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[2010上海世博会]

车载系留气球监测系统:"气球保安"在世博园上空站岗

世界名人网综合报道          于 June 03, 2010 at 05:42:53:

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世界名人网讯 世博网6月3日消息:上海世博园区的面积超过5平方公里,谁能把园区内众多的建筑、流动的人群、穿行的车辆一览无遗?甚至随时能报出不同区域的温度数值?世博会的“气球保安”能做到!它升在空中,用6只锐利的“眼睛”将园区景象尽收眼底,又是传递信息的快手,能将所见在瞬间传回地面。这个为上海世博会度身定制的“车载系留气球监测系统”,由中国科学院光电研究院组织、国内多家科研单位联手,一起凭借深厚的技术积累,历时一年开发完成。

六只“眼睛”三种类型

“气球保安”身形巨大,身体是个1600立方米的氦气球,能轻而易举升到世博园区上空数百米“站岗”。6只敏锐的“眼睛”分成三种类型,各具“特异功能”——4台高清摄像机、1台红外相机、1台高光谱相机,安装在紧贴大气球肚子部位的4个圆球形“眼窝”里。

研制大气球球体的是中电集团第38所,建造“眼窝”的是中科院长春光机所。这些“眼窝”不仅为“眼睛”挡尘遮雨,更能操纵它们转向任何方位,既可广视角大范围扫视,也可对特定目标详细查看,图像高度清晰。

万一有一束火苗从世博园某个不起眼的角落窜起,几秒钟内,“气球保安”那只对温度异常敏感的“红外眼”就会有反应;它会将温度异常点的图像立刻传回地面,并发出警报。地面监控人员随即调动气球上的另一种“眼睛“——高清摄像机,先用大广角镜头在大视场中找出并锁定事发地点,紧接着一路推近焦距,直到把地面上几厘米大小的物体也看个一清二楚。与此同时,图像、温度、位置等信息传到消防部门,引导消防员前去消除火患。

这只由中科院上海技术物理研究所研制的“红外眼”,除了发现火险,还能精细监测园区内的地面温度——世博园内的气温报告能细化到各场馆,它功不可没。特别是,它能在夜间和雨雾中感知红外线,“气球保安”在暗夜和恶劣天气下执勤就靠它。“红外眼”还是世博园区内诸多节能建筑的一个铁面无私的“评委”——耗能大的建筑容易“发烧”,这个拿数据说话的“评委”最是公正可信。上海技物所研制的另一种“眼睛”——高光谱相机也是“评委”,评价的内容更多:通过白天获取的光谱,它可对近地大气、黄浦江水体、植被生长状况、建筑物表面材质等作遥感监测,相关数据将作为评价和研究的重要依据。

克服扰动“视线”稳定

这么个大气球,飘浮在空中,随风而动,怎么拍下稳定清晰的图像并传回地面呢?中科院光电研究院的科研人员解决了这个难题。

大气球像个风筝,由一根长长的电缆牵着,与载有数据处理中心的地面控制车相连。电缆16毫米的直径与几百米的长度相比,实在纤细,只要微微有风,气球就会飘动;而且,上海夏季风向不定。为了保证6只“眼睛”能“定睛”观测,科研人员在它们安身的“眼窝”内外,都装上了光纤陀螺,它与GPS(全球定位系统)就像人耳中帮助人体保持平衡的前庭,能随时感知气球的摆动,通过控制系统和电机,快速调节“眼睛”的姿态和方位,使“视线”保持稳定。当然,如果遇上8级以上大风或雷雨、冰雹,“气球保安”还是得及时离岗暂避。

散热有方不会“中暑”

上海三伏天的酷暑,也是考验“气球保安”的一道难题。气象资料显示,近三年上海夏季最高气温达39.6℃。而大气球身处空中,太阳直射,“烤”验更甚——前几天上海的地面温度刚接近30℃,“眼窝”外表的温度便已高达50℃。另外,系留气球需要尽量“定身”在空中,这样就不利于它借助流动空气散热。众所周知,精密的光电设备特别容易“中暑”。为了确保6只“眼睛”正常工作,中科院光电院的专家利用计算机模拟,为“眼窝”特别设计了散热窗和散热通道,并合理安排内部结构,终于使“气球保安”不再惧怕酷暑。

6只“眼睛”每秒产生的数据量超过6Gb,它们怎样迅即传回地面?仪器在高空工作的电能从哪里来?怎样使供电保持稳定?遇到打雷时怎样避雷?也许你根本想不到,这些问题全靠那根直径只有16毫米的电缆解决。这根由中国电子科技集团第二十三研究所研制的电缆,在纤细的身体中,一举植入了能高质量传输6路独立波段信号的大数据容量光纤、电源线、避雷索。

据项目负责人、中科院光电研究院周维虎博士介绍,世博园区的这个“气球保安”一次升空可连续工作7个昼夜。而且,这套系统在世博会后将继续发挥作用,到时候可搭载其他仪器,胜任各种不同岗位,为大气和环境监测、反恐防爆、灾害和突发事件应急、港口监视、海洋灾害监测和缉私执法等等提供技术支持。



2010上海世博会
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