习近平总书记在加强基础研究座谈会上深刻指出,“基础研究是整个科学体系的源头,是所有技术问题的总机关”“加强统筹谋划和顶层设计,加快形成战略性、前瞻性、体系化布局”。在国家科学技术奖励大会、两院院士大会、中国科协第十一次全国代表大会上,习近平总书记把增强科技创新体系化攻关能力摆在突出位置,强调“统筹推进原始创新和关键核心技术攻关”。深入贯彻落实习近平总书记重要讲话精神,高水平研究型大学必须在服务国家战略中找准定位,以基础研究的持续突破支撑国家创新体系整体效能提升。
空天信息是服务国家创新发展的重要赛道。习近平总书记指出,时空信息、定位导航服务成为重要的新型基础设施。这一论断深刻揭示了空天信息在国家安全与经济社会发展全局中的战略价值。测绘、遥感、导航、地理信息是空天信息体系的核心支撑学科,武汉大学在该领域底蕴深厚、优势鲜明。自1956年武汉测量制图学院成立以来,一代代学人坚守报国初心,将学术追求融入国家发展大局,深度参与北斗导航、高分辨率对地观测等国家科技重大专项,在精密定轨与导航定位、现代测绘基准、空天地遥感对地观测、自动化测图、地理信息平台等方向持续攻关,为我国空间信息基础设施建设以及国土测绘、生态监测、防灾减灾、国防建设等领域的技术进步和产业发展提供了坚实技术支撑,在服务国家高水平科技自立自强的征程中展现了武大担当。
01 推进空天信息体系化基础研究的重要意义
空天信息是人类认知空间、感知世界的重要基础,广泛服务于资源调查、生态保护、防灾减灾和经济社会发展。当前,随着遥感、导航、通信与人工智能深度融合,空天信息服务正向更高精度、更快时效、更深层次的智能认知发展。这一变迁的背后,是一系列相关联的基础科学问题:多源定位导航授时信息高可信、高安全融合导航定位理论与方法;多模态观测如何在统一时空基准下精准关联;如何从遥感观测中准确反演地表参数、揭示过程机理;如何将海量数据转化为可靠的知识和决策,等等。回答这些问题,需要加强观测机理、时空建模、智能信息处理等方面的基础研究,凝练形成空天信息基础理论,为空天信息系统的自主创新提供充分有力的学理支撑。
▲张平文院士与武汉大学参加首届全球数智教育创新大赛的团队成员
空天信息具有多学科交叉、多系统耦合的鲜明特征。从卫星观测、导航定位到信息解译和应用服务,各环节相互依赖,局部性能的提高并不必然带来整体能力的跃升。例如,灾害应急既要求观测准确,也要求信息及时送达,同时还需要结合灾害演变规律作出研判。这就需要将测绘遥感与数学、计算机、数据科学、智能科学以及水利、资源环境等学科的研究组织起来,围绕共同科学问题构建持续攻关能力。在空天信息领域推进体系化基础研究,正是由其科学问题和创新规律共同决定的。 推进空天信息体系化基础研究的关键,在于把国家战略需求转化为具有牵引作用的科学问题,统筹研究布局、平台建设和人才队伍,使不同方向的理论与方法在需求牵引下相互启发、相互支撑。武汉大学牵头获批的教育部“空天信息与时空智能学科突破先导项目”,就是以服务国家使命为导向、以建设国家战略科技力量为目标,先行探索空天信息领域学科、人才与科技“三位一体”的体系化布局。面向空天信息的国家战略,将有组织科研与科学家自主探索有机结合,既明确需要长期突破的重大问题,又为研究路径选择和前沿探索留出充分空间。 同时,基础研究具有长期性、探索性和不确定性,必须保持战略定力、尊重科学规律,以持续的理论积累和创新支撑技术突破,以新的实践需求拓展科学认知,形成需求牵引与自由探索相互激发的良性循环。
02 以体系化基础研究提升空天信息创新能力
武汉大学测绘遥感学科的发展表明,国家重大需求能够牵引科学问题的提出,基础理论创新能够打开技术突破的空间,而重大任务又为检验理论、发现新问题提供条件。这些环节的有机贯通,持续增强空天信息领域的原始创新能力,不断推动学科优势转化为服务国家战略的能力。围绕国家重大需求贯通理论创新与协同攻关,是学科长期积淀的宝贵经验,也为开展体系化基础研究筑牢根基。
坚持向科学源头和技术底层挺进。空天信息的自主创新,需要在测量误差、成像机理和空间信息表达等基础问题上形成原创理论与方法。武汉大学学者创立误差可区分性理论,深化了对测量数据误差识别与区分的认识;提出面向对象地理信息系统矢量与栅格一体化数据结构,为国产地理信息基础软件研发提供理论支撑;提出遥感广义几何成像模型,为国产卫星全球高精度遥感数据处理奠定理论基础;创新发展高精度卫星导航定位理论,引领北斗地基增强系统建设;提出数字高程基准建立理论与方法,实现大地水准面从理论到工程化应用的重大跨越。
依托长期研究积累,学校自主研发全数字摄影测量系统VirtuoZo、卫星精密定轨PANDA等诸多软件,构建卫星遥感全球测图方法体系,支撑国家全球测图专项完成全球1亿平方公里遥感解译与测图。这些探索说明,深入认识和解决底层科学问题,才能为自主技术能力的持续提升提供坚实的理论支撑。
▲武汉大学科研团队进行遥感技术研究
坚持把理论、技术、装备和应用贯通起来。贯通理论研究与系统验证,有助于发现单一环节难以识别的问题,推动基础研究与技术创新相互促进。空天信息研究需要真实观测条件和系统验证环境,科学实验卫星既承载技术验证任务,也为基础理论与方法的检验提供平台。武汉大学持续推进珞珈系列科学实验卫星研制,其中,珞珈三号01星是国家自然科学基金“空间信息网络基础理论与关键技术”重大研究计划集成项目的重要成果,将前期理论研究和技术攻关成果带入真实空间环境开展验证。“武汉一号”由学校相关单位协同完成整星设计、研制运控、精密定轨、数据处理和分发服务,体现了不同学科与平台围绕共同任务协同攻关的作用。遥感卫星星地协同智能处理技术已搭载我国30余颗智能遥感卫星,将遥感信息服务时间由小时级压缩至分钟级。 综合性大学的优势,还在于能够从不同领域的交汇处凝练新的科学问题,并在真实场景中检验其价值。例如,武汉大学遥感与水利学科协同,为流域洪水监测与防御提供支撑。进一步深化这类交叉研究,需要从获取和应用数据走向共同研究机理,使观测方法与水循环、生态环境和健康研究中的科学问题紧密结合。学科交叉的深度,最终要体现为科学问题上的共同探索和研究方法上的实质创新。将学科交叉与理论创新、系统验证紧密结合,方能形成持续提出科学问题、发展原创方法的研究能力,为空天信息自主创新提供长远支撑。 03 以体制机制改革提升体系化基础研究效能
推进体系化基础研究,既要有学科积累,还要有与之相适应的体制机制。当前,国家战略需求与高校科研布局衔接不够顺畅,部分任务重应用、轻机理,学科、平台和团队之间仍有壁垒,短期考核与基础研究长期积累的要求不相适应。这些问题制约着优势力量协同和原创成果产出,其根源在于体制机制尚未真正适应体系化基础研究的内在要求。因此,必须把体制机制改革贯穿科研组织、成果转化和人才发展全过程,以制度创新释放创新活力,为空天信息领域持续开展基础研究创造条件。
一是改革科研组织机制,强化战略需求与科学问题的有效对接。要围绕空天信息领域的重大需求,加强高校与科研院所、行业部门和企业的常态化对接,从系统能力需求中凝练共性、基础性科学问题,统筹布局相互支撑的研究方向。武汉大学成立前沿交叉学科研究院,依托测绘遥感信息工程全国重点实验室、国家卫星定位系统工程技术研究中心、湖北珞珈实验室等平台,探索跨院系、跨学科协同攻关。要进一步以科学问题组织团队、以研究任务配置资源,完善人员协同、数据共享和平台开放机制,使测绘遥感的观测优势、数学的理论优势、计算机与人工智能的方法优势更好结合,推动多学科共同提出问题、共同开展研究。对需要长期积累的方向,还要完善竞争性支持与稳定支持相结合的投入机制,赋予科研团队必要的自主权,保障研究的连续性。武汉大学与山东省烟台市共建东方航天港研究院,联合科研院所、企业共建产学研创新新机制。
二是完善基础研究与成果转化互促机制,贯通科学探索和实践验证。空天信息成果从理论方法走向可靠应用,需要经历原型研制、系统集成和场景验证,也需要将应用中暴露的问题反馈到基础研究。武汉大学围绕时空基准、卫星遥感、北斗导航、时空智能、自主测量、开放地球引擎等方向,推进与地方、企业共建研究机构和中试平台。要进一步完善联合选题、协同研发、成果共享机制,推动科学实验平台与工程应用场景有效衔接,使基础研究获得持续的问题牵引和验证条件。要发挥经济、管理、法学等学科优势,研究知识产权、数据治理、标准规则等问题,为成果应用提供制度支撑。同时,还要准确把握基础研究与成果转化的不同规律,形成有利于原创成果持续涌现、成熟成果有效应用的制度安排。 ▲武汉大学遥感信息工程学院青年科研人员严谨细致开展光学实验 三是统筹人才培养与评价改革,支持科研人员长周期潜心研究。基础研究的竞争,归根到底是人才和创新生态的竞争。要把重大科研任务与拔尖创新人才培养紧密结合,完善跨学科联合培养机制,让青年人才在空天信息重大科学问题研究中承担实质性任务,在深厚的数理基础之上形成跨学科研究能力。武汉大学正以“分项填、分开评”为导向推进人才分类评价改革,对立德树人、学术创新、服务国家使命等方面的贡献分类评价。要进一步完善代表性成果评价和长周期评价,注重理论方法的原创价值以及个人在团队协作中的实际贡献,避免以短期数量指标衡量长期科学积累。要加强对青年科技人才和博士后的职业早期支持,为自主探索提供稳定条件,营造鼓励创新、宽容失败的环境,使科研人员能够心无旁骛、潜心治学。 站在学校测绘学科创建70周年的新起点,武汉大学将把深入推进空天信息领域体系化基础研究作为服务国家战略的重要任务,以重大科学问题凝聚学科力量,以体制机制改革保障长期探索,努力形成更多原创理论和关键方法,为提升我国空天信息自主创新能力、加快建设科技强国作出新的贡献。面向新的发展阶段,武汉大学将发挥综合性大学多学科优势,进一步整合资源、聚焦重点,在水利水电、生命医学等优势学科领域深入推进战略导向的体系化基础研究,服务高水平科技自立自强。
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