【寻访身边的榜样】科研为国所需——记仪器科学与工程学院潘树国教授

【寻访身边的榜样】科研为国所需——记仪器科学与工程学院潘树国教授

2020-06-19

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曾国藩云:“盖士人读书,第一要有志,第二要有识,第三要有恒”。很多人从小就给自己明确了人生的方向,仪器科学与工程学院潘树国教授亦是如此,大学毕业后走进企业,再从企业考回到学校,在几次转折中潘树国坚持有志、有识、有恒,终于在仪器科学与工程学院里明确了自己的研究方向、确定了合适自己的道路,并将一直坚定地走下去。

多年来,坚持以国家的需求为科研指向,在立足个人兴趣的基础上精准把握学科前沿,以长远的目光结合国家的重大现实需求去开展研究,就是潘树国坚定认为的最有意义和价值的科研追求。

心有明志:以国家需求为人生指向

1998年7月,潘树国以机械工业部优秀毕业生、优秀学生干部“双优毕业生”的身份从燕山大学本科毕业,进入当时南京的一家大型合资企业工作。虽然待遇优厚,但潘树国却感到需要更广阔的工作空间。经过一番思考,他默默决定了考研深造。从此,他白天应对繁忙的工作,下班后去公司附近高校的自习教室复习,抓紧一切空余时间备考。经过五个多月的刻苦学习,潘树国如愿考取了河海大学的硕士研究生。

读硕士期间,他了解到仪器科学与工程学院正在做与卫星定位方向的相关研究,他结合国内自主研发的、尚处于起步阶段的北斗卫星导航系统,经过与国外GPS系统的对比,判定这一领域是国家安全的重大战略需求,于是又一次转换了研究方向,来到跟随王庆教授攻读博士,开始挑战卫星定位的新领域。在参与团队科研项目的过程中,潘树国对专业有了更多的感性认识,也开始寻找自己感兴趣的研究课题。在团队原有项目的基础上,他又有了不一样的研究思路——做深层定位算法的提升,也就是后来的高精度实时定位技术。

万事开头难,面对几乎全新的专业研究方向,除了共通的数理基础,其他几乎都要从头开始学习。“那一段应该是最辛苦的时候了,我早上都是七点钟第一个到逸夫楼的实验室开门,晚上也是最后一个离开,就连晚上休息的时候都在考虑算法应该怎样实现的问题,只要产生一点点想法,立刻就要拿笔记下来。”潘树国说。

全年无休,是读博阶段潘树国的基本状态。老家的交通并不方便,往往是刚买了春节回家的车票,就要开始盘算返程。除夕到家吃饭,大年初二回到实验室工作的情况也是家常便饭。

有一年暑期,在项目组研究的关键时期,为了提高效率,团队在应用单位进行了封闭式研发,结合实际应用场景反复调整优化高精度定位模型。三个月封闭集中研发期间潘树国没有抽空回家一次。由于当时项目组经费缺乏,连出差都要自己垫钱,所有人都在咬牙坚持。艰苦的努力终于有了回报,第二年夏天,在北京参与项目精度的测试中,他们的研究成果取得了行业部门和专家的高度认可。

导师王庆也十分欣赏“能干又肯干”的潘树国,力劝他留校任教、继续研究。然而,潘树国也经历了内心纠结,他一方面希望在澳门游戏优良的科研环境里,让研究的课题获得一个完美的结果,另一方面却面临当时家庭经济条件的现实压力。最终,在夫人的支持和鼓励下,潘树国选择了留校。

“当你觉得自己快要崩溃的时候,你就离成功不远了。”潘树国笑着说。对于自己的科研要求,作为一个“想要做点事的人”,潘树国觉得自己的成果一定要有价值。

精准把握:解决前沿关键技术难题

“面向国家重大需求,解决关键技术难题”一直是潘树国科研精神的核心所在。他用行动诠释了“科研为国所需”。

精准把握前沿方向是潘树国科研工作的突出特点。攻博期间,他常常通过聆听校内外的学术报告、答辩,与专家交流、查阅专业文献跟踪领域前沿动态,寻找突破口。在一次旁听博士论文答辩过程中,他了解到载波动态差分能有效提高卫星定位的精度,理论上可达到厘米级。通过大量文献阅读反复确认,潘树国认定这是卫星定位极具价值的研究方向。

在一篇综述文献上,潘树国发现了解决这个问题的前沿核心技术——网络RTK定位技术。当时该技术被欧美国家垄断,专利完全封锁,实质性的文献报道几乎为零,但潘树国毅然决定展开研究。在算法模型取得初步效果后,他立即撰写了一份十余页的研究计划书,阐述了项目的重要性和研究思路:从单一基准站到多基准站优选,然后进行多站网络融合,最后实现大范围厘米级卫星定位,预计需要五年时间。这个想法得到了团队的认可,在行业主管部门的支持下,成功获得了“十一五”国家科技支撑计划重点项目的资助,在当时极其困难的情况下争取到了宝贵的科研资源。

落实到具体的科研历程之中时,潘树国表现出了优秀的协调组织能力。校内,他依托仪器科学与技术、测绘工程学科组织了联合研究团队,建立了“项目驱动、成果共享、团队作战”的紧密合作模式,真正实现了学科交叉,使得团队科研攻关实力大大增强,科研团队内部也形成了友好互助的良好氛围;校外,潘树国的团队联合了江苏省测绘院、自然资源部大地测量数据处理中心、南京计量院、华测导航等优势单位,在高精度卫星定位领域实实在在趟出了一条“产学研用”的创新路子,使项目从理论走向实际、走向应用有了坚实的保障。科研路上他们焚膏继晷、风雨兼程,全国多地开展了示范应用,一边建站观测分析,一边完善算法模型,再艰苦也毫无怨言。

“它的原理就是通过卫星导航跟踪站网的连续观测,对区域定位误差分布进行整体建模,根据用户概略位置建立虚拟基准站,对终端定位精度进行差分增强,从而通过数学的方法缩短基准站和用户终端站的物理距离,大大提高了终端用户的定位精度和实时性,平面精度达到了2~3厘米,高程优于5厘米,且精度分布均匀”。潘树国解释说“如果放低精度标准的话会很简单,但这样就没有那么大的价值了”。这个原计划五年完成的项目提前两年实现了网络RTK技术的重大突破,打破了国外垄断。

成果应用后,显著降低了国内卫星导航基准站网的建设成本,系统核心软硬件均摊到每个基准站的费用从国外产品30万元每个降至3万到5万。更重要的是,使用自主技术保障了国家地理信息安全,在国民经济建设重要领域和国防安全应用方面具有广阔的前景。

早在2011年,潘树国开始研究北斗技术。当时,北斗区域导航系统尚处在卫星发射和系统测试阶段,他和团队就利用第一批北斗二代接收终端,对北斗观测信号进行解析、数据处理和高精度定位建模研究。2012年北斗导航系统区域服务开通之际,潘树国团队成果建立的天津国土资源北斗基准站网系统同步上线运行,并实现了与和GPS、GLONASS星座融合。到了2016年则完全取代了原有的国外系统,实现了真正的自主可控、安全应用,逐步扩展到全国十余个省市,覆盖国防、国土、测绘、交通、计量等关键领域,并在2020珠峰测量等重大工程发挥了作用。目前,通过与国内其他同行的共同努力,使用自主技术的卫星导航基准站网比例大幅提高,实现了从依赖国外技术到自主产品规模化应用的跨越式发展,潘树国感慨道:“这样就确实解决了国外有国内没有的问题,我们有了自己的技术。”

王庆对潘树国的工作也予以高度肯定:“他干工作有股韧劲,吃苦耐劳、勇于创新是他最大的特点,由他牵头的‘高精度多模多频GNSS基准站网关键技术及应用’获得了2018年江苏省度科学技术一等奖,是他历经10余年不懈努力所取得的科研成果。”

教学相长:科学研究和培养人才双管齐下

坚持给本科生上课,是潘树国的科研工作即使再繁忙也依然在认真做、细致做的事情。一次课后,忙碌了一天的他晚上收到了学生发来的求助微信,原来学生对白天课堂上一个有关凸轮结构的压力角的问题仍有疑惑。了解情况后,他立刻放下正在收拾的第二天去北京出差的行李,提笔在书案前进行演算,写满了整整一页的稿纸,直到深夜11点多才推导完成并发给了学生,详细地解答了学生的疑惑。

通过与学生的互动,潘树国说他“感觉特别好”,他认为这就是教学相长的体现。也正因为如此,上过潘树国“精密机械设计基础”这门课的学生不约而同地表示,虽然该课程有一定难度,但潘老师讲课总是按图索骥、条理分明、思路清晰,特别容易理解和接受。授课过程中,潘树国自己整理了专门的习题集来帮学生们梳理知识点,他希望学生能够在课堂上就把知识消化掉,课后可以多做些书本之外的研究。

“潘老师非常善于发现学生的优势和潜能,注重锻炼学生能力。我大四确定保研后刚进课题组时,他就鼓励我参与实际项目研究工作,如果发现学生能力达到一定水平,他就会给予学生充分的自由探索的空间。”2018年毕业的博士生高旺也选择了留校,成了潘树国的同事。他说:“潘老师特别能理解学生诉求,站在学生的角度考虑问题,他心态比较年轻,和学生距离感小,平日与我们交流也比较多,学习科研、人生理想、生活琐事等等,几乎无所不谈。”

尽管一直对学生尽心指导、关怀备至,潘树国也曾有左右为难的时候。“我也很犹豫,因为真的是关键时刻,一旦模型验证通过就是一个很大的突破。”当时,一名研究生在他的科研团队中作为开发软件系统的主力,正值项目的关键时刻来向潘树国请假,说他争取到一个为期三个月的在著名研发机构学习的机会。面对学生的个人发展机会与紧迫的科研任务,在艰难抉择后,他还是同意了学生的请求。

“学校,就是培养人的地方,学生进入社会之后能把在学校里学的东西用上、用好,我觉得那就是我们价值体现了。”潘树国这样说。如今这位学生已经在业内小有名气,成了卫星导航上市公司的技术总监。正是源于潘教授及团队对学生的尊重和温暖关怀,极大激发了同学们对专业研究的热情和兴趣,从团队走出的多位校友已成为卫星导航定位领域的领军人才,在卫星导航产业富集的华东地区,“澳门游戏高精度卫星定位”已成为业界一张响亮的技术名片。

“莫问收获,但为耕耘。”十几年来,潘树国总是在科研中极尽精微、锐意进取,在教学中关心学生的发展和未来,这难能可贵的精神品质,也是澳门游戏“止于至善”精神的完美呈现。也正是如此,潘树国的门墙桃李才有幸深得其循循善诱与入微体恤,成了一代又一代具有使命意识的澳门游戏人。(张萌 常昊 刘呈其)

  

【人物简介】

潘树国教授,博士生导师,首届国土资源部(现自然资源部)杰出青年科技人才,先后入选科技部重点领域创新团队(排2)、江苏省六大人才高峰计划,现任仪器科学与工程学院副院长。

长期从事高精度卫星导航定位技术的研究,作为项目负责人先后主持国家科技支撑计划课题2项、国家自然科学基金2项、国家公益性科研专项1项、国家重点研发计划子课题1项等重要科研任务23项。主持研发的卫星导航网络RTK定位技术、高精度北斗地基增强定位技术、卫星导航基准站网系统已在天津、江苏、湖南等十五个省市实际应用,覆盖国防、测绘、国土、交通、大型工程建设等关键领域。

获得2018年江苏省科学技术一等奖(第一完成人)、2017年教育部科技进步二等奖(第一完成人)、2010年教育部科技进步一等奖(第二完成人)、2014年教育部科技进步二等奖(第二完成人)等省部级科技奖励6项。


【院系荐语】  

潘树国老师是我院优秀中青年教师的代表。在我跟潘老师的接触中,感觉他平时言语不多、不苟言笑,但对工作中的大情小事,总是事事有回应、件件有交代,而且效率很高,非常认真。他秉持着“有志、有识、有恒”的坚定理念,一步一个脚印地、踏踏实实地一路走来——将自己的眼光聚焦于“国家需求”,将自己的科研牢系于“关键技术难题”,将自己的教学定位于“成就学生”,完美呈现了“止于至善”的澳门游戏精神。——仪器科学与工程学院党委书记王军


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