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無人機在南極科學考察中大顯身手

無人機在南極科學考察中大顯身手

新華社記者張建松

上海(CNFIN.COM / XINHUA08.COM)--在神秘遙遠、亘古廣袤的「白色大陸」南極,無人機在科學考察中大顯身手。

正在開展的第33次南極科學考察中,有北京師範大學專門派遣的一個無人機組。截至今年二月,他們在南極共完成無人機航拍作業47架次,獲取南極中山站周邊地區航拍影像14000餘張,累計覆蓋面積超過500平方公里。除進行南極環境遙感監測外,還協助考察隊「空中探路」進行海冰運輸等保障工作。

無人機野外作業(北京師範大學全球變化與地球系統科學研究院院長程曉教授 提供)

據北京師範大學全球變化與地球系統科學研究院院長程曉教授介紹,無人機在南極科考中的成功應用,始於2014年第31次南極科學考察期間。當時,北師大極地遙感團隊使用的是「極鷹I型」固定翼無人機,對南極中山站所在的拉斯曼丘陵及毗鄰的達爾克冰川,進行了第一期航拍觀測。

時隔兩年後,北師大無人機組再次攜帶了最新的「極鷹II型」和「極鷹III型」固定翼無人機,對拉斯曼丘陵地區及達爾克冰川展開了第二期無人機遙感複測,為研究極區環境變化採集高解析度的數據。

在拉斯曼丘陵,共進行了10個架次無人機作業,累計獲取照片3900餘張,設計解析度250px,覆蓋面積100平方公里,覆蓋範圍和數據解析度均超過兩年前。在中山站東側的達爾克冰川,共實施3期共9架次無人機作業,獲取照片2700餘張,單期覆蓋面積40平方公里。

同時,北師大無人機組還對中山站外圍夏季固定冰的變化情況,進行了「空中監測」。共完成2期共6架次無人機作業,獲取照片2000餘張,設計解析度500px,單期覆蓋面積50平方公里。

達爾克冰川崩解,中山站外冰山圍城(北京師範大學全球變化與地球系統科學研究院院長程曉教授 提供)

2016年冬季,衛星遙感監測發現,達爾克冰川前緣發生了新一輪大規模的崩解事件,由此產生的大大小小冰山,聚集在中山站外圍,對中山站進行了「冰山圍城」。冰山分佈之廣,為歷年罕見,一旦傾覆,就會危急站區設施和人員安全。

為此,北師大無人機組專門設計了無人機航拍方案,對中山站外圍的冰山群,展開了密集的空中觀測。共完成4期9個架次的無人機航拍作業,獲取照片近2000張,設計解析度500px,單期覆蓋範圍30平方公里。

2017年1月,衛星遙感監測還發現,中山站周邊漂來一座長約8km,寬約4km的大型冰山。冰山受到洋流和風力的影響,在站區以北飄蕩,隨時可能擱淺。如此巨大的冰山一旦擱淺,將會對站區周邊的海冰產生長遠影響,今後對「雪龍」號的航行都會產生威脅。

由於冰山最遠端距離站區近18km,已經接近無人機飛行距離的極限。無人機組隊員通過分析衛星影像,制訂了周密的飛行計劃。克服了測區距離遠、有效測線不足、短時失聯頻發等困難,完成了3個架次的無人機作業,獲取照片1000餘張,覆蓋範圍50平方公里。

在每年的南極科學考察中,將科學考察和補給的大量輜重物資,通過海冰運送到中山站,都是一項艱難任務。在打響這場「攻堅戰」之前,考察隊都需要進行「海冰探路」,看看中山站外圍的陸緣冰是否結實牢固。往年這項艱巨危險的工作,都是由考察隊員駕駛雪地機車完成,今年增添了無人機「好幫手」。

根據遙感衛星數據分析,2016年12月初,「雪龍」號抵達中山站外圍時,固定冰距離站區最近距離超過30km,為歷年之最。冰面上由冰脊、破碎帶、融池所組成的「亂冰區」,寬度超過10km。雪地車難以通過,十分不利於冰面卸貨作業。

北師大無人機組將最新的「極鷹III」型固定翼無人機應用於探冰工作,對「亂冰區」展開了無人機航拍作業。2名隊員科學規劃無人機飛行任務,克服了南極地區低溫、大風、低太陽高度角等種種困難,在直升機作業的間歇期,完成了3個架次無人機航拍作業,獲取了雪龍船至平整冰區12km長的高解析度無人機正射影像。

最終,考察隊綜合無人機、衛星數據和雪地機車實地踏勘等資料,決定取消第一階段的海冰卸貨作業。這是南極考察首次使用無人機進行海冰探路工作,獲得了考察隊領導的高度評價。

南極中山站附近的鷹嘴岩,是拉斯曼丘陵通往冰蓋路上的一座山體,是科考隊員前往南極崑崙站、泰山站的必經之路。2017年1月26日大年夜前夕,該地區冰面突然發生塌陷,通往冰蓋的路斷了。不僅如此,鷹嘴岩的塌陷,還意味著冰蓋經過一個夏天的消融,已經相當不穩定了,通往機場的路,風險加大,大大增加了冰蓋考察隊員的安全隱患。

北師大無人機再次緊急出動,對鷹嘴岩到內陸出發基地的冰蓋路線8km長、500m寬的範圍內,展開了無人機遙感監測。通過無人機影像,確定了此次塌陷範圍為120m*180m,深度超過10m。通過影像還發現俄羅斯站的考察人員,已經在鷹嘴岩周邊開闢了一條新的路線。

南極考察站是各國開展南極科學考察的基地,是一個國家綜合國力的象徵,也是國家在極地的形象代言。隨著極地科考事業的不斷發展,中山站、長城站均已頗具規模,各項設施完備、條件優良,有很高的國際聲譽。

為加強對南極中山站附近的環境監測,受中山站站長委託,北師大無人機組還對整個站區展開了航拍,獲取了站區125px解析度的高解析度無人機遙感影像,為環境整治提供規劃依據和靶向目標。

無人機組科考隊員在南極(北京師範大學全球變化與地球系統科學研究院院長程曉教授 提供)

第33次南極科學考察隊領隊孫波表示:「南極不僅是科學考察的聖殿,也是各種先進考察設備競相展示的大舞台,無人機在南極科學考察中大有用武之地。」

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