张过教授：东方慧眼 导航人生

每当晴朗的夜晚我们仰望天空，看到满天繁星，可曾想过这里面还有很多人造卫星，虽然它们看起来可能没有真正的星星那么“耀眼”，但它们的用途却足够“闪耀”，无论是通讯卫星、气象卫星、导航卫星，还是遥感卫星，它们的出现为人类的科学研究、生产生活带来了巨大变化，而且正在越来越多的领域发挥着重要作用。

从资源三号（中国第一颗自主的民用高分辨率立体测绘卫星）、珞珈一号01星（全球首颗专业夜光遥感卫星）、珞珈二号01星（全球首颗高分辨率Ka频段雷达卫星）到东方慧眼雷达星座，有一位持续耕耘二十年的设计师、探索者，他用坚定和执着走出了一条不同寻常的“造星用星之路”——他就是2023高校GIS论坛创新人物获得者，武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室教授张过。

一个夏末午后的明媚日子，我们在线上采访了张过教授，他不仅分享了他和航天遥感的不解之缘，还对其正在探索研究的“无路导航”做了详细介绍，更是畅谈了二十年的教学经历。让我们一同走进这位名师的科研与教学世界。

张过教授（2012年资源三号团队襄阳研讨留影）

二十年造星之路，“东方慧眼雷达星座”星光闪耀

2024年2月29日，全球最大的Ka频段高分辨率雷达星座——东方慧眼雷达星座顺利完成立项评审。作为星座总设计师，张过教授报告了星座的总体目标、建设方案、应用构想。航天、遥感、水利等行业的10余名领域知名专家经过认真研讨，一致认为：“东方慧眼雷达星座建设方案、技术方案先进，未来将迅速从水利向农业、环保、应急等领域拓展，助力相关行业智慧化发展”。

2023年5月成功入轨的珞珈二号01星为东方慧眼雷达星座提供了坚实的技术基础，是东方慧眼雷达星座建设的重要一环。作为全球首颗高分辨率Ka频段合成孔径雷达（SAR）科学实验卫星，该星对自然地理要素和人工地表要素细节刻画能力突出，同时具备较强的穿云透雨能力，可满足全天时全天候近光学高分辨遥感观测需求。

2017年，张过教授及其团队分析了我国20余年来研制的所有雷达卫星，有L、S、C、X等频段，唯独没有近光学的Ka频段。当时的主流观点认为Ka频段的典型波长在8mm左右，而大到暴雨的雨滴直径大概在5mm或更大，超过了半波长，可能在阴雨天不能对地成像，失去全天候优势。但经分析，大到暴雨，雨滴直径与半波长接近，经雨滴多次反射、散射，虽然电磁波探测不到地面，但不影响回波相干性。“Ka频段SAR卫星在小到中雨可对地精细成像，大到暴雨可探测降水核”的论断显著提升了对星载Ka频段SAR适用性认知水平，为珞珈二号01星的研制奠定了理论基础。

此外，珞珈二号01星设计并试验了敏捷顺轨干涉测流、视频成像等星载SAR新成像模式，使我国首次具备全天时全天候动目标测量能力和沿河迹弯曲内陆水体表层流场测量能力；构建了Ka SAR降水、径流、工程新模型，形成水文要素测量新手段，推动了水利遥感观测从“点”状采集、“面”状监测到水利“工程”态精细管理的跨越，为海河“23·7”流域性特大洪水的防御提供了全过程和多环节精细数据和技术支持。

李德仁院士在酒泉指导珞珈二号01星发射工作后合影（右一张过）（2023年）

“今年6月25日到7月4日，湖北持续暴雨，我们利用珞珈二号01星等星载SAR数据反演洪水面积、计算水位，分析提取地表淹没区域和淹没时间，还通过叠加分析InSAR地表形变，分析洪水浸泡后可能会出现地灾的区域，供应急指挥使用。这项工作融入了湖北省水利厅的指挥信息系统，在湖北水灾防御中发挥了重要作用。同时，我们还研制了全国1米分辨率地表覆盖产品、全国5毫米精度InSAR地表形变产品、全国5米格网DEM和全国90%精度地质灾害易发性分区产品等，服务于自然资源、应急管理等领域，打好了SAR卫星的应用基础。”张过教授介绍道。

有了珞珈二号01星夯实的技术及行业应用基石，东方慧眼雷达星座的建设计划正稳步推进，预计到2030年，东方慧眼雷达星座将完成全部三期计划，建成后将有100余颗高分辨率SAR卫星，为水利、农业、自然资源、环保、交通、海洋等行业提供“全天时、全天候、高时空分辨率”的监测应用服务。

珞珈二号01星是张过教授继珞珈一号01星后，第二次担任卫星工程总设计师，带领其团队与相关合作单位共同研制的成果。他给这项工程总师的工作做了三方面的总结：一是总体精准研判把控，项目立项瞄准高分辨率SAR卫星的最前沿、最高峰，既要有战略先进性、又要有工程可行性；二是实际应用精准牵引，作为应用代表，从实际应用效能出发，论证确定卫星的频段、工作模式，卫星与地面配合的几何辐射定标方法、敏捷模式、视频模式的成像算法等；三是全局全程优化管理，在关键时刻做好取舍，综合实现进度、质量、性能、经费的综合优化与控制。

谈起做卫星总师的一些难忘过程，张过教授回忆了珞珈一号01星研制中一些印象深刻的事情：“当时卫星要从火箭里面通过爆炸螺栓弹出来，我们在上海做实验，冲击力非常大，按照这个冲击力发射后卫星可能难以正常工作了。时间紧迫，我们在上海、北京邀请了系列卫星领域的专家把脉，试验了四种技术途径，最后一种终于试通。卫星上天后，夜光遥感影像质量非常好。这里也感谢整个航天领域对遥感领域的支持，实际上这样的例子还有很多。”

张过教授指导珞珈一号01星塔上测试（右一张过）（2018年）

从2005年开始参加资源三号的研制，历经珞珈一号01星、珞珈二号01星单星总设计师，再到现在东方慧眼雷达星座的工程总设计师，张过教授还将在他的“造星”之路上一如既往走下去，助力更多的科学试验和行业应用。

多学科交叉，无路导航获新进展

今夏，以阿勒泰为代表的新疆游、西部自驾游持续火热，有数据表明我国的精品自驾路线中有近6成集中在西部地区。而在西部复杂的地形地貌环境中，很多情况下处于无路的状态，这时候高德地图、百度地图等导航电子地图可能会失去作用，如何实现在无路区域的导航？张过教授介绍了其团队目前在“无路导航”这一多学科交叉方向取得的进展。

“等级道路是车辆通行的理想环境。以高德地图、百度地图为代表的导航电子地图供应商，目前能够实现高频率道路采集、实时路况更新、交通拥堵规避以及其他智能化服务，极大地满足了人们的日常出行需求。但当前导航地图主要面对道路场景，即有路导航。而陆地表面以无路区域为主，约占地球陆地表面80%，所谓‘世上本无路，走的人多了，也就有了路’。在野外无路环境下的导航有诸多现实需求。俄乌冲突中，乌克兰平原黑土区域冬天出现大规模冻融，气温上升后土地融化翻浆，导致俄军装甲部队重型车辆大规模通行困难，有路也变无路，大量作战车辆装备被迫遗弃，非战斗减员。像是这种军事行动，以及旅游越野自驾、野外考察、地质勘探、应急测绘、抢险救灾等场景下，交通环境以无路场景为主，对导航服务有强烈需求。因此，将导航地图从陆域道路场景拓展到陆域无路场景、空域飞机无路场景和海域舰艇无路场景，构建无路环境的‘高精地图’，实现从有路导航到无路导航的跨越已势在必行。”

“无路导航主要研究无路场景下的航天遥感环境信息智能探测、无路区域有路化、多源定位、路径规划和引导控制等技术，建立满足地面车辆、空中飞机、水面水下舰艇导航需求的无路导航系统，解决车辆、飞机和舰艇‘在哪里、到哪里、哪能走、怎么走’的问题，是多学科交叉融合的综合性研究。”

今年8月已经成功完成了陆域无路导航实装验证，“说能通行，80%可通行；说不能通行，基本不能通行。”张过教授对8月实装验证结果非常满意，“是团队今年科研工作的突破性进展”。预计年底无人机无路导航安阳实装验证、明年8月有人机验证、后年舰艇验证。

从有路导航走向无路导航，是复杂非结构化环境导航需求推动下的必然趋势，随着无路导航的关键技术攻关和系统的建设与完善，无路导航在军事、应急测绘等领域的应用，将增强各学科的联系，促进技术的融合与发展，进一步丰富导航的内涵，拓宽导航应用边界。

张过教授指导陆域无路导航实装验证（左二张过）（2024年）

左手成“人”教学，融合卫星遥感的新闻学创新

在武汉大学有一门通识课广受学生欢迎，课程将遥感、环境、灾害、经济、健康、军事、新闻等多学科交融，不仅介绍遥感的基本概念、基本手段和典型应用，也从遥感与新闻、遥感与健康、遥感与资源、遥感与经济、遥感与国防、遥感与灾害及遥感与人类命运共同体等多个专题切入，探索遥感与人们生活的联系。这门课就是张过教授作为负责人开设的武汉大学核心通识课《遥感与生活》。

提到这门课程，张过教授认为教学是高校教师的主责主业，“我以前非常关注专业课的教学，但现在更关注通识课程的教学，因为它是如何让学生成为一个‘人’的教学，更关键。这门课程由武汉大学多个学院，包括新闻与传播学院、经济与管理学院、董辅礽经济社会发展研究院、信息管理学院、遥感信息工程学院和测绘遥感信息工程国家重点实验室共同开课，8位教授授课8个知识模块。运用遥感的视角来看待世界，通过遥感来认知人类面临的社会、经济、环境问题，以及社会经济环境行为之间的关系，实现个人-集体-国家发展与认识的统一，引导学生在未来的社会实践工作中主动肩负起践行人类命运共同体的重任，为实现中国梦贡献力量。”

能够创设《遥感与生活》这门课程，还要追溯到张过教授几年前就开展的遥感新闻学研究。2020年初，被封在武汉的张过，接到了李德仁院士的电话，李院士要求通过遥感尤其是航天遥感给“抗疫”做点贡献。于是用航天遥感手段监测“火神山医院”的建设进程成为了这个故事的开端。“我协调高分二号、吉林一号及国外光学卫星的火神山医院2019年历史数据和医院建设进程中遥感影像监测医院建设进度，在环球网微博首发，累计获得了1.2亿的点击量，300多家媒体转发。之后我们几乎每天制作一期，直到医院建成。为了满足公众对于施工强度、地表形变、水污染情况等方面的关切，还协调了吉林一号夜光数据，观测了高强度连续施工过程；利用欧空局的哨兵数据监测地表形变，发现没有发生明显的地表形变，可支持高强度连续施工；使用欧比特公司的高光谱数据监测了施工前及过程中近岸水体和中心水体，施工过程没有污染附近水体。”

火神山医院的影像报道引发了央媒的关注，其后与新华社合作遥感新闻，在新华社平台刊发了100多篇报道，其中就包括了4月8日武汉开城时的视频《世所罕见！卫星见证武汉奇迹》，以及《“胡焕庸线”以西为何越变越亮？》等引发广泛关注的遥感新闻深度报道。

张过教授联合新华社、武汉大学新闻与传播学院，提出了“全媒体时代的遥感新闻学”。“其实遥感能够应用到新闻学里面，是有其独特优势的：第一，遥感俯瞰的视角影像不同于记者手中的摄影机，成为人类视觉的延伸；第二，有多分辨率多波段的优势，利用SAR、高光谱等遥感能探测到肉眼看不到的东西，突破了新闻素材采集频谱限制和规律挖掘尺度限制；第三，遥感的历史数据能看到时代变迁与政策变化，突破了新闻素材获取的时空限制；还有最重要的一点，新闻的生命力在于真实性，而遥感有标准产品加工的一整套流程，保证了新闻的真实性。所以我们找到了遥感和新闻结合的契合点，发挥了遥感的作用，也为新闻学带来了新的生命力。这种跨学科结合是喜闻乐见的，未来还会有更多学科与遥感融合，发挥更大的作用。”张过说道。

张过教授《遥感与生活》课堂教学（2022年）

右手成“才”培养，在重大工程中磨练人

2005年博士毕业，成为武汉大学的一名教师，一转眼接近二十年，回望教书育人的这些岁月，张过教授认为作为高校教师的核心责任有三个：一是教学，二是科研，三是社会服务。首先人才培养是最为重要的责任，教学是最好的人才培养途径。张过教授的恩师李德仁院士有一句话，“做人、做事、做学问”，首先要做成一个“人”，然后才能做成事情、做点学问。李院士说的这几点，也成为了张过教授带领团队、培养人才的行为准则。

“其次是科研，做好科研也是为了更好的教学。我会让本科生提早介入科研，介入社会服务。因为摄影测量与遥感、遥感科学与技术或测绘科学与技术，是工科，工科一定是面向实际的，不能纸上谈兵。所以我会让团队本科生、硕士生、博士生尽可能参与到项目中，在这些实践过程中培养人，把更多的机会留给他们，让他们做好自己能干的研究，自己该干的研究。”这也和李院士的育人理念吻合，在重大工程中磨练人，只有这样才能培养出更多能够引领行业发展的人才。而张过教授本人正是在李院士推动的资源三号、珞珈一号、珞珈二号、东方慧眼雷达星座建设中得到锻炼，通过解决实际问题，才取得了今天的成就。

最后，产教融合，紧扣国家及行业重大需求，服务社会，从服务中发现问题和痛点，这也是科研的需求和输入，进而反哺教学。

目前，各项技术更新迭代迅速，在这样的背景下，张过教授也对广大GIS和遥感专业学子提出了建议。“从我这几年的一些经验来看，本科生要注重基础理论的掌握。要在本科时期训练一个测绘头脑，测绘有两个基本点，一个是精度，一个是可靠性。用测绘的头脑看问题的方式，精度是多少？可不可靠？可靠性怎么样？这就是我认为的基础能力、专业素养的培养，本科生要更关注这个方面；硕士我希望更宽一点，多做几件事情，培养自己的做事能力；博士就要盯着某一个小方向，我对我的博士提出的要求很简单，要么开创一个面向实际应用的小方向，要么对某个小方向画个句号。”

提到获得2023年高校GIS论坛创新人物奖，张过教授表示希望能有更多机会和其他论坛获奖者携手，把GIS和摄影测量遥感领域做得更好。同时他希望论坛可以做一些平行论坛，比如大地测量、航测等等，联系GIS的上下游技术研究和行业应用，丰富论坛内容。

张过教授在2023高校GIS论坛上演讲

人物简介

张过，男，1976年6月生，武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室教授、博士生导师，主要从事几何定量遥感研究应用与教学工作。2010年资源三号应用系统总师助理、2015年珞珈一号01星工程总师、2017年珞珈二号01星工程总师、2017年装备发展部卫星应用组专家、2017年高分专项（军口）专家、2019年青年测绘人才、2019年军委科技委卓越青年基金获得者、2019年王之卓青年科学家、2023年高校GIS创新人物、2024年武汉大学弘毅特聘教授。2021年中国水利学会遥感专业委员会副秘书长、中国地质学会遥感地质专业委员会副主任委员、中国地理信息产业协会教育工作委员会副主任委员、2022年长江技术经济学会青年工作委员会副主任委员、国际摄影测量与遥感学会第一技术委员会（传感器系统）第六工作组（传感器定向定标真实性检验）共同主席、2023年中国遥感应用协会社会遥感地理计算专业委员会副主任委员、2024年中国地理信息产业协会实景三维技术创新工作委员会副主任委员。