航天給防汛“搭把手”？“天眼”萬里馳援，無人“救星”臨空！

近期，受強(qiáng)降雨、臺(tái)風(fēng)等極端天氣影響，我國多地出現(xiàn)汛情。面對(duì)相當(dāng)嚴(yán)峻的防汛抗洪形勢(shì)，我國不斷壯大的航天力量可以做出哪些貢獻(xiàn)？背后又體現(xiàn)了哪些航天技術(shù)原理呢？

“天眼”萬里馳援

2018年，我國正式組建應(yīng)急管理部，下屬國家減災(zāi)中心專門負(fù)責(zé)為防災(zāi)減災(zāi)、搶險(xiǎn)救援行動(dòng)提供各種技術(shù)支持，包括日益受到重用的衛(wèi)星遙感。隨著衛(wèi)星遙感水平不斷提升，有關(guān)部門可以及時(shí)監(jiān)測(cè)采集重要數(shù)據(jù)，在災(zāi)害尚未大規(guī)模爆發(fā)、安全隱患浮現(xiàn)之際，發(fā)出預(yù)警，最大程度地保障人民群眾的生命、財(cái)產(chǎn)安全。

我國遙感衛(wèi)星及時(shí)提供災(zāi)區(qū)影像

比如，2020年夏季汛期，“高分三號(hào)”作為我國首顆分辨率達(dá)到1米的C頻段多極化合成孔徑雷達(dá)衛(wèi)星，全天候?qū)蛾柡^(qū)域洪澇災(zāi)害進(jìn)行監(jiān)測(cè)和分析。通過分析該衛(wèi)星拍攝的影像，地面人員能夠及時(shí)了解到鄱陽湖水體面積擴(kuò)張速度和狀態(tài)。在經(jīng)過影像研判、數(shù)據(jù)匯總后，地面人員充分掌握了受災(zāi)區(qū)域情況，從而更有針對(duì)性地統(tǒng)籌各方應(yīng)急救援力量，高效開展救災(zāi)、減災(zāi)工作。

此外，衛(wèi)星遙感技術(shù)還能幫助地面人員大范圍監(jiān)測(cè)影像和搜集地面信息，確定高風(fēng)險(xiǎn)圩堤位置，加快排險(xiǎn)進(jìn)度。萬一出現(xiàn)潰堤等險(xiǎn)情，遙感衛(wèi)星能夠?qū)⒌涛恢?、程度及影響范圍進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，幫助統(tǒng)計(jì)受災(zāi)情況，為應(yīng)急力量調(diào)配提供幫助。洪災(zāi)過后，地面人員仍要繼續(xù)利用衛(wèi)星遙感技術(shù)詳細(xì)監(jiān)測(cè)，進(jìn)一步核查基層受災(zāi)信息。在今年湖南多地類似災(zāi)害搶險(xiǎn)中，在四川雅康高速公路部分路段因山洪暴發(fā)而引發(fā)車輛墜落、人員失聯(lián)的事故中，遙感衛(wèi)星第一時(shí)間提供了高清圖像和關(guān)鍵數(shù)據(jù)，助力搜救工作。

隨著國產(chǎn)遙感衛(wèi)星的技術(shù)水平越來越高、部署組網(wǎng)越來越完善，相關(guān)力量已馳援海外，幫助周邊國家和地區(qū)監(jiān)測(cè)、預(yù)警重大自然災(zāi)害。而衛(wèi)星遙感技術(shù)發(fā)揮奇效，與北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的鼎力支持是分不開的。

據(jù)公開資料顯示，我國傳統(tǒng)的水情測(cè)報(bào)手段方式較為單一，主要采用接觸式水情測(cè)報(bào)方式來監(jiān)測(cè)水位、流量，對(duì)于強(qiáng)降雨形成的突發(fā)山洪以及水位、流量關(guān)系曲線資料有限的河道均缺乏及時(shí)測(cè)報(bào)能力。而且，測(cè)報(bào)站點(diǎn)分布不均勻，在網(wǎng)絡(luò)通信狀況較差的偏遠(yuǎn)地區(qū)難免發(fā)生信息延遲，有可能造成嚴(yán)重后果。

為了滿足國家安全、社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展等需求，我國自主研制了北斗全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。北斗系統(tǒng)不僅無縫覆蓋了我國全部國土面積及周邊海域，還能為全球用戶提供全天候、全天時(shí)、高精度的定位、導(dǎo)航和授時(shí)服務(wù)，其他增值服務(wù)同樣為全國防汛減災(zāi)工作做出了重大貢獻(xiàn)。

例如，北斗系統(tǒng)的高精度定位功能在庫壩安全監(jiān)測(cè)領(lǐng)域發(fā)揮了顯著作用。該系統(tǒng)先利用北斗基準(zhǔn)站、北斗監(jiān)測(cè)站滲流計(jì)、滲壓計(jì)等傳感器實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)，然后利用網(wǎng)絡(luò)將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸至水庫監(jiān)控中心匯總整理，實(shí)現(xiàn)對(duì)水庫斷面的滲壓、滲流、位移沉降等狀態(tài)的全天候監(jiān)測(cè)。

相應(yīng)地，高精度定位技術(shù)也能應(yīng)用于其他地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警。2020年，湖南省石門縣在雷家山地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)安裝了北斗衛(wèi)星高精度地災(zāi)監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)，通過11個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各種地質(zhì)、水文信息。該系統(tǒng)曾連續(xù)多次發(fā)出地質(zhì)災(zāi)害橙色預(yù)警，助力周邊村民迅速轉(zhuǎn)移，成功躲避大規(guī)模山體滑坡險(xiǎn)情。

通信“臨危受命”

在江河、湖泊、水庫、渠道、地下水等水體建設(shè)水文遙測(cè)站后，雨量計(jì)、水位計(jì)、流速計(jì)等傳感器可以自動(dòng)采集雨量、水位、流速等信息，將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)自動(dòng)上報(bào)監(jiān)測(cè)中心，前提是通信順暢。

水文數(shù)據(jù)傳輸常用的通信信道較多，但要求該區(qū)域覆蓋著穩(wěn)定的通信網(wǎng)絡(luò)。而北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)可以在地面通信網(wǎng)絡(luò)欠佳之處充當(dāng)水文遙測(cè)站的備用應(yīng)急通信信道。此外，北斗短報(bào)文通信服務(wù)在我國及周邊地區(qū)的單次通信能力最高達(dá)1000個(gè)漢字，全球達(dá)40個(gè)漢字，基本上滿足水文測(cè)報(bào)領(lǐng)域需求。

比如，2020年夏季汛期，安徽省安慶市石牌水文站的自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)主用信道一度出現(xiàn)異常，導(dǎo)致水位信息傳輸中斷，依靠北斗系統(tǒng)“接力”，保障水情信息及時(shí)上傳。

不過，如果臺(tái)風(fēng)引發(fā)嚴(yán)重洪澇、地質(zhì)災(zāi)害，一些地區(qū)的通信系統(tǒng)很可能不穩(wěn)定或中斷。此時(shí)，便攜式衛(wèi)星基站就會(huì)“臨危受命”，盡快協(xié)助救援人員搭建起“生命線”。

便攜式衛(wèi)星基站在防汛救災(zāi)中發(fā)揮了關(guān)鍵作用

當(dāng)前，我國通信工程師搶險(xiǎn)使用的便攜式衛(wèi)星基站整體質(zhì)量?jī)H有13.5公斤，折疊后可以放進(jìn)背包內(nèi)。經(jīng)過簡(jiǎn)單操作，通信工程師就能輕松地架起自動(dòng)對(duì)星的基站。這種衛(wèi)星基站一般自備大容量電池，具有WiFi功能，可以在3分鐘內(nèi)恢復(fù)連接移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，還能支持30多人同時(shí)通話，并提供持續(xù)2.5小時(shí)的緊急網(wǎng)絡(luò)保障，特別適用于斷路、斷網(wǎng)、斷電等極端條件下的應(yīng)急通信場(chǎng)合。

隨著天通衛(wèi)星應(yīng)用普及，直連手機(jī)通話功能同樣大放異彩，為溝通協(xié)調(diào)搶險(xiǎn)善后工作、穩(wěn)定災(zāi)區(qū)群眾情緒起到了重要作用。

無論是衛(wèi)星基站，還是衛(wèi)星電話，都需要硬件保障，這就是高通量衛(wèi)星“大顯身手”的機(jī)會(huì)。相比傳統(tǒng)衛(wèi)星，高通量衛(wèi)星的信號(hào)強(qiáng)度、通信速率更優(yōu)，不僅支持基本通話，還能夠有效保障現(xiàn)場(chǎng)人員視頻交流和互聯(lián)網(wǎng)接入。

無人“救星”臨空

衛(wèi)星支持搶險(xiǎn)救災(zāi)畢竟受到重訪周期、大氣干擾等影響，在范圍較小、時(shí)效性要求更高的搶險(xiǎn)救援任務(wù)中，無人機(jī)往往會(huì)發(fā)揮更大的作用。我國曾出動(dòng)搭載高通量衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)相控陣終端的無人直升機(jī)，在80平方公里的范圍實(shí)現(xiàn)了連續(xù)6小時(shí)5G信號(hào)覆蓋，同時(shí)為2400名用戶提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。

事實(shí)上，我國航天單位研制的無人機(jī)技術(shù)先進(jìn)、種類繁多，具備機(jī)動(dòng)靈活、反應(yīng)迅速、操作便捷、功能多樣等鮮明特征，廣泛用于各種復(fù)雜救援任務(wù)中。除了支持網(wǎng)絡(luò)通信外，無人機(jī)在災(zāi)情偵測(cè)領(lǐng)域也發(fā)揮了重要作用。

無人機(jī)執(zhí)行應(yīng)急測(cè)繪任務(wù)

過去，洪澇災(zāi)害發(fā)生后，救援人員更多依賴出動(dòng)時(shí)機(jī)、通過性均限制較多的有人駕駛飛機(jī)和快艇。如今，無人機(jī)可以搭載偵測(cè)系統(tǒng)，更高效、更頻繁地出動(dòng)，在搶險(xiǎn)救災(zāi)一線收獲寶貴信息。更重要的是，無人機(jī)使用成本相對(duì)較低，便攜易用，救援人員可以同時(shí)放飛多架或長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)“借力”放飛無人機(jī)，利用可見光、紅外等偵測(cè)載荷，拍攝災(zāi)區(qū)實(shí)時(shí)視頻資料，采集三維建模圖數(shù)據(jù)，提供精細(xì)化三維模型，迅速回傳至救災(zāi)指揮部，為制定科學(xué)合理的救災(zāi)方案提供有效的技術(shù)保障。

受洪水影響，部分被困群眾無法立即撤離。此時(shí)，無人機(jī)能夠充分發(fā)揮靈活機(jī)動(dòng)優(yōu)勢(shì)，及時(shí)投送生活物資和救援設(shè)備。比如，當(dāng)洪水沖斷橋梁、阻隔兩岸通信時(shí)，救援人員可以利用無人機(jī)將牽引繩投送到對(duì)岸，輔助架設(shè)橫渡系統(tǒng)，建立生命物資運(yùn)輸通道。經(jīng)過特殊改裝的應(yīng)急救援無人機(jī)利用全自動(dòng)定位系統(tǒng)，只需操作人員輸入投放點(diǎn)坐標(biāo)、環(huán)境地圖等，就能自動(dòng)執(zhí)行投放任務(wù)。

在山區(qū)洪澇泥石流災(zāi)害中，無人機(jī)可以發(fā)揮抗風(fēng)能力強(qiáng)、穩(wěn)定性出色、噪聲低等優(yōu)勢(shì)，為安置點(diǎn)提供應(yīng)急照明等服務(wù)，只需搭載大功率燈源，與地面連接電線，就能幾乎“無限續(xù)航”，成為“夜空中最亮的星”，幫助安置群眾。

此外，無人機(jī)在救援輔助、搜救輔助、應(yīng)急測(cè)繪等領(lǐng)域均實(shí)現(xiàn)了廣泛應(yīng)用，可以說全方位對(duì)防汛救災(zāi)提供了技術(shù)支持。

事實(shí)上，在我國洪澇災(zāi)害救援行動(dòng)中，多種類衛(wèi)星、移動(dòng)通信設(shè)施、無人機(jī)等航天技術(shù)產(chǎn)品已實(shí)現(xiàn)了協(xié)同配合，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。隨著航天產(chǎn)品性能不斷提高、應(yīng)用更加廣泛，相信我國救災(zāi)減災(zāi)行動(dòng)會(huì)更加高效便利，進(jìn)一步降低人民群眾的生命、財(cái)產(chǎn)損失。

（作者：林胤之 圖片來源：中國資源衛(wèi)星應(yīng)用中心、中國聯(lián)通知乎號(hào)、航天彩虹無人機(jī)股份有限公司 把關(guān)專家：中國空間技術(shù)研究院總體部研究員 賈陽）