【口述歷史】我國(guó)信號(hào)處理與智能控制專家——李衍達(dá)院士

導(dǎo)語(yǔ)：秉承尊重歷史、以史為鑒、弘揚(yáng)傳承的理念，中國(guó)自動(dòng)化學(xué)會(huì)于2015年特別打造“口述歷史”系列訪談欄目，走訪學(xué)會(huì)和自動(dòng)化學(xué)科發(fā)展息息相關(guān)的老一輩科學(xué)家，探尋心靈深處的記憶，記錄心路歷程的點(diǎn)滴，為當(dāng)代自動(dòng)化領(lǐng)域科技工作者了解歷史、傳承老一輩科學(xué)家的寶貴科學(xué)思想和精神財(cái)富提供有益借鑒。

本期學(xué)會(huì)采訪的是李衍達(dá)院士。李衍達(dá)，信號(hào)處理與智能控制專家，清華大學(xué)教授，中國(guó)科學(xué)院院士，長(zhǎng)期從事信號(hào)處理理論及地震勘探數(shù)據(jù)處理方法的研究。1979年至1981年作為中國(guó)第一批赴美訪問(wèn)學(xué)者在麻省理工學(xué)院訪問(wèn)。曾主持自然科學(xué)基金重大項(xiàng)目，先后獲一次國(guó)家自然科學(xué)獎(jiǎng)及四次國(guó)家教委科技進(jìn)步獎(jiǎng)等。

圖1：學(xué)會(huì)秘書(shū)處采訪李衍達(dá)院士

左起分別 陶則宇、呂愛(ài)英、王成紅、李衍達(dá)、王飛躍、

張楠、王壇、魏征

一、不凡讀書(shū)經(jīng)歷鋪就成功道路

1936年，李衍達(dá)生于廣東東莞縣城，因家中經(jīng)濟(jì)困難，讀書(shū)幾經(jīng)輾轉(zhuǎn)，在東莞沅涌小學(xué)上至三年級(jí)后又舉家遷至廣州讀書(shū)。李衍達(dá)天生聰慧，初二時(shí)插班考入廣雅中學(xué)（清末張之洞創(chuàng)辦），期間品學(xué)皆優(yōu)，校長(zhǎng)深愛(ài)其才，特許免試錄取于廣雅高中。

在廣雅中學(xué)的讀書(shū)經(jīng)歷讓李衍達(dá)學(xué)會(huì)了獨(dú)立生活，培養(yǎng)了很強(qiáng)的自學(xué)習(xí)慣和自強(qiáng)精神。他生性好奇，勇于探索未知，尤其對(duì)物理課充滿了興趣，除課上所學(xué)外，還博覽課外群書(shū)。就這樣，讀書(shū)便成了他一生的嗜好，這也讓他在后來(lái)的學(xué)習(xí)與工作中受益匪淺。

高中畢業(yè)后，李衍達(dá)考入清華大學(xué)電機(jī)工程系。清華大學(xué)嚴(yán)格的要求與嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)風(fēng)，不僅讓他在基礎(chǔ)知識(shí)方面打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，也讓他在思想方法和學(xué)習(xí)方法上有了很大程度的提升。在校期間，李衍達(dá)積極參加課外活動(dòng)，大學(xué)二年級(jí)參加了關(guān)于“電磁場(chǎng)本質(zhì)”的課外科技活動(dòng)，主要探討電磁場(chǎng)的出現(xiàn)是否會(huì)使物質(zhì)“消失”。為了討論這個(gè)問(wèn)題，李衍達(dá)特別學(xué)習(xí)了自然辯證法。而將辯證法思想與研究工作自覺(jué)地相結(jié)合，也是他在大學(xué)時(shí)期最重要的收獲之一。

圖2：大學(xué)期間的李衍達(dá)

大學(xué)三年級(jí)，李衍達(dá)從電機(jī)工程系電機(jī)專業(yè)轉(zhuǎn)到新設(shè)立的自動(dòng)控制系自動(dòng)化專業(yè)學(xué)習(xí)。1958年，由于工作需要，李衍達(dá)被提前抽調(diào)到清華大學(xué)電機(jī)工程系當(dāng)老師，隨即參加了我國(guó)第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床的研制工作。當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)還沒(méi)有程序控制計(jì)算機(jī)，清華的一批青年對(duì)此也是知之甚少，但正是這一群敢想敢干的年輕人經(jīng)過(guò)一兩年的奮戰(zhàn)，終于成功自主設(shè)計(jì)和制造出我國(guó)首臺(tái)程控計(jì)算機(jī)，研制出了我國(guó)首臺(tái)鉆床程控計(jì)算機(jī)并投入生產(chǎn)。

從1960年起，李衍達(dá)便擔(dān)任電機(jī)工程系的科研秘書(shū)、科研科長(zhǎng)及中國(guó)科學(xué)院技術(shù)科學(xué)部電工組秘書(shū)等工作，同時(shí)為學(xué)生講授“脈沖電路”課程，參加編寫(xiě)《電子技術(shù)基礎(chǔ)》教科書(shū)，還主持?jǐn)?shù)控鉆床計(jì)算機(jī)的研制工作。60年代末，李衍達(dá)又主持了感應(yīng)同步器數(shù)字顯示裝置的研制工作，在全國(guó)首先試制成功并投產(chǎn)，促進(jìn)了該儀器在我國(guó)的應(yīng)用。

二、成為第一批赴美訪問(wèn)學(xué)者，赴MIT進(jìn)修兩年

1978年，李衍達(dá)通過(guò)考試成為第一批赴美訪問(wèn)學(xué)者，獲得了赴美國(guó)麻省理工學(xué)院（Massachusetts Institute of Technology, MIT）進(jìn)修的機(jī)會(huì)。

進(jìn)修期間，李衍達(dá)主修方向從微型計(jì)算機(jī)轉(zhuǎn)變?yōu)榱诵盘?hào)處理，其主要原因?yàn)槔钛苓_(dá)師從的奧本海默教授曾是聲學(xué)、語(yǔ)言學(xué)及信號(hào)處理學(xué)會(huì)主席。李衍達(dá)當(dāng)時(shí)對(duì)數(shù)字領(lǐng)域處理還處于入門階段，奧本海默教授計(jì)劃將其主修內(nèi)容調(diào)整為對(duì)幾門主要課程的學(xué)習(xí)。但李衍達(dá)不想自己不遠(yuǎn)萬(wàn)里進(jìn)修只為補(bǔ)學(xué)幾門課，他打定主意立下信念，一定要參與麻省理工學(xué)院數(shù)字信號(hào)處理小組最前沿性的研究工作。

圖3：19世紀(jì)70年代末，

李衍達(dá)與林家翹（C.C. Lin）先生在麻省理工學(xué)院

于是，李衍達(dá)充分利用時(shí)間用自學(xué)的方法補(bǔ)學(xué)數(shù)字信號(hào)處理的相關(guān)課程，并以極其出色的表現(xiàn)通過(guò)了奧本海默教授的重重考驗(yàn)，成功進(jìn)入信號(hào)處理小組，獨(dú)立開(kāi)展課題研究。李衍達(dá)的課題內(nèi)容選擇了利用相位函數(shù)重構(gòu)信號(hào)的理論，他意識(shí)到相位譜同波的延遲密切相關(guān)，利用波延遲可以獲得地層結(jié)構(gòu)的信息，最終經(jīng)過(guò)幾個(gè)月的探索，李衍達(dá)提出了利用相位函數(shù)重構(gòu)信號(hào)理論進(jìn)行反射波抵達(dá)時(shí)間估計(jì)的一種方法?！跋辔缓瘮?shù)居然還可以用在波延遲和地質(zhì)結(jié)構(gòu)的研究?！彼南敕O大地啟發(fā)了奧本海默教授，也得到了奧本海默教授的充分認(rèn)可和肯定。

進(jìn)修前，李衍達(dá)在清華大學(xué)主要任務(wù)是教學(xué)，科研方向主要是跟蹤模仿。而進(jìn)修期間的學(xué)習(xí)和經(jīng)歷，卻讓李衍達(dá)充分認(rèn)識(shí)到了科研的真理在于“創(chuàng)新”。李衍達(dá)意識(shí)到不論是電子線路、信號(hào)處理還是反饋控制，其實(shí)都是信息傳遞和處理的問(wèn)題，彼此都是相互關(guān)聯(lián)的。這一想法極大地啟發(fā)了李衍達(dá)，為其后來(lái)的科學(xué)研究提供了很多創(chuàng)新思路與方向。

三、開(kāi)辟地震勘探數(shù)據(jù)處理技術(shù)新道路

1981年李衍達(dá)從美國(guó)回國(guó)，用了整整十年的時(shí)間致力于運(yùn)用信號(hào)處理新方法開(kāi)展油氣勘探工作，即用信號(hào)處理的辦法尋找30千米底下的油氣泡，這在當(dāng)時(shí)的環(huán)境下并非易事。

當(dāng)時(shí)尋找油氣的主要方法是“地震勘探法”，即：地質(zhì)學(xué)家根據(jù)地質(zhì)考察，分析地區(qū)的生油、成油條件，然后在可能有生油與儲(chǔ)油的地區(qū)通過(guò)人工爆炸方式產(chǎn)生地震波，地震波向下傳播到幾千米的油層再反射到地面，通過(guò)在地面安裝的檢波器收集反射波，再經(jīng)計(jì)算機(jī)處理便可得到地下構(gòu)造的斷面圖。地質(zhì)工程師結(jié)合經(jīng)驗(yàn)便可推理出藏油的構(gòu)造，最后通過(guò)打井勘探加以證實(shí)。但是在勘探初期，打井的成功率往往很低，且海上打井成本很高，這就對(duì)打井出油的精準(zhǔn)度有了較高的要求。所以李衍達(dá)團(tuán)隊(duì)的任務(wù)便是協(xié)助地質(zhì)工程師更好地判斷油層，提高打井的命中率。但經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的努力研究，收效卻并不理想。

于是，李衍達(dá)開(kāi)始重新思考勘探工作的路線與方法。最后，李衍達(dá)提出，用地震勘探法確定的井位成功率低，其原因不是計(jì)算機(jī)處理得不夠精準(zhǔn)，而是用地震勘探得到的數(shù)據(jù)并不足以確定地下油層的位置，也就是信息量不足的問(wèn)題。因此只能通過(guò)補(bǔ)充新的有關(guān)地下油層的信息量來(lái)解決，知識(shí)補(bǔ)充得越多，對(duì)問(wèn)題的解決越有效。

圖4：1992年左右，李衍達(dá)帶領(lǐng)博士生張學(xué)工，

羅暉到勝利油田物探公司開(kāi)展合作研究，

為物探公司技術(shù)人員講解地震勘探信號(hào)的智能處理

當(dāng)李衍達(dá)環(huán)顧勘探的全過(guò)程時(shí)，便發(fā)現(xiàn)可以通過(guò)兩個(gè)途徑了解地下油層。一是通過(guò)打井、測(cè)井獲得地下油層局部詳細(xì)信息；二是通過(guò)地質(zhì)工程師根據(jù)地質(zhì)條件對(duì)地下油層進(jìn)行推斷和分析來(lái)獲得地下油層信息。那么如果能將這兩種信息都納入到地震勘探的數(shù)據(jù)中，便能很好地解決信息量不足的問(wèn)題。但是要實(shí)現(xiàn)這一方法又是難上加難。一是地質(zhì)學(xué)、測(cè)井學(xué)和地震勘探技術(shù)隸屬不同學(xué)科，自成體系，工程師往往只能掌握其中一項(xiàng)技術(shù)；二是三種技術(shù)的要求各不相同，地質(zhì)工程師的知識(shí)模糊難以準(zhǔn)確的定量描述，測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)分辨率高，空間上作用范圍窄，地震數(shù)據(jù)在空間上作用范圍寬，但在局部深度上分辨率較低且地震數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)量十分龐大，大型計(jì)算機(jī)處理過(guò)程復(fù)雜，人工難以干預(yù)，加大了精確定位油田的難度。

20世紀(jì)80年代中期，清華大學(xué)常迵教授出國(guó)訪問(wèn)回來(lái)后為李衍達(dá)帶來(lái)國(guó)外最新的技術(shù)信息：一種新型計(jì)算機(jī)——工作站，其性能相當(dāng)于中、大型計(jì)算機(jī)，但體積小，易于人工操作和人機(jī)交互。李衍達(dá)即刻意識(shí)到，難得的機(jī)會(huì)來(lái)了——在工作站上一定有可能實(shí)現(xiàn)上述三者的結(jié)合。于是，李衍達(dá)大膽作出決斷，堅(jiān)定信念，克服一切困難，帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)開(kāi)拓了一條新路，初步實(shí)現(xiàn)了三者的結(jié)合，并用這種新方法在勝利油田上成功打出了三口新的高產(chǎn)井。

目前，在工作站上將地震勘探、地質(zhì)工程師解釋與測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)同時(shí)處理，人機(jī)交互已成為油氣勘探的重要手段。

四、醉心科研勇拓科研新領(lǐng)域

1991年，在地震勘探數(shù)據(jù)處理技術(shù)道路上行至10年，地震勘探技術(shù)已頗具成效之時(shí)，李衍達(dá)又將目光瞄準(zhǔn)了新的領(lǐng)域——互聯(lián)網(wǎng)。

李衍達(dá)在美國(guó)的學(xué)習(xí)經(jīng)歷讓他認(rèn)識(shí)到信息對(duì)一個(gè)國(guó)家的重要性，“一個(gè)國(guó)家沒(méi)有信息是不行的，它相當(dāng)一個(gè)國(guó)家的神經(jīng)，信息系統(tǒng)相當(dāng)人體的一個(gè)神經(jīng)系統(tǒng)，人體光有肌肉、光有大腦是不夠的，還要有神經(jīng)系統(tǒng)”。而在這時(shí)又恰逢國(guó)外傳來(lái)要搞信息高速公路的消息，這馬上觸動(dòng)了李衍達(dá)的神經(jīng)，由此便開(kāi)啟了他對(duì)信息技術(shù)的探索之路。

1994年，李衍達(dá)率先在清華大學(xué)建立網(wǎng)絡(luò)信息研究組，并將多年研究的智能信息處理與智能控制方法應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)控制和網(wǎng)絡(luò)信息檢索。他側(cè)重于智能信息處理的研究，譬如人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)、模糊系統(tǒng)、專家系統(tǒng)、進(jìn)化算法的理論模型及其在網(wǎng)絡(luò)信息智能控制中的應(yīng)用，獲得了多項(xiàng)成果。

1996年年逾60的李衍達(dá)先生，憑借對(duì)數(shù)據(jù)的敏感及好奇的本性，又發(fā)現(xiàn)了一個(gè)嶄新的學(xué)術(shù)領(lǐng)域——生物信息學(xué)。李衍達(dá)意識(shí)到，DNA如果用網(wǎng)絡(luò)信息的思維進(jìn)行解釋，那么可以將其視為一個(gè)將人體中的蛋白質(zhì)與28種氨基酸進(jìn)行編碼調(diào)控的編碼本。為了驗(yàn)證這一想法，從1997年開(kāi)始，李衍達(dá)便開(kāi)啟了用計(jì)算機(jī)的編碼技術(shù)去研究DNA編碼規(guī)律的探索之旅，以期打開(kāi)生物信息之門。抱著極大的熱枕，李衍達(dá)開(kāi)始動(dòng)員他的學(xué)生學(xué)習(xí)《生物學(xué)概論》、《遺傳學(xué)》等與生物相關(guān)的課程，在掌握生物課知識(shí)后，再用信息的辦法去解決DNA的信息編碼問(wèn)題。項(xiàng)目伊始，大多數(shù)學(xué)生因課題“前途未卜”都紛紛選擇了放棄，直到開(kāi)題第三年，終于有學(xué)生成功自學(xué)兩門課程，并用計(jì)算維數(shù)的方法證明了DNA 序列是一個(gè)分維序列，應(yīng)該用分維序列的方法解釋DNA 的行為，相關(guān)研究成果也得到了公開(kāi)發(fā)表，生物信息學(xué)的研究由此便拉開(kāi)了序幕。

圖5：2007年8月23日李衍達(dá)在生物信息學(xué)全國(guó)研究生

暑期學(xué)校上做結(jié)業(yè)典禮報(bào)告

李衍達(dá)研究的生物信息學(xué)不同于一般意義上作為研究工具來(lái)為生物學(xué)家服務(wù)的生物信息的研究，而是專門用來(lái)研究DNA內(nèi)部信息規(guī)律，真正解決生物核心問(wèn)題的學(xué)科研究。就這樣隨著生物信息學(xué)領(lǐng)域的不斷發(fā)展，從1998年發(fā)展至今其研究?jī)?nèi)容也愈益豐富，研究范圍也愈益廣泛，愈發(fā)開(kāi)拓。

五、心系學(xué)會(huì)發(fā)展，語(yǔ)重心長(zhǎng)寄語(yǔ)后人

現(xiàn)如今李衍達(dá)已經(jīng)年逾八旬，他一生的科研方向都緊跟國(guó)家的戰(zhàn)略發(fā)展需求。在談及對(duì)青年科技工作者的寄語(yǔ)與希望時(shí)，李老語(yǔ)重心長(zhǎng)的提出了三點(diǎn)建議。一是要有前沿大局觀，敢為人先；二是要有創(chuàng)新意識(shí)，想別人之不敢想；三是要持之以恒，堅(jiān)守初心。

圖6：李衍達(dá)院士語(yǔ)重心長(zhǎng)寄語(yǔ)后人

2021年是中國(guó)自動(dòng)化學(xué)會(huì)成立60周年，在歷屆理事會(huì)的領(lǐng)導(dǎo)和推動(dòng)下，中國(guó)自動(dòng)化學(xué)會(huì)發(fā)生了翻天覆地的變化。李老作為學(xué)會(huì)第六、七、八屆理事會(huì)副理事長(zhǎng)，參與和見(jiàn)證了學(xué)會(huì)的發(fā)展。現(xiàn)如今，中國(guó)自動(dòng)化學(xué)會(huì)無(wú)論從會(huì)員規(guī)模，還是業(yè)務(wù)活動(dòng)，都已得到了蓬勃的發(fā)展。

面對(duì)學(xué)會(huì)未來(lái)的發(fā)展，李老感慨地囑咐道：中國(guó)自動(dòng)化學(xué)會(huì)是一個(gè)有著光榮歷史的學(xué)會(huì)，希望學(xué)會(huì)能夠繼續(xù)發(fā)揚(yáng)傳統(tǒng)，緊跟時(shí)代發(fā)展的步伐，銳意進(jìn)取，開(kāi)拓創(chuàng)新。不僅要重視基礎(chǔ)，更要注重人才培養(yǎng)，將人才培養(yǎng)置于學(xué)會(huì)發(fā)展的首位，積極探索人才培養(yǎng)模式，切實(shí)團(tuán)結(jié)廣大科技工作者，肩負(fù)起用知識(shí)創(chuàng)新推動(dòng)我國(guó)自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展的歷史重任。

編后語(yǔ)：

李衍達(dá)先生現(xiàn)已年逾八旬，但身體健碩，思維清晰。在對(duì)李衍達(dá)先生的采訪過(guò)程中，我們感受到了老一輩科學(xué)家迎難而上的開(kāi)拓精神、求真務(wù)實(shí)的實(shí)干精神、嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)的科研精神以及勇?lián)姑膼?ài)國(guó)精神，對(duì)當(dāng)代科研學(xué)者的成長(zhǎng)具有激勵(lì)鞭策的深遠(yuǎn)意義。我們希望通過(guò)此次采訪，探尋李衍達(dá)先生心路歷程的點(diǎn)滴，讓廣大科技工作者能夠了解老一輩科學(xué)家的科研歷史，傳承和發(fā)揚(yáng)老一輩科學(xué)家追求真理、開(kāi)拓創(chuàng)新、無(wú)私奉獻(xiàn)的高尚品質(zhì)，推動(dòng)我國(guó)自動(dòng)化事業(yè)的發(fā)展與繁榮。在此，衷心祝愿李衍達(dá)院士健康長(zhǎng)壽、萬(wàn)事如意。