院士の李徳仁氏が2023年度国家最高科学技術賞を受賞しました！彼は中国の測量、地図作成、リモートセンシングを大国から強国へと推進した...

2024年6月24日、2023年度国家最高科学技術賞が発表されました。武漢大学の李徳仁院士は、地理情報科学の分野における優れた貢献によりこの栄誉を受賞した。

李徳仁院士は、国際的に著名な測量およびリモートセンシングの科学者として、約40年にわたる科学研究のキャリアを通じて、わが国のリモートセンシング地球観測能力の向上に尽力し、わが国が測量およびリモートセンシングの主要国から強力な測量およびリモートセンシング国へと変貌を遂げることに多大な貢献をしてきました。地理情報科学の修士である彼の主な科学研究の成果を見てみましょう。

新参者：測量という100年来の課題を解決する

1982 年、ドイツのボン大学在学中に、学者の李徳仁は事後分散推定から総誤差の位置を導き出す加重反復法を開発しました。この方法は測定業界では「李徳人法」と呼ばれています。

その後、シュトゥットガルト大学で博士号取得を目指しながら、誤差の識別可能性の理論と系統的誤差および全体誤差の検出方法を確立し、計測学における1世紀にわたる問題を解決しました。この業績により、彼はシュトゥットガルト大学の博士論文史上最高得点を獲得し、1988 年の「ルフトハンザ航空調査賞」を受賞しました。

では、「李徳人法」を一般的な意味で理解するにはどうすればいいのでしょうか?

衛星や航空機から取得した膨大な量の測定データを表す何千ものピースからなる大きなジグソーパズルを組み立てようとしているところを想像してください。あなたの仕事は、これらのパズルのピースを正確に組み合わせて、地球の表面の完全な画像を形成することです。簡単そうですよね？しかし、ここで問題が起こります。パズルのピースの中には、家でいたずらっ子がこっそり入れ替えたものがあるかもしれません（これは「重大なエラー」です）、製造工程での小さな問題により、わずかに変形しているものもあるかもしれません（これは「体系的なエラー」です）、そして、さまざまな理由により、正しい位置からわずかにずれているものもあるかもしれません（これは「偶発的なエラー」です）。

今、どのパズルピースが間違っているか分からないまま、できるだけ正確にパズルを完成させながら、間違いを見つけて修正する必要があります。これは測量士が長年直面してきた問題です。 Li Deren 氏の方法は、この複雑な問題を段階的に解決するのに役立つインテリジェントなアシスタントのようなものです。

まず、すべてのパズルのピースをざっと見て、明らかに間違っているピースを特定します (全体エラー検出)。次に、各パズルピースを慎重にチェックして、わずかな変形や体系的な偏差（体系的エラー識別）がないか確認します。次に、すべてのパズルのピース間の関係を考慮して、各ピースをどこに配置すべきかを数学的に計算します (最善の推定値)。最後に、このプロセスを何度も繰り返し、毎回精度を高めていき、パズルの最適な解決策を見つけます。

Li Deren 氏の方法のユニークな点は、これらの異なるタイプのエラーを同時に処理し、そのプロセスで精度を継続的に向上できることです。パズルの間違いを修正するだけでなく、パズルが完成するにつれて全体像が徐々に見えてくるスーパープレイヤーのようなものです。現実世界では、科学者が膨大な量の測定データから正確な地理情報を抽出するのに役立ち、正確な地図を描いたり、地球の変化を監視したりするための強力なツールを提供します。

学業を終えて中国に帰国：リモートセンシング技術をリードし世界レベルに追いつく

中国に帰国後、李徳仁院士は研究ペースを加速し、チームを率いて基礎理論と主要な技術革新を継続しました。 1991年に「3S統合」（GNSS：全地球衛星測位システム、RS：リモートセンシング、GIS：地理情報システム）理論を提唱し、国際的に認知される。 3S統合によって形成された現代のリモートセンシング地理システムは、人類が統合された天地情報に基づくモバイル測定において歴史的な飛躍を達成するのにも役立っています。次に、これらの技術について簡単に紹介します。

自由にズームイン・ズームアウトでき、雲を貫通し、地面を透視できる「スーパーアイ」があると想像してください。これらの目は、地球の表面のあらゆる細部を見ることができるだけでなく、その位置を正確に把握し、その変化をリアルタイムで分析することもできます。これが現代のリモートセンシング地理システムの魔法です。

このシステムは、スーパーマンの 3 つのスーパーパワーのように、主に 3 つの部分で構成されています。

リモートセンシング（RS）はスーパーマンの「千里眼」のようなものです。衛星、航空機、さらにはドローンに搭載されたセンサーを使用することで、上空から地球表面の画像やデータを取得することができます。これらの「目」は可視光、赤外線、さらにはレーダー波を見ることができます。雲を貫通し、夜間に活動し、さらには地表の下を「見る」こともできます。

DMSP衛星のOLSセンサーは夜間光の分布を検知できる（画像出典：Wikipedia）

全地球航法衛星システム（GNSS）はスーパーマンの「ロケーター」のようなものです。 GPSや北斗などの衛星測位システムを通じて、地球上のあらゆる地点の位置を正確に知ることができます。その性能は非常に正確で、地球の地殻の最も小さな動きさえも測定できます。

北斗M5衛星（2012-050A）の地上軌道図。白い点は特定の時間における位置を示し、白い線で囲まれた領域はその場所におけるサービスエリアを示します。 (画像出典: Wikipedia)

地理情報システム (GIS) はスーパーマンの「高性能脳」のようなものです。 「Clairvoyance」や「Locater」から取得した膨大なデータを保存、分析、視覚化し、複雑な地理情報を私たちが理解しやすい地図や3Dモデルに変換することができます。

GIS の典型的な例: 1854 年にロンドンで発生したコレラの流行時の症例のクラスターを示す、ジョン・スノーの 1855 年の地図。 (画像出典: Wikipedia)

これら 3 つの「超大国」が組み合わさって、現代のリモート センシング地理システムが誕生しました。これにより、あらゆる方向、さまざまな角度から、高精度で地球を観察し、理解することが可能になります。例えば、自然災害が発生した場合、このシステムにより被災地の詳細な情報が迅速に提供され、救助隊がより効果的に活動できるようになります。

都市計画においては、詳細な地形、建物、人口分布データを提供し、計画者がより情報に基づいた決定を下せるよう支援します。農業では、作物の成長を監視し、収穫量を予測し、さらには正確な施肥を指導することもできます。

技術の発展に伴い、現代のリモートセンシング地理システムはますますインテリジェントになっています。人工知能が加わると、単に「見る」だけでなく、「見たもの」を「理解」することもできるようになります。将来的には、それが本当の「地球脳」となり、私たちが地球をよりよく理解し、守るのに役立つかもしれません。

2003年、李徳仁院士がリーダーとして「我が国に高解像度の地球観測システムを構築する」ことを国に提案し、それが国の16の主要科学技術プロジェクトの1つとなった。その後の15年間、彼はチームを率いてシステムの実証、技術研究、システム開発、主要な応用を完了し、我が国の高解像度地球観測システムをゼロから優れたものへと推進しました。

上部は受動リモートセンシングであり、可視光リモートセンシングに代表され、地上の物体から放射または反射された電磁波を受動的に受信します。下部は能動リモートセンシングで、電磁波を能動的に放射し、反射信号を受信するマイクロ波リモートセンシングに代表されます（画像出典：Wikipedia）

野望：中国の「東洋の目」を磨く

我が国のリモートセンシング技術のレベルをさらに向上させるために、李徳仁院士はチームを率いて「通信、航法、リモートセンシング」の統合宇宙情報リアルタイムサービスシステム（PNTRC）の重要な技術研究を展開し、羅家シリーズの科学実験衛星プロジェクトを立ち上げ、4機の羅家シリーズ衛星の開発と打ち上げに成功しました。

さらに将来を見据えると、李徳仁院士は「東の目」インテリジェントリモートセンシングコンステレーションプロジェクトの構築を推進した。 2022年4月、「東方智眼」インテリジェントリモートセンシングコンステレーションプロジェクトの第1フェーズが正式に開始されました。 2024年2月3日、李徳仁主任科学者が開発した東方智眼高解像度01号衛星が無事に打ち上げられ、商業運用に入った。これは、我が国の統合インテリジェントリモートセンシング衛星システムにおける大きな進歩を意味します。

「東方智眼高解像度01号衛星」（別名「煙台2号」）は、杰龍3号と堯3号ロケットによって、わが国広東省陽江海域の軌道に無事打ち上げられた（写真提供：武漢大学ニュースネットワーク）

結論

測量という100年来の課題を解決することから、我が国のリモートセンシング技術を世界レベルに追いつかせることまで、李徳仁院士は、「東の目」インテリジェントリモートセンシングコンステレーション計画の推進から、新世代の測量、地図作成、リモートセンシングの人材育成まで、その知恵と努力を注ぎ、中国の測量、地図作成、リモートセンシング産業の飛躍的発展を推進してきました。彼の科学研究の経歴は、優れた科学者のたゆまぬ追求を示すだけでなく、頂点に登りつめ国に貢献するという中国の科学技術労働者の崇高な精神を浮き彫りにしている。

彼が言ったように、「科学は祖国に奉仕するものである」。この精神は、今後もさらに多くの中国の科学者を鼓舞し、科学技術分野で強大な国を築くことに貢献していくことでしょう。

企画・制作

出典：中国科学普及協会

著者: 郭飛、煙台大学

プロデューサー丨中国科学博覧会

編集者：イヌオ

校正：徐来林