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00008版:前沿周刊·大家

中国工程院院士、莫干山地信实验室首席科学家陈军

敢闯“无人区” 解决真问题

  ■ 本报记者 谢丹颖 吴丽燕

  通讯员 谈佳轶

  7月28日,是陈军转任莫干山地信实验室首席科学家的第104天。

  这位在测绘和基础地理信息领域求索了半个世纪的专家,常自嘲“惰性大”,一辈子只想安安心心做好“一件事”。

  67岁那年,他从北京来到浙北小城德清,担任莫干山地信实验室主任。这个由自然资源部与浙江省共建的新型研发机构,是挨着联合国全球地理信息知识与创新中心的“新邻居”。

  3年间,陈军带领团队“从无到有”。不久前,部省共建的莫干山地信实验室成功获批国家人工智能应用中试基地(能源资源领域时空地理信息方向);研发的低空三维数字底座已开始在德清等地应用,这张数字底图中,楼宇轮廓精确到廊檐、草木状态能实时变更……德清的试点街道被完完全全呈现出来,这张图正为低空经济、智慧城市、无人驾驶等风口赛道打下坚实基础。

  今年4月,陈军选择卸任主任职务转任莫干山地信实验室首席科学家,将主要精力用于科学研究与成果转化。

  初见他时,正值浙江的夏天,陈军刚从北京参加学术活动回来,办公室里空调的凉意尚未漫开。那股扑面而来的热气,恰似他做好“一件事”的炙热初心:“把莫干山地信实验室的任务完成好。”

  给地理实体办“身份证”

  德清县舞阳街道东樵街666号的莫干山地信实验室里,陈军一天的工作是这样展开的——

  早上,他与同事、专家讨论智能化测绘方案,推进时空混合计算研究;下午,与团队探讨实景三维赋能低空经济的问题,商议如何让实景三维真正走向市场;晚间,他仍伏案推敲自然资源与国土空间“一张图”技术体系方案。

  在许多人的印象里,测绘就是“扛标尺、爬山坡、画好图”。但在陈军眼中,测绘是将城市地球数字化,变成时空信息基础设施。真正的难点不仅仅是数字化,而是如何将数字化成果变成地理信息要素“活起来”。“这就要给地理实体赋‘身份’,比给人办身份证难多了。”他打了个比方,莫干山地信实验室园区内的每幢楼、每个房间、每扇窗户都是不同层级的地理实体,如何做好多尺度、多粒度、多类型的实体划分与表达,并将其与各种类型的社会信息有效关联,是面临的基础技术难题。更棘手的是更新——树在长、楼在变,如何让无人机飞一趟就自动同步数据库……这些藏在细节里的环节,曾是整个行业的共性难题。

  这种对“活地图”的追求,源自1975年的一次触动。彼时,19岁的陈军还是安徽省测绘局第二测绘队一名普通工人。野外作业的间隙,他一时兴起,拿着航拍黑白照片问村里的孩子:“你家在哪儿?”孩子扫一眼就精准指出了位置——没有训练、没有标注、没有算力,靠的只是人对环境的天然认知。

  20世纪80年代,我国测绘行业正蹒跚起步。年轻的陈军担任外业测量小组的组长,冬季顶着寒风扛仪器,爬30余米高的钢标是家常便饭。“每次出发前,都会去公社小饭店吃一碗羊肉馓子,万一掉下来,也算个‘饱死鬼’。”如今他是笑着回忆那段经历。

  反观当下的人工智能(AI),哪怕吞下海量数据,也很难将图像像素和生活经验融会贯通。“主流AI擅长处理一维、线性、有序的文本,却读不懂现实世界里最基础的方位、距离、时序变化。”话语间,陈军点开一张错误标注的等高线图解释道,正常等高线高程差值(即等高距,指地形图上相邻两条等高线之间的垂直距离)遵循固定规律,相邻两条相差0或1个等高距,“有经验的测绘员一眼就能识破,计算机却往往束手无策。”

  为了破解这一难题,2024年,陈军提出KDAS范式:以知识(K)为引导、数据(D)为驱动、算法(A)为基础、服务(S)为支撑的时空型混合计算。“简单来说,过去靠人眼,现在要教机器‘懂’地理逻辑。”如今,团队正尝试把一代又一代测绘人的经验、直觉翻译成领域知识,并与机器智能有机结合,形成时空型混合智能计算。

  “做基础研究难,但不能像狗熊掰棒子,掰一个扔一个。”陈军常把这句话挂在嘴边。20世纪缺设备、少方法,全国1:5万地形图数十年未系统更新。陈军带领团队从模型、算法啃起,自研软件、撰写标准,把大范围更新工作效率提升3至5倍,助力推动全国1:5万数据库从“五年一更新”迈入“一年一动态”的时代,彻底改变了我国国家级基础地理信息滞后于应用的局面,助力我国测绘整体跻身世界先进行列。

  2024年起,陈军承担了国家自然科学重大基金项目,开展智能化测绘研究。后来他干脆把家搬到了德清,以莫干山地信实验室为基地,组织了一大批国内顶尖的专家开展科学研究与工程应用。

  让时空信息像水电一样

  现在,陈军关心的远不止地图本身。

  低空经济热度空前。中国民航局与国家发改委预测,2026年我国低空经济市场规模将突破万亿。亮眼数据背后,陈军却保持冷静:低空环境复杂,如何飞得起来、飞得安全、飞出效益?仍面临着极大挑战。

  莫干山地信实验室实景三维与数字治理研究院高崟博士回忆,2024年起,团队积极开展构建三维低空底座,研发三维导航地图,与其他部门积极对接,在杭州、德清等地开展应用验证,已经成功串联空中导航、安全管控、仿真推演等技术,搭出一套面向未来城市的低空三维导航地图,正在尝试给城市立体交通装上“智慧大脑”。

  这种敢为人先的创新精神,由来已久。当时,高分辨率全球地表覆盖图是国际难题,欧美产品分辨率仅300米至1000米,精度低、一致性差。2009年,陈军接过“全球30米分辨率地表覆盖遥感制图”项目的重担,“这不仅是个科学问题,更关乎中国在全球变化研究领域的话语权。”当时,他憋着一口气,“行业盯着、国家期待,我们没有退路。”

  于是,4年间,上百名科研人员室内实验上万次,又辗转天南地北开展外业检核,每一个数据点都反复推敲,每一次失败都得从头再来,将影像分类的性能指标逼近极限,最终成功研制世界首套30米分辨率全球地表覆盖数据GlobeLand30——分辨率提升10倍,总体精度达83%。绿野铺展、蓝脉蜿蜒,它不仅直观震撼,涵盖湿地、苔原等10大类地表信息,还通过跨期比对,让大地10年的每一次“呼吸”都历历在目。

  2014年,这份高科技产品成为我国首个向国际社会提供的全球地理信息公共产品,被赠予联合国。数据随即全球开放,服务130余国上千家机构。

  值得一提的是,陈军没有止步于“做出来”,而是进一步琢磨“怎么用”。“统计数据能告诉你面积增减多少,但背后的驱动因子是什么?该采取何对策?这就需要开展基于地理信息的可持续发展评估分析。”

  2018年底,在德清举办的首届联合国世界地理信息大会上,陈军介绍了团队的研究成果——《德清践行2030可持续发展议程进展报告》。该项目被评为联合国首次SDGs(可持续发展目标)最佳实践,全球仅50例。这不仅是世界上首次综合利用统计和地理信息,它更让世界看到了可持续发展的中国经验,一举斩获“地理空间世界卓越奖”。

  如今,莫干山地信实验室正在建设国家人工智能应用中试基地(能源资源领域时空地理信息方向),目标是打造通用时空大模型、高质量行业数据集,面向全行业开放使用——“让时空信息像水电一样,随时可用、人人能用。”陈军补充道。

  研究要经得起实践的检验

  与大多数的专家学者一样,陈军身上没有一点架子。这些年,他眼看着一批批年轻人怀揣理想来到德清,也有人因不满足县城的节奏而离开。他理解也焦虑:“我们在做的地理信息内容,亟需年轻人。”

  前不久,陈军去加拿大参加第25届国际摄影测量遥感大会。他指导的博士生任加新获得了国际权威期刊《ISPRS摄影测量与遥感期刊》(《ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing》)四年一度的乌诺·维尔霍·赫拉瓦奖(U.V.Helava Award)。2022至2025年间,从全球一千余篇高水平论文中仅遴选一篇获奖论文,这也是中国团队首次摘此殊荣。陈军十分感慨:“中国有无数聪明肯干的年轻人,中国测绘地理信息的未来大有希望。”

  “对年轻人的成长,还是要多扶持、多帮助,这是老一辈人的责任。”这是陈军一以贯之的信念。已经博士毕业并就职于莫干山地信实验室智能化测绘研究院的任加新,至今仍记得撰写那篇获奖论文时如同“炼狱”——稿件反复修改,几度崩溃到“想退学”。最让他难忘的是陈军对标题的打磨,“要给自己的工作取一个特别响亮的名字。”在经过多轮讨论后,最终定为“Word2Scene”(意为一词生景),特意将“to”改为数字“2”,既谐音“to”,又暗喻“从词到场景”的转换,简洁有力。“改动虽小,但颇有意味。”任加新感慨道。

  陈军是个“有恒心”的人。“找准了一个方向,就要踏实地向前走。顶级的快乐,一定是通过煎熬换来的。”他不断提醒自己和团队,既要去攻克根本性的难题,又要让成果用起来、活起来,真正产生效益。

  去年,莫干山地信实验室实景三维与数字治理研究院的杨渊博士负责推进与安徽省第二测绘院共同申报的“实景三维城市用地数据空间构建与治理应用”部省共建项目。系统刚研发出来,陈军第一时间叮嘱杨渊收拾行李,下沉安徽马鞍山经济开发区基层驻点。“你的研究能不能解决实际问题,要经得起实践的检验。”最终,低效用地识别准确率数值高达85%,实实在在地支撑了当地存量土地挖潜和城市更新。

  这份细致与坚持,陈军将其归结为四个字:“顶天立地”。1979年,陈军考入中国摄影测量与遥感学科奠基人王之卓院士门下,开始了研究生的生涯。从当初初闻此词时的懵懂,到历经摸索后对其真谛的日益明晰,这四个字在他心中愈发厚重。从武汉测绘科技大学的一名学生到如今的教授,这四个字又代代相传,刻进了他每一个学生的心里——“顶天”,是勇闯“无人区”,对接国家战略;“立地”,是深扎泥土,解决真问题。

  1995年,陈军被抽调至北京参与国家基础地理信息中心的筹建,临别之际,王之卓再三嘱咐,千万不能将学问荒疏了。陈军的办公室墙上,至今还挂着2000年获国家杰出青年科学基金时,90高龄的王之卓亲笔写来的贺信:“今后的科学创新工作,舍我其谁!与有荣焉!”这封信,他挂了二十多年。

  非凡,从来不是天赋的瞬间绽放。在陈军的日常里,科研是由无数具体问题构成的现实——细微处,见差异;寻常处,见非凡。从1975年皖北野地竖起的测量钢标,到如今德清小城流转的数字底图,陈军的坚持已跨越半个世纪。而这张图的终点,不在任何一处经纬度坐标,而在下一代人的眼睛里——当他们抬头看天、低头看路时,能看见一个更清晰、更智能、更有温度的世界。