力落月阶段，最后百米悬停避障
段的关键环节，有同济测绘人的一份贡献，由同济大学副校长、测绘学科带头人童小华
教授领衔的“航天测绘遥感与深空探测研究团队”参与研究、助力完成。“能为嫦娥完
美落月保驾护航，我们很自豪，也值得我们骄傲。”谈起嫦娥落月，团队师生们都无比
振奋。
十年磨一剑。助力嫦娥软着陆只是一个缩影，在地外天体测绘遥感方面，同济测绘学科
与国内同行们一起奋力前行。他们利用自主研发的科研成果，深度参与国家和地方经济
建设，同济大学航天测绘遥感与深空探测研究团队也因此荣获了全国教育系统先进集体
等荣誉称号。目前，这个科研团队还在追梦月球“嫦娥”、火星“天问”，追随国家航
天工程，向更遥远的深空探测挺进，将测绘科技从地面延展到月球、延展到地外天体。
寰宇苍穹将成为展现我国测绘科技实力的大舞台。
“挑战”
让嫦娥最后百米“看清月面”
随着空间技术、信息技术和传感器技术的迅猛发展，如何获得高质量高可信度的遥感空
间数据，成为国际上争相研究的一大热点。
核心技术是买不来的，像“嫦娥”等探测器在月球着陆时，悬停避障探测精度是一个必
须要解决的问题。众所周知，嫦娥探月工程中，探测器“落”月的关键是实现软着陆，
任务艰巨。
“软着陆”是相对于“硬着陆”而言，“硬着陆”指说航天器未减速，以直接撞向月面
的方式落月，如此，探测器可能会摔得粉身碎骨。“软着陆”则相反，它是通过缓冲手
段来减小降落时的垂直速度，使之以安全的速度平稳地降落月球表面。其中的关键技术
就是在降落过程中，采用光学和激光三维测量等技术实现接力避障，让着陆器选择在平
坦地形下降，确保“嫦娥”安全落月。
“与嫦娥三号、四号落月避障任务一样，嫦娥五号对于探测器着陆点的位置精度和平整
度都有极高的要求：着陆区域内应没有太高的凸起，没有太深的凹坑，坡度也要符合任
务要求。特别是在嫦娥落月的最后几分钟，探测器自主降落阶段非常关键，尤其是在距
离月面100米高度时，悬停、激光成像测量、选定着陆点、精确避障等一套连贯动作都
要高度精准，一气呵成。”童小华在接受本刊记者采访时介绍。
观众通过电视直播画面可以看到，嫦娥探测器降落到一定高度有一个微微停顿的瞬间，
之后才果断降落，仿佛“定睛一看”，做到心中有数，落月不慌。但很少有人知道，这
“定睛一看”的玄机奥妙和背后有着我国测绘科技的支撑。
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“‘悬停’的内涵就是避障。”童小华说，重点在于要让“嫦娥”在空中“看清月面”
，其难点在于，悬停时间非常短，要让“嫦娥”在“比一眨眼功夫还短”的时间里，看
清楚月面，探测出障碍物，避开起伏超过20厘米的凹坑和凸起的石头。
在如此短的时间里，我国自主研制的多波束激光扫描采集点云分辨率是稀疏成像的，如
果图像不清楚，障碍物就难以精准量测，就会导致“嫦娥”看不清月面。因此，能在瞬
间准确探测出月面障碍，是一件很难的事情，而且机会只有三次，不然着陆器就要进行
“盲降”了。
针对这一科技难题，童小华带领团队，与中科院相关院所和航天部门密切合作，经过多
年自主探索，他们建立起测绘遥感空间信息可信度理论方法和技术体系，以高可信度保
障嫦娥探测器软着陆激光悬停避障探测关键任务的完成，正如人们在直播中看到的：嫦
娥五号（包括嫦娥三号、嫦娥四号）在“落月”前“定睛一看”，辨清哪里的月面平整
，适合降落，果断平移几米，躲避月石月坑障碍，然后安全降落。
在嫦娥五号探月指挥大厅现场，童小华全程观看了落月过程。“当时现场的气氛高度紧
张，科研人员都关注着嫦娥落月过程以及落月结果。”这一时刻，月球探测器正经历着
关键考验；这一刻，也是业界称为“黑色720秒”的嫦娥自主控制阶段，“嫦娥”脱离
了地面控制，要完全靠自已的能力独立完成一连串的落月动作，“嫦娥”要自主判断、
自主避障、自主选址。据介绍，自主降落风险性很大，全球航天深空实现探测器软着陆
的成功率不到50%。2019年，世界上一共有过3次航天器落月着陆之举，只有中国成功了
，并且实现了人类探测器首次到月球背面着陆。
众所周知，将信号从38万千米之外的月球发回到地球再传送至指挥中心进行分析判断，
会有一定延时。“这一时刻，指挥大厅里突然安静下来，每一双眼睛都紧盯着面前的屏
幕，静静地等待、企盼着前方传来软着陆成功的好消息；这一时刻，只有屏幕上的数据
在跳动、不停变换着。”毋庸置疑，对于参与嫦娥研发的人员来说，最后每一分每一秒
的等待都是紧张和期盼……
“求索”
运用“质量可信度理论”助攻高难度
自从2008年参与嫦娥三号着陆避障激光三维高精度测量任务开始，同济大学航天测绘遥
感与深空探测研究团队就开始踏上为航天重大工程求索创新之路。为让“嫦娥”能“看
得更清楚”，这支敢于拼搏的队伍迎难而上，一次次彻夜讨论，一回回探索实验，一项
项技术突破，都凝聚着科研人员的付出与艰辛。
测绘遥感空间数据是国家重要的战略资源，数据的质量决定着实际应用的成效。童小华
告诉记者，围绕“落”月避障，同济大学航天测绘遥感与深空探测研究团队做了一系列
探索和研究，比如着陆选址分析中的一个关键难题是去除卫星颤振造成的“伪地形”，
航天器平台颤振问题普遍存在且不容忽视地影响高精度测图，目前国际上尚无成熟解决
这一问题的有效方案，西方发达国家大多依赖高精度硬件来实现，但其硬件和技术对我
国禁运和封锁。
经过多年探索，由童小华领衔完成的航天重大工程遥感空间信息可信度理论与关键技术
获得突破，解决了航天探测场景静态要素的误差可信度量、航天器实时动态遥感信息的
质量可信控制、海量遥感空间数据产品的质量可信评估等一系列共性难题。这些研究成
果为嫦娥“落”月提供了重要的理论方法支撑，特别是嫦娥激光三维系统实现在极短成
像时间条件下的量测级探测精度。
20多年来，同济大学航天测绘遥感与深空探测研究团队专注于测绘遥感地理空间数据质
量的研究。童小华记得，从1996年自己读博士开始，导师就带着他瞄准“空间数据精度
”这一国际前沿方向。从数据的精度误差，到数据的不确定性，再到数据可信度研究，
团队沿着这样的研究脉络专注笃行。在多方的长期大力支持下，得益于导师、前辈和同
行的指引和帮助，研究团队一路走来，推动相关理论与技术方法不断获得发展和进步，
探索出了一套测绘遥感空间数据质量控制的理论技术与方法，并将它们从地面上的应用
扩展到我国航天事业。
例如，在使用月球或火星轨道器影像对着陆区选址进行地形分析时，采用团队建立的颤
振探测与影响补偿技术方法和软件，弥补颤振对测图精度的影响，才能把颤振引起的伪
地形尽可能消除，使地形更精准。
与此同时，针对嫦娥探测器激光三维系统着陆避障的探测任务，同济大学与中国科学院
上海技术物理研究所团队一起，历经十余年合作，在同济大学嘉定校区建设了一个占地
3万多平方米的月球与深空探测精密测绘综合实验场，这是目前全国第一个多法向大平
面航天激光成像与障碍探测综合实验场，其创新性地建立宽视场多法向大平面检校方法
，进一步提高激光测量精度和避障准确性，将着陆区全视场激光三维探测精度从分米级
提高到了厘米级，以高可信度探测出威胁安全软着陆的月面障碍。
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团队师生在实验场
一次又一次起早摸黑做实验，一回又一回修改设计方案，一点一点逐步提高测量精度，
科研团队终于交出了满意的答卷。同济大学测绘与地理信息学院教授、科研团队成员冯
永玖抬起自己的一只手臂，尽量向上伸展，他一边比划一边说，你能想象在一个空旷场
地，当吊车吊臂一节一节伸出来，慢慢升起至100米高度（相当于30多层楼高），站在
吊臂下的人会有怎样的感觉？“这种模拟真实场景的实验我们反复做了多次，每一次都
震憾心灵。”冯永玖介绍说，百米高度悬停避障实验，是在多法向大平面检校实验后，
将激光三维系统升到百米高度进行障碍探测和安全区选取的地面验证。在实验场里，还
建设了模拟着陆区域，模拟了月球表面的月坑、月石和斜坡等地形地貌场景。
同济测绘学院教授、科研团队成员谢欢告诉记者，做实验很辛苦，不算前期准备，往往
一干就是一整天或一个晚上。特别是激光系统对工作环境要求高，赶在夏天做实验，基
本都是凌晨或者晚上干活。
嫦娥探月工程指挥大厅里掌声四起，现场的研发人员纷纷站起来，一双双手紧紧握在一
起，以往的汗水、泪水此刻都化作成功的喜悦，虽然没有过多的话语，却胜似千言万语
。“我很幸运，能参与到嫦娥探月这一国家重大工程项目中；我也很自豪，我们团队和
其他团队一起，为国家航天事业贡献测绘科技人的力量。”童小华和他的团队收获了鲜
花和掌声。
“劝学”
“顶天立地”培养科技人才
“童小华是我们同济大学土生土长的‘70’后教授。”可以听得出来，话语中饱含了师
生们对童小华家人般的喜爱。他们因有这样的师长而倍感自豪，因有这样的带头人而有
了前进方向。
今年，童小华到了“知天命”的年纪。1971年出生的他，在同济大学接连读完本科、硕
士和博士，毕业后留校任教，20多年来，他带领团队一直专注于数据质量等国际前沿性
研究。
2016年，他领衔完成的“航天重大工程的遥感空间信息可信度理论与关键技术”项目获
国家科技进步一等奖；2017年，他当选为党的十九大代表，获得首届“全国创新争先奖
状”，获得“上海市‘五一’劳动奖章”等多项荣誉，同济大学测绘与地理信息学院“
测绘科学与技术”学科也入选了国家一流学科建设名单。
童小华勤奋好学是出了名的。他热爱测绘事业，也热爱“教书育人”。他恪守为师之道
，坚持在一线为学生们上课，并且从不轻易调课，即使外出参加学术活动，经常是乘当
天头一班飞机去，赶最晚一班飞机回，有时到家已是凌晨。
“童老师本就有天赋、很聪明，偏偏还比别人更努力”，“导师精益求精的高要求，这
对我们来说是压力，不过他悉心指引与亲身垂范，让我爱上了学术研究”。学生们这样
评价他。
谢欢说，童小华老师是闲不住的人，精力很旺盛，好像有使不完的劲，经常忙到深夜。
比如，我们课题组常常利用晚饭后开会讨论，往往一讨论就到了凌晨一二点钟。第二天
，大家会偷懒晚起一会儿，童老师却照常7点钟就到学校。
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童小华教授（右一）与同学们在一起
人们常说，一个团队始终充满干劲和战斗力，带头人是关键。童小华以身作责，坚持高
标准严格培养学生，始终以立德树人为根本遵循。
同济大学硕士二年级在读的刘小帅，是课题组学生，他坦言，在团队搞科研确实比较累
，白天做了一整天实验，晚上还要经常跟着老师一起整理资料。但是，能够参与到国家
重大工程项目中来，我很有成就感，身边的朋友们都很羡慕，因为“嫦娥五号有我的一
份贡献”。
团队老师像一座灯塔，是学生们的引路人。刘小帅告诉记者，大学本科、研究生都是在
同济上的，又加入了同济大学航天测绘遥感与深空探测研究团队，参与一些国家重大战
略项目的研究，这让他开阔了眼界，站位更高。
“将来无论选择什么职业，我都会以老师们为榜样。眼前，要立足当下，脚踏实地，把
每一件事，把每一项科研做好。”刘小帅对未来信心满满。2020年，在童小华和冯永玖
等团队老师的带领下，他参与研发的“济沪·智能返校系统”，助力学校疫情防控，这
一项目荣获第六届“互联网 ”大学生创新创业大赛上海赛区铜奖。
数据显示，童小华团队迄今已指导培养博士、硕士研究生130余人，不少毕业生成为了
这一领域的青年学科带头人和所在单位的技术骨干。前面提到过的谢欢教授，是童小华
带出的第一个硕士和第一个博士。如今，她已是国家优秀青年科学基金获得者，还入选
上海市青年科技启明星计划，破格晋升教授时年仅33岁。
同济大学测绘学科始建于1932年，是我国民用测绘高等教育事业的发祥地，为国家测绘
教育事业和人才培养作出了重大贡献。
如今，在国家创新驱动战略指引下，同济大学鼓励师生做“顶天、立地”的科研，基础
研究瞄准国际前沿，应用研究对接国家重大发展战略，重在解决国家重大战略需求。而
对接国家重大需求的“顶天”，以及与民生紧密贴近的“立地”已成为同济大学科研团
队的发展方向，从同济测绘到地球测绘，再到地外天体测绘；从月球探测到火星探测，
再到小行星探测，同济大学航天测绘遥感与深空探测研究团队参与的每一个课题都是“
顶天立地”的，他们的每一步走得都那么坚实有力。
“团队的每一点成长和进步都得到了导师、前辈和同行们的悉心指导和帮助，也得益于
国家、行业部门与学会、学校的长期持续支持，同时让我拓宽了治学视野、坚定了治学
信念。”童小华心怀感激，并把这种鼓励带给他的学生们。
“测绘还是要面向国家的重大战略，这是‘顶天立地’的事业。”童小华有一个心愿：
如何更好地面向世界科技前沿、面向经济主战场、面向国家重大需求、面向人民生命健
康，不断拓展测绘地理信息科技的广度和深度，这也是科研团队下一步重点要研究的课
题。而将产学研用结合，也需要大家共同努力来实现。
来源：慧天地
原文链接：http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzIwNDE1NjM2NA==

l******t
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看你说了好几次了？母校？复旦也出栋梁？

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