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◎?qū)嵙?xí)記者 都 芃

5月12日，我們將迎來第15個(gè)全國防災(zāi)減災(zāi)日。

近年來，隨著我國科技研發(fā)水平不斷提升，越來越多的科技成果被應(yīng)用于防災(zāi)減災(zāi)領(lǐng)域，一大批科技含量極高的防災(zāi)減災(zāi)設(shè)備投入實(shí)戰(zhàn)。

(相關(guān)資料圖)

地震預(yù)測、火災(zāi)救援、臺(tái)風(fēng)預(yù)報(bào)……在災(zāi)害來臨的緊要關(guān)頭，一批“黑科技”沖在最前線，發(fā)揮著無可替代的重要作用，最大限度地避免、減輕了災(zāi)害對(duì)經(jīng)濟(jì)社會(huì)造成的損失，有力保障了人民生命財(cái)產(chǎn)安全。

衛(wèi)星監(jiān)測地震

降低震災(zāi)損失

地震是我國造成人員傷亡最多的自然災(zāi)害，同時(shí)我國也是世界地震災(zāi)害最嚴(yán)重的國家之一。全球死亡人數(shù)超過20萬人的地震有7次，其中4次發(fā)生在我國。

從過去的“震時(shí)救災(zāi)”到當(dāng)前的“綜合減災(zāi)”，地震監(jiān)測預(yù)報(bào)、地震災(zāi)害防御、地震應(yīng)急救援構(gòu)筑了我國綜合減災(zāi)三大體系，正在盡可能將震災(zāi)損失降到最低。

地震預(yù)測一直是世界性難題，其中一大困難在于現(xiàn)有技術(shù)手段很難探知從震源到地表的全過程。雖然人類目前仍然無法深入地球的“內(nèi)心”，但當(dāng)我們從太空望向地球時(shí)，觀察、研究其磁場的變化情況或許將為地震預(yù)測提供新的視角與思路。

在近期舉辦的第35屆全國空間探測學(xué)術(shù)研討會(huì)上，中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心研究員、國際宇航科學(xué)院院士、“張衡一號(hào)”衛(wèi)星計(jì)劃首席科學(xué)家兼工程副總設(shè)計(jì)師申旭輝，介紹了2018年發(fā)射的我國地震立體觀測體系天基觀測平臺(tái)首顆衛(wèi)星“張衡一號(hào)”在軌運(yùn)行5年取得的進(jìn)展。

5年時(shí)間里，電磁監(jiān)測試驗(yàn)衛(wèi)星“張衡一號(hào)”已經(jīng)觀測到全球約60次7級(jí)以上地震、近600次6級(jí)以上地震、數(shù)萬次5級(jí)地震。

“我們發(fā)現(xiàn)，高達(dá)80%的6級(jí)以上地震在發(fā)生前半個(gè)月有明顯前兆信號(hào)，較多出現(xiàn)在震前一周左右。通常衛(wèi)星探測到的前兆信號(hào)不會(huì)出現(xiàn)在震中的正上方，往往偏離震中幾百公里?！鄙晷褫x介紹道。

衛(wèi)星監(jiān)測突破了傳統(tǒng)地震科學(xué)研究的限制，電磁波可以從地下到太空跨圈層傳播。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，空間電磁擾動(dòng)與地震發(fā)生具有明顯相關(guān)性?？茖W(xué)家通過衛(wèi)星可以將電磁觀測范圍拓寬至全球尺度。從震例觀測、收集的角度來講，“天上一年等于地面二三十年”。衛(wèi)星監(jiān)測可以讓科學(xué)家開展大樣本統(tǒng)計(jì)研究，為檢驗(yàn)各種方法和模型提供了基礎(chǔ)。

“張衡一號(hào)”能夠發(fā)揮空間對(duì)地觀測的大動(dòng)態(tài)、寬視角、全天候優(yōu)勢，通過獲取全球電磁場、電離層等離子體、高能粒子觀測數(shù)據(jù)，對(duì)中國及周邊區(qū)域開展電離層動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測和地震前兆跟蹤，彌補(bǔ)地面觀測的不足，開辟了探索地震監(jiān)測預(yù)測新途徑。

不過，申旭輝也坦言，目前大量前兆信號(hào)都是在地震發(fā)生后通過數(shù)據(jù)回溯找出來的，只有少量數(shù)據(jù)是提前發(fā)現(xiàn)的，這是因?yàn)閿?shù)據(jù)處理非常復(fù)雜，在有限的人力和計(jì)算能力條件下無法對(duì)全球數(shù)據(jù)做到實(shí)時(shí)跟蹤。

申旭輝表示，現(xiàn)有空間衛(wèi)星技術(shù)手段還無法實(shí)現(xiàn)時(shí)間、地點(diǎn)、強(qiáng)度三要素具備的精確地震預(yù)報(bào)，要想真正實(shí)現(xiàn)地震預(yù)報(bào)不能單靠一顆衛(wèi)星，還要依賴地震學(xué)、電磁學(xué)、大地測量學(xué)、地球化學(xué)等多學(xué)科、多手段相結(jié)合。

探測儀“能摸會(huì)聞”

搜救廢墟被困人員

在2022年4月發(fā)生的長沙居民自建房倒塌事故中，一款由應(yīng)急管理部上海消防研究所和中南大學(xué)聯(lián)合研發(fā)的基于多輸入多輸出(MIMO)雷達(dá)的人體目標(biāo)辨識(shí)與定位裝備和多模融合生命探測儀大顯身手。

救援人員利用MIMO雷達(dá)人體目標(biāo)辨識(shí)與定位裝備，成功探測到3名被困人員的具體位置，為后續(xù)精準(zhǔn)救援提供技術(shù)支撐。同時(shí)，救援人員借助多模融合生命探測儀，通過視頻系統(tǒng)深入到廢墟縫隙中，確定了2名幸存者的被困位置及周圍環(huán)境，幫助救援人員科學(xué)決策、精準(zhǔn)施救。

應(yīng)急管理部上海消防研究所高級(jí)工程師李震告訴科技日?qǐng)?bào)記者，這兩款新型生命探測裝備是“十三五”國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目“復(fù)雜災(zāi)害條件下生命搜救裝備研究與應(yīng)用示范”的最新成果。

基于MIMO雷達(dá)的人體目標(biāo)辨識(shí)與定位裝備具有探測距離遠(yuǎn)、定位精度高、識(shí)別數(shù)量多的功能特點(diǎn)，可以準(zhǔn)確搜索定位廢墟下被困人員位置，實(shí)現(xiàn)多個(gè)目標(biāo)的三維定位，降低誤報(bào)率，提高探測結(jié)果的置信概率，使災(zāi)害救援現(xiàn)場搜救效能得到顯著提升。多模融合生命探測儀則能夠綜合利用多種傳感器對(duì)廢墟內(nèi)被困人員進(jìn)行探測，并將雷達(dá)回波、圖像和聲音等信息無線傳輸?shù)绞殖纸K端進(jìn)行綜合判斷分析，其可有效克服單一傳感器探測的技術(shù)缺陷，提高生命搜救效率。

不只“耳聰目明”，有的新型生命探測設(shè)備還“能摸會(huì)聞”。

中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所研究員陶虎團(tuán)隊(duì)受星鼻鼴鼠“觸嗅融合”感知啟發(fā)，將嗅覺、觸覺傳感器與機(jī)器學(xué)習(xí)算法融合，研發(fā)出了“觸嗅一體仿生智能機(jī)械手”(以下簡稱智能機(jī)械手)。該裝置可以在人體被瓦礫石堆覆蓋的場景下，協(xié)助開展應(yīng)急救援。在模擬救援中，智能機(jī)械手對(duì)包括人體在內(nèi)的11種典型物體進(jìn)行了識(shí)別，準(zhǔn)確率達(dá)96.9%。

智能機(jī)械手內(nèi)部的觸覺傳感器通過接觸撫摸感知壓力的變化，采集物體的硬度、輪廓和局部的樣貌信息。智能機(jī)械手的嗅覺傳感器中裝有特定的氣敏材料，它們?cè)诮佑|特定氣體后會(huì)產(chǎn)生電阻變化。特定的氣體組合又代表特定的物質(zhì)，例如硫化氫、氨氣等就是人體的特有氣味。救援人員只需讓智能機(jī)械手進(jìn)行觸摸，結(jié)合傳感器采集信息，智能機(jī)械手就能夠快速判斷出被救人員的位置。

該研究第一作者、中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所博士生劉孟瑋表示，模擬環(huán)境的測試已證明智能機(jī)械手具備實(shí)戰(zhàn)能力。一旦出現(xiàn)緊急災(zāi)害，智能機(jī)械手即可投入救援。目前智能機(jī)械手已經(jīng)具備基礎(chǔ)的仿生和傳感器功能，相關(guān)研究團(tuán)隊(duì)還將深化研究，通過進(jìn)一步提升傳感器性能和精進(jìn)算法，智能機(jī)械手未來還能夠敏銳地捕捉人體的脈搏，進(jìn)而判斷其生命體征。

給臺(tái)風(fēng)“做CT”

提升氣象預(yù)報(bào)能力

臺(tái)風(fēng)是發(fā)生在西北太平洋和南海海域的強(qiáng)熱帶氣旋，臺(tái)風(fēng)活動(dòng)有顯著的季節(jié)性特征，大多數(shù)臺(tái)風(fēng)發(fā)生在夏秋季節(jié)。

臺(tái)風(fēng)帶來的主要災(zāi)害有暴雨、大風(fēng)和風(fēng)暴潮等。作為一個(gè)多臺(tái)風(fēng)影響的國家，幾乎年年夏天，我國沿海省份的群眾都會(huì)緊張地關(guān)注著臺(tái)風(fēng)動(dòng)向，相關(guān)部門也嚴(yán)陣以待。

在廣東省茂名市電白區(qū)蓮頭半島東南方6.5公里外的海上，矗立著一座鐵塔，這是我國首個(gè)海洋氣象綜合觀測平臺(tái)——博賀海洋氣象野外科學(xué)試驗(yàn)基地(以下簡稱基地)海上綜合觀測平臺(tái)。

這里是我國觀測臺(tái)風(fēng)的最佳地點(diǎn)之一。近年來，該試驗(yàn)基地已經(jīng)發(fā)展成為我國海洋災(zāi)害性天氣研究最重要的野外觀測試驗(yàn)基地，為認(rèn)識(shí)和理解臺(tái)風(fēng)、海霧和冬春季海上大風(fēng)等天氣過程的邊界層過程和致災(zāi)機(jī)理，積累了一批寶貴的實(shí)測數(shù)據(jù)，在臺(tái)風(fēng)預(yù)測、海洋災(zāi)害防治中發(fā)揮著重要作用。

中國氣象局廣州熱帶海洋氣象研究所海洋氣象觀測研究組首席黃健介紹，臺(tái)風(fēng)本質(zhì)上是在海上生成的超大渦旋，當(dāng)臺(tái)風(fēng)快要登陸時(shí)，利用觀測平臺(tái)上先進(jìn)的海洋氣象觀測設(shè)備，可以給臺(tái)風(fēng)“做一個(gè)綜合CT掃描”，從而得到關(guān)于臺(tái)風(fēng)的一些數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)可以用來優(yōu)化現(xiàn)有臺(tái)風(fēng)預(yù)報(bào)模型的物理過程參數(shù)化方案，進(jìn)一步提升數(shù)值模式對(duì)臺(tái)風(fēng)路徑和強(qiáng)度的預(yù)報(bào)能力，為防治臺(tái)風(fēng)帶來的次生災(zāi)害提供參考。

目前，依托該平臺(tái)，相關(guān)研究團(tuán)隊(duì)已經(jīng)進(jìn)行登陸臺(tái)風(fēng)觀測試驗(yàn)研究29項(xiàng)，包括威馬遜、天鴿、暹芭等。不僅如此，基地還首次對(duì)華南沿海海霧開展綜合觀測試驗(yàn)，迄今共觀測到30多個(gè)典型華南海霧。

無人機(jī)“天降神兵”

迅速控制森林火情

5月5日，四川攀枝花東區(qū)弄弄坪街道高峰社區(qū)后山發(fā)生森林火災(zāi)。經(jīng)過救援人員兩天兩夜的撲救，明火已于5月7日凌晨被撲滅。

每年我國都會(huì)發(fā)生多起森林火災(zāi)，給群眾生命財(cái)產(chǎn)造成極大威脅。僅今年4月，全國已發(fā)生森林火災(zāi)56起，而森林火災(zāi)的消防救援一直是世界性難題。

“森林火災(zāi)往往發(fā)生在干旱、氣溫較高的季節(jié)，且具有火勢大、擴(kuò)散快、點(diǎn)多面廣的特點(diǎn)。而且不少森林火災(zāi)發(fā)生在山區(qū)，地形崎嶇，交通不便，極大增加了滅火的危險(xiǎn)性?！敝袊涂瞻踩芯恐行闹魅巍⒅袊鵁o人機(jī)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟副理事長孫永生此前在接受科技日?qǐng)?bào)記者采訪時(shí)說。

無人機(jī)可以幫助解決森林消防中“盲區(qū)多、危險(xiǎn)性強(qiáng)”等問題。

此前在北京延慶區(qū)的一場森林防火實(shí)戰(zhàn)演練中，無人機(jī)應(yīng)急救援團(tuán)隊(duì)率先用無人機(jī)飛達(dá)消防員無法到達(dá)之地，化作“天降神兵”，展開全面無死角偵察。其搭載的多種攝像頭實(shí)時(shí)對(duì)災(zāi)害現(xiàn)場進(jìn)行畫面直播，觀察災(zāi)害現(xiàn)場情況。無人機(jī)一旦發(fā)現(xiàn)燃點(diǎn)，迅速報(bào)出準(zhǔn)確坐標(biāo)，并繪出火場3D態(tài)勢圖，輔助決策者進(jìn)行指揮調(diào)度，快速執(zhí)行精準(zhǔn)救援計(jì)劃。

森林消防對(duì)無人機(jī)的基本要求是發(fā)現(xiàn)早、反應(yīng)快、決策準(zhǔn)、效果實(shí)。森林火災(zāi)的起因往往是復(fù)雜的，不同的火情需要針對(duì)性的滅火方案和滅火設(shè)備。無人機(jī)可以裝載多種類型的滅火劑，并根據(jù)現(xiàn)場情況進(jìn)行使用。

航天科工仿真技術(shù)有限責(zé)任公司無人機(jī)滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)師楊興光表示，對(duì)于森林消防來說，單一的無人機(jī)由于載重、處理能力等限制，難以直接有效撲滅火災(zāi)。為了消除隱患，將火災(zāi)盡量遏制在初生階段，通過采用無人機(jī)蜂群戰(zhàn)術(shù)，將智能算法注入無人機(jī)群，形成層次化布局、協(xié)同作戰(zhàn)，能夠大大提升森林火災(zāi)的滅火效能。

來源：科技日?qǐng)?bào)

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責(zé)任編輯：馮崢

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