車載系留氣球監(jiān)測系統(tǒng)在世博園上空站崗

　　上海世博園區(qū)的面積超過5平方公里，誰能把園區(qū)內(nèi)眾多的建筑、流動(dòng)的人群、穿行的車輛一覽無遺?甚至隨時(shí)能報(bào)出不同區(qū)域的溫度數(shù)值?世博會(huì)的“氣球保安”能做到!它升在空中，用6只銳利的“眼睛”將園區(qū)景象盡收眼底，又是傳遞信息的快手，能將所見在瞬間傳回地面。這個(gè)為上海世博會(huì)度身定制的“車載系留氣球監(jiān)測系統(tǒng)”，由中國科學(xué)院光電研究院組織、國內(nèi)多家科研單位聯(lián)手，一起憑借深厚的技術(shù)積累，歷時(shí)一年開發(fā)完成。

　　六只“眼睛”三種類型

　　“氣球保安”身形巨大，身體是個(gè)1600立方米的氦氣球，能輕而易舉升到世博園區(qū)上空數(shù)百米“站崗”。6只敏銳的“眼睛”分成三種類型，各具“特異功能”——4臺(tái)高清攝像機(jī)、1臺(tái)紅外相機(jī)、1臺(tái)高光譜相機(jī)，安裝在緊貼大氣球肚子部位的4個(gè)圓球形“眼窩”里。

　　研制大氣球球體的是中電集團(tuán)第38所，建造“眼窩”的是中科院長春光機(jī)所。這些“眼窩”不僅為“眼睛”擋塵遮雨，更能操縱它們轉(zhuǎn)向任何方位，既可廣視角大范圍掃視，也可對特定目標(biāo)詳細(xì)查看，圖像高度清晰。

　　{page_break}萬一有一束火苗從世博園某個(gè)不起眼的角落竄起，幾秒鐘內(nèi)，“氣球保安”那只對溫度異常敏感的“紅外眼”就會(huì)有反應(yīng);它會(huì)將溫度異常點(diǎn)的圖像立刻傳回地面，并發(fā)出警報(bào)。地面監(jiān)控人員隨即調(diào)動(dòng)氣球上的另一種“眼睛“——高清攝像機(jī)，先用大廣角鏡頭在大視場中找出并鎖定事發(fā)地點(diǎn)，緊接著一路推近焦距，直到把地面上幾厘米大小的物體也看個(gè)一清二楚。與此同時(shí)，圖像、溫度、位置等信息傳到消防部門，引導(dǎo)消防員前去消除火患。

　　這只由中科院上海技術(shù)物理研究所研制的“紅外眼”，除了發(fā)現(xiàn)火險(xiǎn)，還能精細(xì)監(jiān)測園區(qū)內(nèi)的地面溫度——世博園內(nèi)的氣溫報(bào)告能細(xì)化到各場館，它功不可沒。特別是，它能在夜間和雨霧中感知紅外線，“氣球保安”在暗夜和惡劣天氣下執(zhí)勤就靠它。“紅外眼”還是世博園區(qū)內(nèi)諸多節(jié)能建筑的一個(gè)鐵面無私的“評委”——耗能大的建筑容易“發(fā)燒”，這個(gè)拿數(shù)據(jù)說話的“評委”最是公正可信。上海技物所研制的另一種“眼睛”——高光譜相機(jī)也是“評委”，評價(jià)的內(nèi)容更多：通過白天獲取的光譜，它可對近地大氣、黃浦江水體、植被生長狀況、建筑物表面材質(zhì)等作遙感監(jiān)測，相關(guān)數(shù)據(jù)將作為評價(jià)和研究的重要依據(jù)。

　　克服擾動(dòng)“視線”穩(wěn)定

　　這么個(gè)大氣球，飄浮在空中，隨風(fēng)而動(dòng)，怎么拍下穩(wěn)定清晰的圖像并傳回地面呢?中科院光電研究院的科研人員解決了這個(gè)難題。

　　大氣球像個(gè)風(fēng)箏，由一根長長的電纜牽著，與載有數(shù)據(jù)處理中心的地面控制車相連。電纜16毫米的直徑與幾百米的長度相比，實(shí)在纖細(xì)，只要微微有風(fēng)，氣球就會(huì)飄動(dòng);而且，上海夏季風(fēng)向不定。為了保證6只“眼睛”能“定睛”觀測，科研人員在它們安身的“眼窩”內(nèi)外，都裝上了光纖陀螺，它與GPS(全球定位系統(tǒng))就像人耳中幫助人體保持平衡的前庭，能隨時(shí)感知?dú)馇虻臄[動(dòng)，通過控制系統(tǒng)和電機(jī)，快速調(diào)節(jié)“眼睛”的姿態(tài)和方位，使“視線”保持穩(wěn)定。當(dāng)然，如果遇上8級以上大風(fēng)或雷雨、冰雹，“氣球保安”還是得及時(shí)離崗暫避。

　　散熱有方不會(huì)“中暑”

　　{page_break}上海三伏天的酷暑，也是考驗(yàn)“氣球保安”的一道難題。氣象資料顯示，近三年上海夏季最高氣溫達(dá)39.6℃。而大氣球身處空中，太陽直射，“烤”驗(yàn)更甚——前幾天上海的地面溫度剛接近30℃，“眼窩”外表的溫度便已高達(dá)50℃。另外，系留氣球需要盡量“定身”在空中，這樣就不利于它借助流動(dòng)空氣散熱。眾所周知，精密的光電設(shè)備特別容易“中暑”。為了確保6只“眼睛”正常工作，中科院光電院的專家利用計(jì)算機(jī)模擬，為“眼窩”特別設(shè)計(jì)了散熱窗和散熱通道，并合理安排內(nèi)部結(jié)構(gòu)，終于使“氣球保安”不再懼怕酷暑。

　　6只“眼睛”每秒產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量超過6Gb，它們怎樣迅即傳回地面?儀器在高空工作的電能從哪里來?怎樣使供電保持穩(wěn)定?遇到打雷時(shí)怎樣避雷?也許你根本想不到，這些問題全靠那根直徑只有16毫米的電纜解決。這根由中國電子科技集團(tuán)第二十三研究所研制的電纜，在纖細(xì)的身體中，一舉植入了能高質(zhì)量傳輸6路獨(dú)立波段信號的大數(shù)據(jù)容量光纖、電源線、避雷索。

　　據(jù)項(xiàng)目負(fù)責(zé)人、中科院光電研究院周維虎博士介紹，世博園區(qū)的這個(gè)“氣球保安”一次升空可連續(xù)工作7個(gè)晝夜。而且，這套系統(tǒng)在世博會(huì)后將繼續(xù)發(fā)揮作用，到時(shí)候可搭載其他儀器，勝任各種不同崗位，為大氣和環(huán)境監(jiān)測、反恐防爆、災(zāi)害和突發(fā)事件應(yīng)急、港口監(jiān)視、海洋災(zāi)害監(jiān)測和緝私執(zhí)法等等提供技術(shù)支持。