2024年11月15日，海南文昌，天舟八號(hào)貨運(yùn)飛船點(diǎn)火起飛。那一刻，南京航空航天大學(xué)（以下簡稱“南航”）電子信息工程學(xué)院副教授王鵬心緒激蕩——由他擔(dān)任副總師研制的“星眸載荷”，也搭載在飛船艙外，飛向太空。

▲王鵬

這是我國首個(gè)基于天基計(jì)算的地面輻射源在軌定位裝置，不僅可以在太空中迅速捕捉地面電磁干擾，還能以每秒千億次的速度進(jìn)行計(jì)算，對(duì)地面干擾源實(shí)現(xiàn)單星在軌定位?！熬拖窈棋呛又械难垌粯印保貔i這樣形容。而他自己的“眼眸”，則長期聚焦遙感時(shí)空數(shù)據(jù)融合與智能解譯應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)，在遙感圖像處理領(lǐng)域，尤其是復(fù)雜場(chǎng)景下的目標(biāo)檢測(cè)方面，做了大量開創(chuàng)性工作。

從“星眸”中增強(qiáng)信心

“我們做‘星眸載荷’，主要難題就是要在資源受限的星載平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)高效目標(biāo)檢測(cè)與定位。而我們之前做的都是對(duì)地遙感研究?！蓖貔i說。

從對(duì)地到對(duì)空，絕非簡單的技術(shù)“搬運(yùn)”。為了實(shí)現(xiàn)算力“上天”，南航天基信息研究中心團(tuán)隊(duì)付出了極大的努力。王鵬尤其提到了輕量化問題。簡單來說，基于機(jī)器學(xué)習(xí)的在軌小目標(biāo)檢測(cè)技術(shù)，需要大量數(shù)據(jù)集訓(xùn)練，算力要求高、耗時(shí)長，并不適用于載荷搭載。為此，王鵬帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)圍繞“星載對(duì)地遙感圖像小目標(biāo)配準(zhǔn)定位”展開攻關(guān)，系統(tǒng)探索了資源約束下的輕量化深度學(xué)習(xí)模型，解決了遙感高分辨率下像素級(jí)小目標(biāo)檢測(cè)和定位地理位置問題，準(zhǔn)確率高、運(yùn)算時(shí)間短、運(yùn)算效率高，成功部署到“星眸載荷”上。

“但真正去進(jìn)行地面仿真和驗(yàn)證時(shí)，也會(huì)出現(xiàn)問題，比如區(qū)域漏檢等。”在王鵬看來，科研中遇到問題是常態(tài)。他印象最深的是，2024年9月，他們?cè)谔熘郯颂?hào)基地開展數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)，遭遇超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)“摩羯”，駐地?cái)嗨當(dāng)嚯娛嗵?，基礎(chǔ)設(shè)施嚴(yán)重受損，他們每天都要頂著海南的大太陽步行往返于基地和駐地之間，來回近10公里。即便如此，他們?nèi)匀粨尰亓藭r(shí)間，圓滿完成了工作。“漏檢問題有效解決了，地面驗(yàn)證也成功了?！?/p>

最重要的是，這次經(jīng)歷讓王鵬意識(shí)到，他們完全可以將技術(shù)研究的邊界進(jìn)一步拓展?！败娛骂I(lǐng)域需要對(duì)敵方目標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和識(shí)別，環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域需要對(duì)自然災(zāi)害、植被覆蓋和土地利用等進(jìn)行監(jiān)測(cè)和分析。我們可以做的事情很多?！笔聦?shí)上，王鵬和團(tuán)隊(duì)開發(fā)的星載小目標(biāo)檢測(cè)經(jīng)緯度定位軟件，已經(jīng)應(yīng)用于智慧城市建設(shè)，用于監(jiān)測(cè)城市基礎(chǔ)設(shè)施的實(shí)時(shí)狀況，實(shí)現(xiàn)交通流量監(jiān)測(cè)和路況評(píng)估，掌握城市綠化覆蓋及土地利用情況的動(dòng)態(tài)變化等，相關(guān)成果獲得中國測(cè)繪地理信息科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。他們?cè)O(shè)計(jì)的算法平臺(tái)也在“北斗數(shù)字牧場(chǎng)”得到應(yīng)用，大大提高了牧區(qū)的生產(chǎn)效率，節(jié)省了大量的人力成本，將“衛(wèi)星放牧系統(tǒng)”升級(jí)為“數(shù)字農(nóng)牧業(yè)”。

未來，王鵬還希望將遙感智能解譯技術(shù)應(yīng)用到深空探測(cè)領(lǐng)域，探索極端環(huán)境下視覺模型的泛化問題，從而反哺地球遙感對(duì)未知地物的認(rèn)知能力；利用多源遙感數(shù)據(jù)反演碳匯通量，通過物理約束優(yōu)化與深度學(xué)習(xí)模型提升碳中和監(jiān)測(cè)的可信度等，從而為南航研制的高光譜碳匯衛(wèi)星提供相關(guān)技術(shù)支撐?！皡⑴c‘星眸載荷’工作之后，我們對(duì)自己的技術(shù)也更有信心了?！彼f。

把技術(shù)應(yīng)用到國家需要的地方

“把技術(shù)應(yīng)用到國家需要的地方”，是王鵬最直觀的科學(xué)追求，也是他選擇遙感領(lǐng)域的初心。

2008年汶川地震后，王鵬無意中看到李德仁院士的一段訪談，提到震后災(zāi)區(qū)通信中斷，而我國當(dāng)時(shí)的遙感衛(wèi)星無法“看清”汶川狀況，等了3天才等來意大利科學(xué)家的相關(guān)數(shù)據(jù)。“如果能有看得全、看得遠(yuǎn)、看得準(zhǔn)的遙感衛(wèi)星技術(shù)就好了！”這個(gè)念頭像一顆火種，在王鵬的心中迸發(fā)，逐漸呈現(xiàn)出燎原之勢(shì)。

2012年，王鵬從哈爾濱工程大學(xué)本科畢業(yè)，進(jìn)入信息與通信工程專業(yè)深造。這也是他從事遙感研究的起點(diǎn)。“開始我更沉迷于如何提升模型的數(shù)據(jù)精度，導(dǎo)師及時(shí)提醒我要把方法用在實(shí)際物理數(shù)據(jù)中看性能，使我認(rèn)識(shí)到研究成果不僅要落實(shí)到技術(shù)上，還要推動(dòng)技術(shù)轉(zhuǎn)化，把論文寫到祖國大地上。”這份初心貫穿了他整個(gè)學(xué)術(shù)生涯。2018年，博士畢業(yè)后，王鵬選擇加入南航，也是源于他對(duì)“三航特色”的認(rèn)同，認(rèn)為在南航平臺(tái)上，可以與飛行器設(shè)計(jì)、導(dǎo)航制導(dǎo)、圖像處理等領(lǐng)域的學(xué)者實(shí)現(xiàn)深度合作，將遙感技術(shù)切實(shí)運(yùn)用到國家最需要的前沿領(lǐng)域。

在南航，王鵬歸屬于天元實(shí)驗(yàn)室天基信息研究中心團(tuán)隊(duì)。“我們的大團(tuán)隊(duì)打破了學(xué)科間的壁壘，非常適合遙感這種多學(xué)科交叉方向深入發(fā)展?！币劳写髨F(tuán)隊(duì)，王鵬始終圍繞“面向空間平臺(tái)的智能感知與實(shí)時(shí)解譯”這一核心方向攻關(guān)，組建起一支擁有3位核心教師、30多名學(xué)生的人工智能遙感圖像研究團(tuán)隊(duì)。

針對(duì)遙感時(shí)空數(shù)據(jù)的空間/光譜/時(shí)間分辨率不可兼得問題，王鵬和團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了時(shí)-空-譜-角一體化的高分辨率時(shí)空數(shù)據(jù)融合方法；針對(duì)高環(huán)境復(fù)雜性、高信息冗余性的時(shí)空數(shù)據(jù)智能解譯問題，他們創(chuàng)建了數(shù)據(jù)與模型聯(lián)合驅(qū)動(dòng)的時(shí)空數(shù)據(jù)智能解譯模型理論；針對(duì)智能解譯模型部署應(yīng)用時(shí)產(chǎn)生的硬件適配性差、資源利用率低等問題，他們提出了動(dòng)態(tài)協(xié)同模型輕量化部署理論。相關(guān)成果應(yīng)用于天舟八號(hào)、高分四號(hào)、風(fēng)云四號(hào)等多種型號(hào)衛(wèi)星，核心算法也在北斗導(dǎo)航系統(tǒng)、國家空間科學(xué)數(shù)據(jù)中心等得以部署。在團(tuán)隊(duì)研制的多源時(shí)空數(shù)據(jù)融合一體機(jī)成果發(fā)布后，李德仁院士做出了高度評(píng)價(jià)，指出其已達(dá)到國內(nèi)先進(jìn)水平。對(duì)于王鵬來說，這份認(rèn)可又何嘗不是對(duì)其初心的遙遙呼應(yīng)。

▲王鵬（中）指導(dǎo)學(xué)生參加比賽

近5年，王鵬獲得江蘇省科協(xié)青年科技人才托舉工程、南航“長空之星”、香港中文大學(xué)“香江學(xué)者”等支持；主持國家/省部級(jí)科研項(xiàng)目28項(xiàng)；發(fā)表論文62篇，其中，以第一作者發(fā)表《科學(xué)引文索引》（SCI）論文26篇；以第一主編出版中英文專著2部；作為第一發(fā)明人授權(quán)發(fā)明專利11項(xiàng)、軟件著作權(quán)7件；獲得江蘇省科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)等多項(xiàng)獎(jiǎng)勵(lì)。

“這些成績，是團(tuán)隊(duì)長期聚焦攻關(guān)帶來的水到渠成的結(jié)果，不是我個(gè)人單打獨(dú)斗能做到的?！蓖貔i說。

將學(xué)生推向“真問題”戰(zhàn)場(chǎng)

2024年10月，中國國際大學(xué)生創(chuàng)新大賽全國總決賽中，南航電子信息工程學(xué)院“星載對(duì)地遙感圖像小目標(biāo)配準(zhǔn)定位軟件”團(tuán)隊(duì)，斬獲產(chǎn)業(yè)命題賽道金獎(jiǎng)。這也是南航當(dāng)年唯一一支獲得產(chǎn)業(yè)命題賽道金獎(jiǎng)的團(tuán)隊(duì)。

在指導(dǎo)教師王鵬看來，這不只是一項(xiàng)獎(jiǎng)勵(lì)，也意味著學(xué)生們能夠用堅(jiān)實(shí)的工程思維和前沿的研究手段去解決“真問題”了。“我們學(xué)校的內(nèi)核就是真做事，做真事，敢于面向國家重點(diǎn)和難點(diǎn)問題，并去著力解決。我們團(tuán)隊(duì)也一直在實(shí)打?qū)嵉刈鲰?xiàng)目，解決實(shí)際問題。教育教學(xué)也一樣，人才培養(yǎng)就是為了解決國家的重點(diǎn)難點(diǎn)問題，問題解決了就是成果。”這套觀點(diǎn)貫穿在他的育人理念中，支持他進(jìn)行跨學(xué)科交叉實(shí)踐，推動(dòng)學(xué)生成長。

在南航，王鵬有一門招牌課程——數(shù)字圖像處理實(shí)驗(yàn)。他接手時(shí)，這門課使用的還是教學(xué)團(tuán)隊(duì)編寫的實(shí)驗(yàn)手冊(cè)，沒有正式教材。2022年，他作為第一主編編寫了《MATLAB數(shù)字圖像處理及其應(yīng)用實(shí)驗(yàn)教程》，將數(shù)字圖像處理理論和應(yīng)用實(shí)例相結(jié)合，使學(xué)生學(xué)以致用，真正讓學(xué)生看到了“數(shù)字圖像處理能解決真問題”。教材出版不到1年，就銷售了1400多冊(cè)，還被陸軍軍醫(yī)大學(xué)、齊齊哈爾工程學(xué)院等選為教材使用。這門課程也入選省部級(jí)精品課程。

近5年，作為第一完成人，王鵬獲得江蘇省教學(xué)成果獎(jiǎng)（實(shí)踐教學(xué)）一等獎(jiǎng)等4項(xiàng)獎(jiǎng)勵(lì)；主持省部級(jí)教改項(xiàng)目3項(xiàng)，作為第一主編出版校級(jí)“十四五”規(guī)劃教材1部。在其指導(dǎo)下，學(xué)生發(fā)表高水平SCI論文20多篇，其中，2名學(xué)生獲得優(yōu)秀學(xué)位論文；多名學(xué)生在高規(guī)格創(chuàng)新賽事中取得優(yōu)異成績。

“和學(xué)生在一起，我們更像是朋友和同事。他們都很優(yōu)秀，我們共同成長、相輔相成?！蓖貔i誠懇地說。現(xiàn)在，他指導(dǎo)的多名畢業(yè)生都在國內(nèi)外知名高校深造，或在軍工企業(yè)就業(yè)。在他的潛移默化中，這些學(xué)生早已將面向國家需求解決真問題的信念扎根于心?！八颊櫟?，有了信念，才能直面困難和挫折，這甚至在能力之前。”星空浩瀚，天地?zé)o垠，王鵬和學(xué)生們會(huì)一直帶著這個(gè)信念走下去。

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