测绘科研一线的“大国工匠”——走近河南省科学技术杰出贡献奖获得者王家耀院士

◎ 本刊记者 栗荣晓

中国工程院院士、河南时空大数据产业技术研究院院长王家耀60 年奋战科研教学一线，为中国地图科学和地理信息系统发展以及军事测绘教育事业作出重大贡献。王家耀主持创办了我国第一个计算机地图制图专业和军事地理信息工程专业，突破了国外地理信息系统军用封锁，为智慧城市建设、黄河生态保护提供了核心技术支持。

王家耀在智能化地图综合和级联更新的关键技术领域开展攻关和创新应用，取得一批重要的科研成果，并在多个行业部门推广应用，取得了巨大的社会效益和经济效益，培养了一大批高层次科技人才，有力地推动了我国国防现代化和河南省科技事业的快速发展。

王家耀曾荣获总参首届“人梯奖”、全国优秀科技工作者和全军专业技术重大贡献奖；2021年9月，王家耀被授予“中国地理学会荣誉会士”；2021 年11 月，王家耀作为第一完成人的“智能化地图综合与多尺度级联更新关键技术及应用”项目荣获2020 年度国家科学技术进步二等奖；2021 年12月，王家耀荣获“2020-2021 年度中国地理学会科学技术奖——终身成就奖”，主持承担的国家自然科学基金-区域创新联合重点项目获批；2022 年3 月，王家耀荣获2021 年度河南省科学技术杰出贡献奖；2022 年4 月，王家耀荣获“出彩河南人”2021 感动中原年度人物。

绘制出中国历史上第一幅计算机地图

王家耀创造过很多个第一：带领团队研发了我国第一幅计算机绘制的地图，开启中国地图新时代；创办了我国第一个计算机地图制图专业和军事地理信息工程专业，引领专业发展、培养急需人才；研发了战略、战役和战术三个层次的军事地理信息系统，突破国外地理信息系统军用封锁……

1936 年，王家耀出生在湖北省武汉市汉阳县（现蔡甸区）的一个农民家庭。1956 年，20 岁的王家耀考入解放军测绘学院。从此以后，地图上的每个符号，每座高耸的山脉，每一条蜿蜒的河流和道路，都刻画在王家耀心中。

1970 年，解放军测绘学院在武汉复建，王家耀仅用三个月的时间就完成了教材的编写。工作实践中，王家耀认为地图学领域要有中国自己的东西，要有中国自己的著作。为了编写出适合中国地图教学的书籍，他和同事们开始了数年的跋山涉水。

对王家耀和他的制图团队来说，到大江南北考察成为工作常态，究竟走过了多少地方，他们也记不清。为了完成书籍编撰，王家耀甚至无暇顾及患癌做手术的父亲，这也成为他永远无法弥补的缺憾。但王家耀认为这是国家的事业，是党的事业，一切都是值得的。

1972 年《地貌及其综合》完成编撰，1975 年《制图综合》也完成编撰，正是王家耀这两部经典教材，为当时中国地图制图专业、测绘部队提供了重要的理论指导。

地图学有着4500 多年的历史，在传统的手绘制图中，过去都是一点一线一面画出来的，费时费力，一幅图就是一代绘图人的执着与坚守。王家耀看到了手绘制图的局限性，一幅图从实地勘察到最终完稿，要经历一个漫长的过程。

年轻的王家耀希望找到一种方法，改变这种传统模式。长期出入图书馆的他翻阅到一本《计算机绘图》的英文册子，心头怦然一动：既然计算机能绘制机械图，为什么不能绘制地形图呢？

作为主管科研教学的组长，王家耀开始着手计算机地图制图教师队伍的培养，并于1972 年、1974 年选送教员到武汉大学学习电子计算机及应用。

世上无难事，只要肯登攀。1974 年，王家耀和他的团队正式开始了计算机制图的探索。1978 年，中国历史上第一幅计算机地图出炉，开启了中国地图新时代。现代计算机地图制图技术取代传统手工地图制图技术，是地图学历史上的一个里程碑式的变革。

正是在王家耀和同事们的共同推动下，计算机制图开始广泛应用，不仅提高了地图的绘制效率，而且培养了一大批国家急需的计算机制图人才，实现了我国从手工制图到计算机制图的划时代超越。

改进计算机制图获取数据方法

“登高望远、脚踏实地、尊重科学、创新唯实。”王家耀说，这16 个字是他这辈子做事的格言。

1979 年，王家耀担任地图制图系讲师，在学院和系领导的带领下，他建立了中国第一个计算机地图制图专业。同时，由他筹建的实验室也开始初具规模。王家耀带领团队提出采用地图数字化方法建设地图数据库的思路，并于上世纪80 年代中期开办了地图数据库及应用专业本科班。

针对国防和军队现代化建设的需求，王家耀团队很快发现，只有查询提取功能的地图数据库仅可以支撑地图制作，并不能满足作战指挥的需要，作战指挥往往需要对数据进行分析，于是他们开始思考建立军事地理信息系统的项目。

如何让地图制图模拟手工方式向数字自动化方式转变？王家耀紧密关注着科技前沿，时刻找寻着新的“接口”。90 年代初，在王家耀的积极推动下，学院对传统地图制图专业进行了全面改造，他们从国外引进了胶片输出系统，推进了地图生产由手工、模拟方式向计算机、数字化方式的转变，实现了学科专业的第二次跨越。

作为学科带头人的王家耀教授，在主持和承担“地图数据库支持下的自动编图系统”任务的同时，又对 “地理信息系统”进行了深入研究，完成了“军事地理信息系统”研制任务，创建了军事地理信息工程专业，地图制图学学科也转变为地图制图学与地理信息工程学科。如今，军事地理信息工程专业已经培养了一批批优秀专业人才。

王家耀在完成大量工程项目研究的基础上，他还卓有成效地进行了学术理论方面的探索。在《地图制图数据处理的模型方法》中提出了“模型方法是地图制图的重要科学方法”的观点，为现代地图学开拓了新的研究领域；在《空间信息系统原理》中提出了“空间信息系统是地球空间信息科学的技术系统”的观点，被誉为“知识创新的专著”；《理论地图学》体现了20世纪地图制作从技术上升到理论的飞跃，为进入21 世纪空间时代和信息社会的地图科学技术的发展提供了理论依据……

建立地图数据库的作用和意义，还在于利用大比例尺地图数据库生产其他较小比例尺的地图，而这就要求计算机能对大比例尺地图数据进行综合。王家耀一直认为，制图综合是地图制图的核心问题，重要性加上复杂性和创造性等特征，使得地图制图综合一直是国际地图学术界公认的难题。

为此，王家耀专门指导一大批硕士、博士研究生从事该领域理论、方法与技术的创新性研究，构建了我国第一个基于1 ∶25 万数据库的自动编图系统架构，并联合全国5所大学合力攻关，终于破解了这一“百年国际难题”。地图数据库的建设和应用，则为地理信息系统的建立提供了技术支撑。

2001 年，65 岁的王家耀因为在地图制图学和地理信息化工程方面的突出贡献当选为中国工程院院士。

研发出中国自己的地理信息系统

如今，地理信息产业已经成为全球服务业中迅速崛起的新兴力量，成为世界主要国家抢占新一轮制高点的重要突破口。

地理信息产业是以现代测绘和地理信息系统、遥感、卫星导航定位等技术为基础，以地理信息资源开发利用为核心，从事地理信息获取、处理、应用的高技术服务业。

河南时空大数据产业技术研究院总工程师郭建忠说：“当时国外先进的地理信息系统，对我们国家都是封锁的。在王院士的带领下，我们从底层源代码开发做起，连续奋战20 多天，终于成功研发出属于中国自己的地理信息系统。由于那20 多天没怎么睡觉，把王院士累得躺在沙发上5 秒钟就睡着了，我们在一旁看着直抹眼泪。”

2017 年11 月，河南大学联合智慧中原地理信息技术（河南省）协同创新中心组建的河南省时空大数据产业技术研究院挂牌运行，王家耀任院长。那一年，他81 岁。

如今，86 岁高龄的王家耀依旧坚持在科研和教学一线，“老骥伏枥，志在千里”，为中国地图科学和地理信息系统的发展以及军事测绘教育事业做着新的重大贡献。

当前，我国的经济社会发展已经进入新的历史阶段，以5G、云计算、大数据、边缘计算、物联网等为代表的新技术快速发展，人工智能技术也获得了巨大进步。随着我国自然资源管理体系的建立，地理信息产业已融入自然资源管理体系中。

正如王家耀所言，我们正处于一个大变革的时代。

面对新的社会需求、新的技术进步和新的管理体系要求，亟待根据国家大政方针、社会生产需要、技术发展趋势、产业发展规律，做好地理信息产业的工程技术、商业模式、产品类型的转型升级与融合创新，进一步提高地理信息产业发展的质量和水平。

“数字经济为地理信息产业的转型升级提供了一种新的思路，要走跨界融合这条路。”王家耀表示，“地理信息产业要服务于各行各业，就不能局限于单纯依赖基础地理信息的老思路，而是要将基础地理时空信息当作基本框架，将其与各部门、各行业的专题数据相结合。”

数据对地理信息系统的发展演进至关重要，没有数据，地理信息系统就成了“无源之水”“无本之木”。王家耀认为，现阶段推进的新型智慧城市建设以及实景三维、CIM 等大型项目，都为地理信息系统的拓展应用提供了机遇，已经有一部分相关项目中添加了时空信息云平台等地理信息相关系统。

“为了适应全新的需求与挑战，基础地理时空信息领域需要从逻辑思维开始转变，用技术创新推动产业进步，为经济、社会、国防、生态和民生等领域做好服务。”王家耀说。

全力构建时空大数据平台体系

王家耀在接受河南电视台采访时说：“拿新冠疫情举个例子，某地突然出现一个感染者，时空大数据就会追踪到人，因为我们将时间和空间掌握得很精确。”

时空大数据平台是指把各种分散的和分割的大数据即时空框架数据和时空变化数据汇聚到一个特定的平台上，并使之发生持续的聚合效应。这种聚合效应就是通过数据多维融合和关联分析与数据挖掘，揭示事物的本质规律，对事物做出更加快捷、更加全面、更加精准和更加有效的研判和预测。

“时空大数据平台是大数据的核心价值，是大数据发展的高级形态，是大数据时代的解决方案，利用这个平台生产军民两用的基础测绘地理信息产品。”王家耀表示，时空大数据产业化是通过时空大数据平台产业化实现的。因为时空大数据产业化是一个新问题，应该走一条从基础研究起步的产业化创新之路。这条创新之路首先要研究和建立以数据科学为核心的时空大数据理论体系。

王家耀认为，地理信息产业作为处理位置数据的核心产业，可以积极推动其基于“时空大数据平台+”模式，深度融入数字产业化、产业数字化、数字化治理与数据价值化领域，积极融入自然资源管理工作整体布局，主动引领以地理信息为基础的新型智慧城市、实景三维中国、新型基础测绘建设，推进地理信息产业向全产业链发展，鼓励新应用、培育新市场，让地理信息产品通过生态建设、智慧管理、数字经济服务国家战略建设并惠及全社会，从而促使地理信息产业向时空大数据产业的融合发展与转型升级。

王家耀解释，真正能够匹配现阶段自然资源信息化以及智慧城市发展需求的地理信息系统，必须是以一体化国家（时空）大数据中心、模型库、算法库、知识库、专家库为支撑，能推进技术融合、业务融合、数据融合，实现跨层级、跨地域、跨系统、跨部门、跨业务的协同管理和服务。

“时空大数据涵盖范围比基础地理时空数据大得多，数据规模大得多，相关产品也多得多。”王家耀进一步解释，时空大数据将为更加广阔的层面服务，这也将是我国地理信息产业转型升级的核心推动力。

王家耀带领团队将基于理论体系和技术体系，进一步搭建出适应社会、经济需求的产品体系，构建“时空大数据平台+”的服务模式，让不同业务部门信息能够在平台上叠加、交互，突破各领域数据在技术、机制上的壁垒，实现信息共享和服务。

“相信到2035 年，我们经过努力能够基本形成时空大数据的理论体系、技术体系和产品体系；到2050年，能够真正建成‘时空大数据平台’广泛应用、完善的时空大数据理论体系、技术体系和产品体系的地理信息强国。”王家耀表示。

“80 后”院士选择再创业

2017 年开始，“80 后”王家耀再创业，这次到了河南大学工作。在这里，他带领团队成功申报河南省时空大数据技术创新中心，合作共建地理信息工程国家重点实验室，建立河南大学黄河研究院等平台；

他带领团队聚焦时空大数据理论、时空大数据平台技术体制和关键技术及应用模式研究，不断推动时空大数据平台的军民应用、新型智慧城市建设、大数据产业发展；

他带领团队致力于“黄河大脑”及其智能感知系统、资源池和时空大数据平台“三要素”的研究，联合近40 个相关单位筹建“黄河流域科学数据共享服务平台联盟”，为黄河流域生态保护与高质量发展服务；

他还完成了4 部“测绘科技经典著作”的订正与公开出版，以及《地图学原理与方法》（第三版）和《空间信息系统原理》（第二版）的内容更新与再版……

“王院士的工作干劲儿，很多年轻人都自愧不如。2020 年疫情期间，他完成了1 本专著、5 篇论文。”河南省时空大数据产业技术研究院副院长、河南大学地理与环境学院教授韩志刚说。

今年，这位86 岁的老人，给自己规划了未来5 年的三大任务：一是撰写《地图哲学——哲学视野下的地图学》《时空大数据——理论、技术、应用》《时空大数据挖掘与知识发现》《院士自传》等著作；二是围绕“黄河大脑”及其“三要素”，培养一批以博士和博士后为主的科技创新人才，为黄河流域生态保护与高质量发展出力；三是建设好几个“平台”的领导班子，老同志“搭台”、年轻人“唱戏”，保证“平台”长期可持续创新发展。

王家耀深知，国家之间的竞争关键是科技的竞争，归根到底是科技人才的竞争。他60 多年如一日，甘当学生的“铺路石”，用求实严谨的科学态度测绘祖国山河，用创新进取的科研热情，影响着一代又一代的年轻测绘人。

“80 后”王家耀坦言：“我只是一名普普通通的测绘科技工作者、老战士、老教师，我愿意在有生之年竭尽全力，引领年轻的科技领军人才，充分发动科技创新的强大引擎，以科技强国梦助力早日实现伟大的中国梦。”