五、攻坚克难，勇攀高峰

刘经南院士一生不断探索、创新和实践，一次次登上科学高峰，用敏锐的眼光、缜密的思维、勤劳的手和执着的心，描绘出中国测绘科研的一幅幅美丽蓝图。作为高精度地球物理测量技术领域专家的刘经南院士有机会参与了国家西部石油资源的勘探工作。

那时国家在新疆塔里木盆地发现了石油资源，就决定开发那里的石油资源。塔克拉玛干沙漠幅员辽阔，但环境恶劣，被称为“死亡之海”。要进行石油资源的开发首先必须获取相应的地理信息资源（包括矿产所处位置、深度、面积等数据）。我们去那里勘探就是帮他们把钻探的孔和坐标确定好。

在二十世纪五六十年代的时候，我们国家曾经做过大面积的地理测绘，但因为当时缺乏良好装备，所以塔克拉玛干沙漠这一地带的坐标基准并没有做起来，属于测绘资源空白区。石油部门引进了美国当时的卫星定位技术，属于世界上第一代的“多普勒定位系统”。它不能像现在这样连续地、实时地定位，只能在一个地方把仪器天线架好，大概一个小时后得到数据。还记得我们进行数据测量时，经常是开着美国生产的大轮胎沙漠汽车，冲进沙漠深处，用卫星多普勒系统在塔克拉玛干沙漠无人区进行紧张有序的测量，获取数据后再开车子立刻冲出来，回到驻地，很不容易。可这些都还不是大问题，摆在我们面前的还有另一个更大的拦路虎——如何将美国定的“全球坐标系统”获取的地心坐标系数据转换成我们需要的中国地面大地坐标系统的数据。这既是当时全世界范围内的一个学术性难题，又是我们必须面对和要解决的现实问题。

当时的石油勘探单位不会处理美国卫星定位系统获取的数据，所以请我们的老师帮忙。我在读研究生阶段正好研究的是这种数据处理，国际上关于卫星测量基准的地心坐标与地面大地坐标之间的转换存在三个模型，它们孰优孰劣，大家争论了十几年也未见分晓。我发现三种模型只是表象不同，由于当时人们认知有限，忽略了某些重要因素，其实把这些忽略掉的要素放进去以后，这三个模型就是一模一样的。也就是说在我读研期间，我第一次从理论和实践上证明了三个坐标转换模型的等价性，发现它们之间没有好坏之分，实际都是一回事，算是为这场历时十几年的国际前沿学术之争画上了一个句号吧。老师就要我在塔里木地区石油勘探中运用我设计的高精度转换模型，修正了卫星定位的数据，解决了石油勘探的难题。当时大家都是很高兴的，既然算出来了，我们就把方法告诉了石油部门，他们也能用我们提供的方法去继续实施勘探了。

再后来我们学校决定第二年去申报国家科技进步奖时，才知道石油部门去年获得的国家一等奖主要是因为包含了这个内容，不能再报一次了。后经过一些协调，科技部决定不撤销我们的申报，允许我们从测绘专业的角度再次申报，并获得了1987年国家科学技术进步奖三等奖。那时国家科学技术进步奖没有特等奖，只有一、二、三、四等奖，所以这个奖也是很难拿到的。

说起技术攻坚克难，能为国家解决实际需要和难题，刘经南院士很是骄傲与兴奋。他静心笃志做好自己的本职工作，历经无数艰难而巨大的挑战，渐渐形成了自己研究领域的优势。1988年在匈牙利举行的第一届国际整体大地测量学术会议上他和导师提出的“武测模型”引起很大国际反响，大会主席德国海恩（HEIN）教授称“武测模型和影响率是一个新思想”。他研究的卫星网与地面网联合平差软件，承担了国家西北三大含油盆地卫星定位网的数据处理工程，为国家节约了5000万元的经费，先后获得石油部科技进步奖一等奖、国家测绘局科技进步奖二等奖、国家科学技术进步奖三等奖和原国家教委（1998年更名为教育部）推广类成果的最高奖。他结合中国实际，率先提出了广域差分GPS系统以对抗美国技术限制的构想，并制定给出建设中国广域差分GPS系统的初步方案，他还研制出我国第一个GPS数据处理商品化软件，一度占领了国内80％以上的市场，并作为专利技术出口日本。他和他带领的团队经过不断攻关，将我国测绘行业GPS大地测量技术大幅度推进，使其与发达国家水平接近，精度达到国际先进，同时广泛应用于各个国家重大工程之中。1998年湖北清江隔河岩电站水库大坝请他所在的武汉测绘科技大学做大坝GPS技术安全形变监测系统，该系统为大坝安然无恙地度过1998年长江特大洪水作出了突出贡献，赢得学术界、工程界一片赞誉，也得到国家领导人的赞誉和肯定。回想起当年清江隔河岩项目，刘经南院士说：

这个项目最大的考验就是大坝的形变监测关系着大坝和坝区人民的安全。大坝之前用了比较先进的内观为主的光电监测系统，不知何故常常失灵，就请我们来做大坝的外观形变监测系统，来监测整个大坝的外观形变。常规测量比较耗时费力，我们就采用了GPS卫星技术进行测量，在大坝和山体上安装了基准站和仪器。由于测量的精度越精细越能保证大坝形变监测的准确性，从而作出安全性预判和决策，所以我们就提出了测量精度要优于1mm，这绝对是个世界性的难题。可以试想一下，一座高150多m的钢筋混凝土的大坝，如同一座庞然大物，要精准测量它仅仅1mm的变化幅度，是多么困难！当时国际上GPS测量的精准度一般是1~2cm，在极其理想的环境下精准度可达2~3mm，而我们是期望在各种复杂变化的自然环境下大坝形变测量的精准度能够达到1mm。为此想了很多办法，最终那些消除误差确保精度的方法被我们一点一点地摸索到了。除此以外，我们还希望把监测系统的设备放在那里后，不需要人管，能够进行全自动化的监测。这样一来，数据处理不要人管，只要把软件编好，监测系统发现危险时就能自动报警，提前做好准备和采取措施。这些科研思路和解决方案在20世纪90年代中期是比较有开创性的。

我当时因为其他工作比较忙，中途才参与这个项目。我主要负责整个项目中软件处理和数据处理，再就是系统自动化运行方面的建设，这是我的强项。我带着一批老师和学生，具体负责了“精准监测”和“全自动化”，重点考虑怎么样跟国际上最先进的数据处理方法结合在一起，怎么把数据从不同的地方集合到一个控制中心，将计算机与光纤、无线电通信构成一个网络系统，并且全部让它自动转起来等问题。当时我们干得非常起和投入，我还记得在当时的地球科学测量学院实验室区域还摆了一个GPS实测仿真模型，实验了很多天，直到不再发现任何问题，才把整个系统搬到大坝去。这也是我们做工程项目的一种方式，先用实物模型反复实验，排查各种问题，直到确认无误后，再到真实的场景中去实现，这样能最大限度保证工程的顺利进行，现在我们国家做大工程都是这样的。

后来这套系统在实际运转过程中，特别是水流量较大时不定时常常发生停机的情况，我们内部也有很多争论，我自己进行了反复思考，想起软件之前都运转了好几个月都一切正常，怎么一到春天就出问题？难道系统也会“感冒”？我们团队中有软件组、网络组，团队里面都是一些很有经验的工程老师，最后大家推测可能还是网络和软件方面出了问题。我们前面其实做得相当细致，连导线光纤这些都是用钢管屏蔽，不可能受到电磁干扰，而且我们的设计全部是超标准的。因此，经过分析，我认为网络系统设计和整体安装以及软件研发应该是没有问题的。在反复琢磨之后，我把怀疑的目光聚焦到了光信号转换成电信号的转换器上，我想会不会是因为只有它是连接光纤和计算机且不得不暴露在空气中的一个小器件，若本身没有抗电磁干扰能力就成为整个系统最易受到电磁干扰的薄弱环节，从而导致系统停机呢？我越想越觉得心里有底了，去过现场的同事也支持了我的推测。我要他们查查光电转换器是什么型号，并多拿些其他型号资料让我比较一下，一看资料，我就明白了，说：“你们采用的是最便宜的进口型号，立即去更换成价格高五倍的德国进口型号。”我们一起到现场立刻采取措施，换掉原先的转换器，很快解决了经常停机的问题。当时大家很奇怪，说我不是学网络的，也不是学光电子的，怎么能发现问题的核心原因在这里呢？我想可能还是和我有多年的野外工程背景而养成的工程思维和多学科知识背景有关吧，这些造就了我在科学研究和工程实施中解决具体问题的能力。

我认为工程思维是解决大科学和大工程中所有问题很重要的一种思维方式。大科学项目和大工程都是为人类服务的，是不容许犯错误的。因此工程思维的首要出发点是为工程的长远正常和安全运行负责任，所谓“责任重于泰山”。工程中很多问题是复杂的，不是单一学科、单个行业就能解决的，因此要具备多学科多个专业的知识背景和协同合作的精神。我认为处理比较复杂问题时，除了需要科学家具备一定的工程背景知识和经验外，还需要有一定决策能力，当遇到难点时有承受强大心理压力的能力，要能扛得住，冷静科学地决策，让问题一个一个化解。我心里十分清楚的是——工程不允许失败。就像建房子，如果房子垮了，那搞工程的就要负责。大家常说失败乃成功之母，搞科学技术研发可以这么认为，但对于工程而言，失败是不被允许的！一项大工程要保证其设计和建设至少是一百年不出安全问题的。当时可能学校觉得我是具有强烈清晰的工程意识的科研人员吧，就把一些影响大的项目任务交给了我们。

我们在隔河岩项目中搞出来了大坝外观变形GPS自动监测系统，后来进行科技查询，我们发现这个是全球第一个完全无人值守连续自动运行的大坝GPS自动监测系统。并且在全球范围内能达到如此高精度的监测精度，我们是世界第一。在1998年长江特大洪水中，我们的大坝监测预警发挥了重要作用，对荆江大堤超蓄调度分洪科学决策起到关键性作用，也因此出了名。当时我还参加了荷兰一个国际水利组织的学术交流，荷兰是全世界做大坝做得最好的国家之一，他们让我作了一个专门介绍隔河岩大坝监测系统的专题报告，得到了比较强烈的学术反响。如果把研究分成“跟随—超越—引领”三个阶段，我想隔河岩电站水库大坝外观变形GPS自动监测系统是我在科研上实现引领的开始。

刘经南院士几乎放弃了所有节假日，带领研究团队奔赴科研一线，关键时刻以多年的科学经验指导了诸多重大工程的建设。他先后服务三代北斗系统，是名副其实的“布星者”之一，也是国家重大项目“北斗三号系统卫星轨道精密定轨项目”的重要参与者，为中国实现“北斗梦”不懈努力。2012年第11颗北斗导航卫星成功进入天空预定转移轨道，定位服务区域扩大到新疆和西藏西部，在全国范围内形成了分米级、重点区域厘米级的定位服务能力，打破了被国外垄断的局面。

2020年6月12日，北斗三号系统完成全球组网之际，刘经南院士获得“湖北省科学技术突出贡献奖”，在颁奖大会上他说：“在与祖国科技事业共同成长的经历中，我深刻认识到一个大国，在涉及国家安全等关键领域，一定要能自主可控，一定要完全掌握具有引领性、原创性的核心技术，才能步入强国之列。”

1990年我作为南海岛礁大地联测科考行动测量分队的技术负责人，用GPS卫星定位仪首次将黄岩岛与祖国大地控制网点同步联测，精准测定了黄岩岛的地理位置，在那里的一块岩石上还刻着“中华人民共和国GPS卫星定位点”的字样，我那个时候心潮澎湃啊！当时深深意识到没有属于自己国家的卫星导航系统，那么就连领土岛礁的测量定位，都得靠别人的技术！后来1994年我应邀参与了北斗一号静止卫星上是否引入发播对GPS广域差分修正信号的方案相关论证，当时我在国内最早开展了广域差分的研究，因此坚持在北斗一号上开展试播示范，后来工程总体同意了开展不定期试播这个论证建议。应该说，这些试播为北斗三号广域差分的正式发播积累了经验。

2003年北斗一号系统建成，并为国内提供定位、导航与授时服务，当时只有三颗卫星，但我认为也是意义非凡的，这是属于我们中国自己的系统。我们是世界范围内继美国、俄罗斯之后第三个拥有卫星导航系统的国家。我先后参与了国家北斗卫星系统第一代的广域差分增强系统研究，第二代的地基增强系统总体论证、实施和卫星精密定轨研究，北斗三号的总体方案论证的主要过程有地基链路及星间链路联合精密定轨的项目研究等。北斗三号全球定位系统其实有很强的后发优势，比如我们北斗能与用户进行双向通信，美国的GPS是没有的。我和一些专家成员也一直坚持并论证如何让北斗三号实现拥有全球搜救功能，现在北斗三号实际上实现了两种全球性搜救功能，一种是国际标准的，一种是有北斗特色的，集双向通信和定位于一体。北斗一号、二号也多次在地震、泥石流等灾情的监测、定位施救、指挥调度等方面发挥了重要作用。

目前我们还在继续追寻让北斗拥有纳秒级别的时间同步精度和稳定度。2020年北斗全球系统建设完毕，尽管起步不如某些发达国家早，但是它的后发优势是明显的，比如它拥有导航、通信、搜救、遥感等多项功能，北斗三号卫星可以发送1000个汉字短信，供1000万用户同时使用，依靠星间链路自主测距和数据通信，哪怕在卫星意外失去地面支持的情况下，还能在太空至少能自行运控90天。

关于未来的北斗的发展方向，我认为是在于人类时空信息感知体验的获得感提升。比如通过北斗导航在我们开车时，可以准确地知道哪些路段堵车、哪些路段路况比较宽松，从而选择比较宽松的道路等，北斗将结合普通老百姓衣食住行和休闲娱乐、旅游、体育活动等日常生活所需的场景进行研发应用，建立一个个北斗系统的全产业体系，让老百姓生活更有幸福感和安全感。随着5G时代的来临，关于北斗如何与5G结合是我现在正在思考的问题。我相信北斗未来能够为各行各业开展更为广泛和深入的应用服务，互相赋能，产生更大社会效益。

从我最开始学习大地测量起，到我逐渐进入卫星导航相关领域的研究，我亲眼见证了从1994年启动北斗一代研发开始，国家投入了大量人力物力财力，一直到属于我们自己的、拥有自主知识产权的卫星定位系统的诞生，见证了北斗的不断发展壮大，作为一名科技战线上的老兵，我是感到很骄傲的！同时我也希望北斗能够为国家经济社会继续服务，给老百姓带来幸福生活。我也将继续奋斗，发挥所长，努力奉献！

刘经南院士每每谈到自己的专业领域，特别是谈到国家需要的时候，眼里总闪着光，他让人们看到了胸怀家国天下、不断攻坚克难、勇于开拓创新的科学家精神。他们这一代的科学工作者扎根祖国大地，用智慧、汗水凝聚成了中国科学家的精神丰碑。

我在学校搞测绘时就一直被教育要“严谨”，校训里就有“严谨”这两个字。搞工程要严谨，搞科学也要严谨。因为我们是跟数据打交道，数据要真实可靠，也要毫厘不差。我们这个严谨的习惯是在学校老师的熏陶和严格要求下养成的。严谨是最重要的素质，也是最基本的要求。

还有重要的一点：科学无国界，但科学家应有家国情怀。我们国家科学技术起步晚，是在一穷二白的基础上发展起来的，至今一直在追赶发达国家。我这一代的中国科学家有着一种与生俱来的强烈使命感，希望把中国建设得像发达国家一样，国力强盛、科技领先。所以我在做事情的时候，一旦遇到难题，这种内心的使命感给了我使不完的劲，好像血液在沸腾一样，这让我面对困难时，总想用尽一切办法解决它。作为从事科学研究的人员，我在研究生涯中，接受了最现代的科学教育，也懂得世界发展的大势，我考虑更多的是我们怎么才能做得更好，让我们国家的科学技术在我们这一代人手中发展起来！

当我承担科学技术研究中有挑战性的任务时，压力往往不是来自研究本身的挑战和难度。我接受的教育和多年野外工作经历以及我血液里湖南人“吃得苦、霸得蛮、耐得烦”的性格，让我喜欢干有挑战的事，自信务实，善用团队智慧，冷静思考和周密分析去应对。即使最难最险的事也会事必躬亲，我常常不会去选择那些看似容易的坦途，而选择更有挑战的小径，我觉得这是崇尚创新的科学家最基本的素质和责任。而在科研以外的工作中也会遇到一些压力和困难，这个时候我觉得要有一种担当精神，更要理性思考，认清哪些是你觉得正确的，同时用批判精神反复不断地斟酌自己的观点，就像鲁迅先生所讲的“我的确时时解剖别人，然而更多的是更无情面地解剖我自己”一样，我认为这种自我剖析、反思和思考的过程就是我面对压力时的责任担当。

我认为勇于挑战和担当精神是当好一名科学家的两个最重要前提。再就是我常讲的严谨、创新，既要严谨，又要富有一定的激情，没有激情就不可能有创新。我们同事总是评价我非常有激情，有时候讲话时会把自己激动起来，就比如现在就是如此。

来源: 武汉教育电视台