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李德仁院士:四十载回眸:我的科研故事和留学经历
发布时间:2025-10-29     来源:GeoScience Café     浏览:296次

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李德仁院士

留德背景与初衷

1982年10月,时年42岁的我前往德国留学。1978年国家恢复高考后,我获得重返校园的宝贵机会,在武汉测绘科技大学攻读研究生。当时中国在测绘科学、摄影测量、遥感和地理信息系统等领域尚处于探索阶段,与国际前沿水平存在较大差距。

德国是现代测绘教育的发源地,在该领域具有深厚学术积淀。著名的最小二乘法正是由德国数学家高斯提出。德国学界当时有两位学者备受瞩目:斯图加特大学阿克曼教授在区域网平差、多元模型法及光束法等方向成果丰硕;汉诺威大学卡耐基教授则深耕遥感技术领域。此外,卡尔克劳斯教授在数字高程模型(DEM)领域的开创性工作也颇具影响力。我的老师王之卓院士和夏坚白院士1939年自德国学成归国,成为我国现代测绘学科奠基人。我的岳父朱裕璧教授也是留德博士。多重学术渊源与学科发展需求,共同促成了我的留德选择。


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讲座现场

根据公派留学要求,1981年硕士研究生毕业后,我赴广州参加EPT(English Proficiency Test)英语水平考试并顺利通过。因申请德国政府奖学金需要,我转入北京语言学院(现北京语言大学)进修德语。得益于早年学习过俄语的经验(含六格语法体系)及研究生阶段的英语训练,我在德语四格语法体系中展现出的语言优势,经过系统学习,1982年7月,我以班级第一名的成绩通过德语水平考试,随即顺利赴德留学。

波恩大学的学术探索

1982年10月赴德后,由于阿克曼教授团队暂无名额,我转入波恩大学跟随库普费尔教授学习。库普费尔教授专注于摄影测量与遥感定标场研究,在该领域具有深厚造诣。他要求我以德语撰写学术论文。完成初稿后,教授审阅后直接转呈阿克曼教授,当即推荐至德国权威期刊《Bildmessung und Luftbildwesen》(摄影测量与航空影像学),由霍夫曼主编审发。这篇论文便是后来学界所称的"“李德仁方法"”,是我留德半年内首篇发表于德国摄影测量与遥感期刊的文章。


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1982年10月,李德仁在德国波恩大学学习

波恩大学有一个区域网平差(Bundle Block Adjustment)软件。我发现这个软件附加参数太多,按数值理论会引起状态不稳定而发散,产生过度参数化的问题。与库普费尔教授探讨后,我对软件进行优化,用一个礼拜的时间在程序上修改了10句话便解决了法方程式的稳定性问题。

我在德国的第二篇论文《克服过度参数化的若干方法》中用到了“岭估计”(Ridge Estimation)方法,源自于武汉大学一位数学系教授提出的理论,可以稳定发散的状态,但不影响结果的解。这篇论文后来在波恩大学专刊出版。库普费尔教授问我:“你怎么这么聪明?我们这儿几年都解决不了的问题,你一来一个礼拜就解决了。”我说:“在中国像我这样的人很多,我们王老先生带了好多学生,每个学生都有本事。”

为了帮助我更好地掌握德语口语,库普费尔教授专门请了一位德语老师为我授课,每月支付给他400马克。这位老师每周给我三次面对面的教学,带我去咖啡厅和德国人聊天练习口语。他还送了我一本很厚的《当代德语模范读本》,让我每天自学,之后与他讨论。书里让我印象最深刻的一个细节是,20世纪30年代在柏林1马克可以买到一个Eisbein(猪肘子)和Rotkohl(红球甘蓝)等美食。

我在波恩大学学习半年,除完成两篇论文外,还给国家测绘局写了一封信,建议在中国建立摄影测量定标场。国家测绘局采纳了我的建议,在山西建设了民航机场定标场,用于摄影遥感的定标校正。这段紧凑而高效的学术历程,为我后续的科研工作积累了宝贵经验。

与阿克曼教授的故事

1983年的五一节,阿克曼教授告诉我他有了博士名额,我就从波恩大学坐火车去到了斯图加特。阿克曼教授有一个趣闻:他曾有一位女朋友,是个排球运动员。后来她出国比赛去了,阿克曼却还在埋头写程序,结果把女朋友给“写丢了”。

我是由王之卓院士推荐而来,而王之卓院士正是阿克曼导师的同学,所以我也算是阿克曼教授的师弟。阿克曼让我跟他读博士,但我担心两年的奖学金时间太短,难以完成学业。他却爽快地说:“如果你两年做不出来,我再给你加钱。”当时我每月的生活费是660马克,阿克曼觉得太少了,就从他自己的公司里又给我加了500马克,这样一来,我比一般拿中国奖学金的学生多出不少。入学前,阿克曼让我做了一个德语的口试,聊了一些数学、摄影测量和遥感的有趣的问题,就帮我办好了读博士的资格。


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1983年9月,李德仁在德国斯图加特大学攻读博士学位

阿克曼当时正带领几个研究生和助理教授开发三个核心软件:光束法、独立模型区域网平差和数字高程模型。它们都需要误差可发现和可区分的理论支持,决定让我攻克这个难题。阿克曼安排我使用研究所最先进的IBM大型计算机进行仿真计算,并给我配备了三个终端,我可以同时运行多个任务,效率大大提高。一年下来,我在整个研究所的计算机使用时间排名第一位。

科研之外,阿克曼不仅把我当作学生,还让我享受教师待遇。研究所每天会发咖啡券,但我平时喜欢喝茶,就把咖啡券都存在抽屉里,请留学的中国朋友一起喝咖啡。回国后我也延续了这个习惯,在实验室提供免费咖啡,大家坐下来一起讨论,一讨论就出学问。这就是我们Geoscience Café的起源。


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1983年10月,李德仁的博士导师阿克曼教授访问武汉测绘科技大学

每年冬季,阿克曼都会组织全所师生去滑雪旅行。我没有滑雪装备,他的秘书Eva便借来她父亲的全套工具。每次出行,住宿费用都由阿克曼自掏腰包,其他人则轮流承担餐费。但他特别叮嘱我说:“你是来自中国的留学生,只管享受大家的热情招待,不用付饭钱。”记得有一次去奥地利因斯布鲁克滑雪,那里滑雪条件好、价格适中。有天我们在一家小镇餐馆吃饭,店主听说来了中国人,提出只要我到场就免单。我就用中文和德文写了一首小诗作为回礼,大家都吃得很开心。

在德国的这段岁月,不仅让我在学术上受益匪浅,更教会了我如何与人相处。德国的学习氛围自由开放,老师们愿意将核心软件代码开放给我,相信我可以改进、提升。这种信任与包容,令我深感温暖,也成为我日后治学育人的宝贵财富。

留学德国的学生组织

在德国留学期间,我们也积极参与大学组织的各种文化交流活动。当时斯图加特大学有四五十名中国留学生,大家都很有凝聚力。当时我们有一个学生会,领导成员有五个人,我是其中之一。

德国大学每年都会举办“开门节”(Open Days),持续三到五天,期间整个大学向社会全面开放,所有研究所、实验室都欢迎公众自由参观。每到这个时候,我们也都会精心筹备,组织留学生现场制作中国菜招待来访者。那时候条件有限,请不起餐馆,我们就自己动手,在宿舍里支起三四个锅,现炒现卖。我当时最拿手的是红烧鱼和宫保鸡丁。尤其是宫保鸡丁,最后我会加入熟花生米翻炒一下再出锅,这样花生吃起来还很脆,还有炸春卷,很多外国朋友都觉得特别好吃。我们还从国内带来了茅台酒,用小杯子分装,一杯卖两马克,很受大家欢迎。

那次活动收入颇丰,我们就决定用这笔钱组织一次旅行——去奥地利维也纳访学。都说维也纳有“三宝”:Wein(美酒)、Weiblich(美女)、Gesang(歌声)。我们租了两辆大巴,从斯图加特出发,一路开到维也纳。我们联系了奥地利的留学生组织,住在青年旅社,一个晚上只要8马克,房间虽然简单但干净整洁,一张床、一个淋浴头,足够满足基本需要。我们在维也纳玩得非常尽兴,既开阔了眼界,也增进了感情。

除了学术生活,我们也组织了很多文化交流活动。我在斯图加特发起了一个计算机应用的研讨会,主题并不局限于测绘遥感、计算机或工科技术,而是面向更广泛的领域,我们邀请了来自柏林、汉诺威等地的学者、工程师和企业人士参加,反响热烈。这种跨学科、跨地域的交流让我们受益匪浅。

此外,德国政府对我们留学生也很支持,设有DAAD(德国学术交流中心)这样的官方机构,他们经常组织各种文化与产业访问活动。比如参观柏林、,走访奔驰、博世、蔡司等知名企业。有一次我们还去到了东柏林——那时东西德尚未统一,作为中国留学生有机会参观洪堡大学,也是一段难得的经历。


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1984年2月,李德仁留学期间与张祖勋、张正禄、杨俊在德国汉若威

博士论文答辩与选择回国

我的博士论文题目是关于粗差和系统误差的区分问题。这个题目比较有挑战性,阿克曼教授认为我数学基础扎实,便建议我来攻克这项研究。

在此之前,福斯特教授曾写过一篇文章,讨论一个粗差与一个系统误差如何区分的问题。他是最早提出这种区分理论的人。而阿克曼教授希望我能进一步拓展这个方向,研究更复杂的情况——即多个粗差与多个系统误差之间的识别与区分问题 。这在当时的摄影测量领域是一个尚未解决的关键难题。

在研究过程中,我跟福斯特教授交流很多,也参考了他之前的工作。不到一年时间,我就完成了论文初稿。接下来就是德国严格的论文评审流程,我的论文需要送到摄影测量、大地测量、导航、工程测量、土木等多个研究所,经过大约50多位教授的初步审查。

最后确定三位正式评阅人,第一位是巴尔德教授的学生,专门研究可靠性理论;第二位来自汉诺威大学;第三位是斯图加特大学大地测量研究所的格拉法韧特教授。格拉法韧特教授年岁与我相仿,是一位数学家和理论大地测量学家,在测绘界享有很高声誉。据说他评阅文章极为严谨,约有三分之一的人都未能通过他的审核。但我相信自己的理论是正确的,经得起推敲,所以我特意选择了他作为评阅人。

答辩当天,我用德语做了报告。那时候还没有PPT,我用彩色笔一张张写好讲稿模片,按每分钟讲两张的速度准备了90多张共讲了45分20秒,刚好控制在要求的45分钟左右。德国评分标准是1到5分:4分和5分为不及格,3分为合格,2分优秀,1分最好,加星(Star)表示特别优秀。六个教授听完后,一致给出“1分+Star”的最高评价。

福斯特教授当场夸奖我讲得好,问题也答的很精彩。而格拉法韧特教授在总结评语时说了一句让我终身难忘的话:“Ich bin begeistert – diese Arbeit hat ein seit hundret Jahren bestehendes Problem gelöst. ”(我很激动,这篇论文解决了一个百年未解的难题。)


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1985年2月,李德仁以全校历史上最高分获得德国斯图加特大学博士学位

这是我学术生涯中一个重要的高光时刻。但完成学业之后,我面临一个重要选择——是留在德国发展,还是回国?当时,德国方面曾多次挽留我,格拉法韧特教授还主动联系了在美国的米勒教授,看看我愿不愿意去美国俄亥俄州立大学工作。

然而我与朱宜萱老师、阿克曼教授三人一致决定回国。那时中国遥感和测绘技术相对落后,还没有自己的遥感卫星。而美国早在1972年就发射了Landsat卫星,法国也在1986年发射了SPOT卫星。相比之下,中国的遥感事业刚刚起步,急需人才。我认为,出国留学的目的就是要把最先进的知识和技术带回祖国。既然有机会学到了本事,就应该回来为中国所用。阿克曼教授最后对我说:“李德仁要回去了,我们留他是留不住的。他要回去接班,让王老先生轻松一点。”还是我的老师懂我!

留学德国的收获

这段留学经历,不仅让我掌握了摄影测量和遥感领域的核心理论,也让我深刻体会到:师生之间的信任、跨文化交流的重要性以及团队合作的力量,这些远远超出了学术本身的意义。回国后,我将在国外所学的知识积极投入到教学和科研中,并带动学生写论文、做软件、参加国际会议。

我先后把龚健雅、李清泉、张良培、王密、张过、陶闯等一批优秀学生带到国际舞台。其中,陶闯在慕尼黑的一次会议上首次亮相就表现优异,后来他赴加拿大深造,创办了一家高科技公司,并将其开发的软件以3000万美元卖给比尔·盖茨。我也积极推荐学生申请德国洪堡奖学金,为他们争取出国深造的机会。单杰、周国清、徐培亮等人都因此受益。这不仅是对学生的培养,也是推动中国测绘遥感事业发展的实际行动。

我希望在座的每一位硕士研究生、博士研究生,都能在学习过程中培养自主独立的能力。这种能力是在老师的引导下,在广泛阅读文献的基础上,通过自己的思考和创造性工作建立起来的。科研的关键不在于问题的大小,而在于它是否原始、是否有突破性。只要你能在一个小问题上做出原创性的成果,就为你的人生树立了一个良好的起点。这个起点,会影响你一生的发展方向和高度。

除了做学问,还要学会做人。我在留学期间深刻体会到,师生之间、同学之间要互相关心、互相帮助。而在我们中国传统文化中,由于受科举制度影响,往往强调个人奋斗,而忽视了团队交流的重要性,甚至出现“文人相轻”的现象,这对学术发展是非常不利的。在国外的经历让我明白,科研虽然需要个人努力去推导公式、钻研问题,但同时也要善于与人沟通、合作交流。只有在思想碰撞中,才能激发新的灵感和思路,才能做出大的成果。

所以我希望我们在校的学生,一定要把这两点做好:一是自学为主,老师引导,同学之间互相启发、共同进步;二是营造一个愉快、积极、开放的学习氛围,让每个人都愿意表达,敢于探索。发挥各自优势,团结攻关,做出像吉奥之星、立得移动机器人和“东方慧眼”星座这样强军、富国、利民的大成果。

希望我这样的学习经历,能给你们启发,成为你们未来人生道路上的重要财富。

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