江苏龙网

  1. 首页 > 人文 > >

胡俊|胡俊：以图传讯，问诊地球

【胡俊|胡俊：以图传讯，问诊地球】抬头望天 ， 在距离地球700公里～800公里、人类肉眼看不见的地方 ， 雷达卫星正在执行区域地形监测任务 。 它们将拍摄到的地表图像 ， 以数据信号的方式传回观测站 ， 顺利完成了雷达干涉测量（以下称“InSAR”）的第一道关卡 。
什么是InSAR？中南大学地球科学与信息物理学院教授胡俊给出了答案：“在大地测量和地球物理学界有很多技术 ， 包括像家喻户晓的GPS全球定位系统 ， 使用较为普遍 。 InSAR是一种独特的空间大地测量技术 ， 门槛稍微高一些 ， 用在比较专业的遥感测量、数据处理等方面 。 ”
站在实用价值的角度直白来讲 ， InSAR好比医生手中的超声探测仪器 ， 专门探查地震、火山、滑坡、冰川运动等地表形变 ， 为防灾、减灾及全球变化研究提供科学支撑 。
“跨维”势在必行
胡俊从2005年读研究生至今 ， 从传统的一维形变拓展到三维形变 ， 十几个年头都在和InSAR打交道 。
准确来说 ， 他钻研的是InSAR三维形变测量的理论和方法 。 据胡俊介绍 ， 以往InSAR虽克服了常规方法空间分辨率低、成本高等困难 ， 但只能监测地表三维形变在雷达视线方向的一维投影 。 也就是说 ， 这种单一信息不够全面 ， 极容易引起研究人员对地表形变监测信息的误判或错判 ， 不能够准确反映出地质灾害的前兆 。 同样 ， 种种局限性累积 ， 也阻碍了InSAR技术本身的发展和应用 。
某种程度上 ， 重建地表三维形变恰恰解决了这些问题 。 胡俊拿医学黑白B超和彩超来解释InSAR一维、三维的不同 ， 简单比较 ， 后者提供的信息量更为充足、精确 。 不过 ， 这份精确度显然也与研究难度成正比 。 “理论上 ， 通过融合3个及以上卫星的InSAR信号就可以重建地表三维形变 ， 但要实现这一目的 ， 需要解决两大核心科学问题 ， 一是如何实现多源InSAR信号的高效融合 ， 二是如何充分利用观测对象的地学先验信息 。 ”
当前 ， 国际上关于InSAR三维形变测量的相关成果较为零散 ， 尚未形成系统性的理论和方法体系 。 胡俊基于前人经验 ， 同时考虑到不同在轨卫星获取数据的多样性 ， 没少在数据处理、融合上下工夫 。 比如 ， 早期的InSAR三维形变主要依靠数据的简单融合 ， 多采用纯几何的方式来研究 ， 忽略了其中的物理联系 。 胡俊在意识到这一点后 ， 在几何测算的基础上主动引入物理力学信息 ， 建立了顾及应力应变的InSAR三维形变的函数模型 ， 使形变几何数据、力学等呈现出清晰的因果表达关系 。
另一方面 ， 由于多源数据的质量参差不齐 ， 胡俊需要靠着多年专业经验在心中架起一杆秤 。 “整个研究中 ， 质量好的数据所占权重高一些 ， 质量差的数据也有可取之处 ， 但权重就相对低一些 。 ”胡俊坦言 ， 如何把握好度实际是一件很难的工作 。 长久以来 ， 他也在不断尝试 ， 通过引入经典的方差分量估计等手段进一步平衡了比重关系 。
如果说物理力学约束、方差分量估计是胡俊为InSAR信号高效融合做出的探索 ， 那么利用不同的地质灾害特征 ， 他还在力争做一个完美的现场还原 。 不同的地质灾害有着不一样的先验信息 ， 如何将这些信息用于数据处理是一门学问 。 用得好 ， 相当于掌握了地球的“既往病史” ， 若再有地震、山体滑坡等灾害发生 ， 提前预警、防灾将不再是问题 。 对此 ， 胡俊基于卡尔曼滤波等测量评价手段 ， 在国际上率先将InSAR三维形变测量从静态发展到动态 。 “以前我们可能最终求一项形变速率 ， 或者输出一个静态的结果 。 现在这个结果可以是随时间变化的 。 ”
这些理论方法的不断细化、升级也给胡俊带来一笔极大的“财富” 。 结合国际最新研究成果 ， 他摸索并率先建立起一套完整的基于现代测量平差的InSAR三维形变测量的理论和方法体系 ， 为高精度三维地表形变的监测开辟了新的途径 。
得益于这套卓越的体系 ， 他收获颇丰 ， 近年来在InSAR三维形变方向发表了50余篇SCI论文 。 除此之外 ， 他还受邀在国际地学顶级期刊Earth-Science Reviews上发表了国际上关于InSAR三维形变测量的首篇综述 ， 得到了美国地质调查局M.P.Poland研究员、利兹大学A. Hooper教授等多名国际著名InSAR专家的引用和推介 。
胡俊|胡俊：以图传讯，问诊地球
本文图片
胡俊参加国际学术会议
行在当下 ， 紧盯远方
细数胡俊履历中的光鲜荣誉 ， 有很多 。 譬如入选教育部“长江学者奖励计划”青年学者 ， 荣获2018年度国家科技进步奖二等奖……但关于这些 ， 他在采访中又言之甚少 ， 尤其和谈论InSAR三维形变测量的前景比起来 。
在访谈的过程中 ， 胡俊特别指出了一点：测绘会随着高新技术发展 ， 越来越强大 。 这样说的底气源于他丰富的研究经验和清醒的认识 。 “测绘可以说很传统 ， 又很新潮 。 在大禹治水时期 ， 测绘专业知识已经被使用 ， 这是它古老的地方 。 同时它和卫星、航天、计算机、人工智能技术等息息相关 ， 与时俱进 ， 前途自然一片光明 。 ”
在胡俊看来 ， InSAR技术潜力或者说发展重点集中在“三高” ， 即高空间分辨率、高时间分辨率和高轨道卫星 。
高空间分辨率一直以来是InSAR技术的优势 ， 只不过胡俊认为 ， 这个优势还可以进一步扩大 。 “对同一区域 ， 影像趋势是越来越清晰 。 比如 ， 以往20米×20米 ， 只有一个观测点 ， 获取单一信息 。 如今3米×3米 ， 甚至1米×1米就存在一个观测点 ， 获取到的内容量、细节更多 。 ”这类比于视频的分辨率 ， 假设以前卫星提供的是标清数据 ， 未来可以进化到超高清、4K数据 。 当然这一进化伴随着挑战 ， 除了接受信息时要考虑信号穿越云层、在地表发生折射等误差 ， 还得搞清楚以前不存在、如今高分辨率带来的细节问题 。
高时间分辨率也不难理解 。 空间上通过“放大”实现了细节清晰的效果 ， 时间上则利用影像拍摄周期缩短 ， 达到相对完整的记录 。 胡俊表示 ， 卫星绕着地球公转 ， 以前可能是每隔一个月拍一次照片 ， 现在缩短到每隔一个星期 。 “影像越密集 ， 对地质灾害的预警越有帮助 。 ”尤其是对山体滑坡这种时间上呈动态性的灾害 ， 它一开始每年可能仅滑动几毫米 ， 大量、持续的影像才能捕捉到它的动态 。 “海量的影像数据带来的最直接的问题 ， 就是有效信息的提取 。 如何从大数据中高效提取有价值的信息 ， 这也将是测绘领域发展的一大难点 。 ”
至于发展高轨道卫星 ， 胡俊直言是一件大事情 。 高轨道卫星距离地球大约36000公里 ， 是低轨道卫星的40倍左右 。 它的发射成本高 ， 据胡俊介绍 ， 一颗高轨道卫星的成本相当于七八颗低轨道卫星 。 所以即便被证实理论上可行 ， 欧美国家也并未有实际动作 。 “我认为这是我们走向引领的一个契机 。 相对于低轨道卫星 ， 这种卫星可以在某一区域小范围地画圆圈和8字 ， 覆盖范围不仅更大 ， 时间分辨率也能更高 。 ”胡俊言谈间很是激动 ， 在他看来 ， 要搞这种大动作 ， 不论是从国家支持力度、相关单位的理论研究进程来看 ， 中国一定能做出彩 。
目前 ， 胡俊带着对未来的宏大愿景持续深挖 。 在完成国家自然科学基金项目等工作后 ， 他即将投入到湖南省杰出青年基金项目中 ， 为推动InSAR技术进步发力 。 他强调 ， 可以作为“升华”特聘教授回到中南大学 ， 多年来能够有所收获 ， 离不开恩师朱建军教授、李志伟教授的引导和帮助 ， 也少不了父母、爱人的大力支持 。 “我算得上两位老师在InSAR方向的第一批学生 ， 早期也帮着搭建团队 ， 后来有幸拜在丁晓利教授的门下在香港理工大学做博士后 。 现在我们队伍有11位老师 ， 五六十个学生 ， 队内氛围、任务分工等很和谐 。 ”每个人的研究方向紧密联系 ， 组成一个完整的发展体系 。
在这个体系中 ， 胡俊是知识养分的给予者 ， 是学生的指路灯 ， 同时也更像一个驱动前进的齿轮 ， 与大家一同承载着InSAR技术的发展希望 ， 剑指未来 。


    推荐阅读


    上一篇：中年|分享一款美味的洋葱炒肉片，荤素搭配，肉嫩鲜香，孩子爱吃的菜肴

    下一篇：历史上真实的香妃27岁入宫？连升两级，深受乾隆喜爱