5月12日，我們將迎來(lái)第15個(gè)全國(guó)防災(zāi)減災(zāi)日。

　　近年來(lái)，隨著我國(guó)科技研發(fā)水平不斷提升，越來(lái)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)。

　　地震預(yù)測(cè)、火災(zāi)救援、臺(tái)風(fēng)預(yù)報(bào)……在災(zāi)害來(lái)臨的緊要關(guān)頭，一批“黑科技”沖在最前線，發(fā)揮著無(wú)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(cè)地震

　　降低震災(zāi)損失

　　地震是我國(guó)造成人員傷亡最多的自然災(zāi)害，同時(shí)我國(guó)也是世界地震災(zāi)害最嚴(yán)重的國(guó)家之一。全球死亡人數(shù)超過(guò)20萬(wàn)人的地震有7次，其中4次發(fā)生在我國(guó)。

　　從過(guò)去的“震時(shí)救災(zāi)”到當(dāng)前的“綜合減災(zāi)”，地震監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)、地震災(zāi)害防御、地震應(yīng)急救援構(gòu)筑了我國(guó)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(cè)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(guò)程。雖然人類目前仍然無(wú)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(chǎng)的變化情況或許將為地震預(yù)測(cè)提供新的視角與思路。

　　在近期舉辦的第35屆全國(guó)空間探測(cè)學(xué)術(shù)研討會(huì)上，中國(guó)科學(xué)院國(guó)家空間科學(xué)中心研究員、國(guó)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(guó)地震立體觀測(cè)體系天基觀測(cè)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(cè)試驗(yàn)衛(wèi)星“張衡一號(hào)”已經(jīng)觀測(cè)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(wàn)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(cè)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(cè)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(guò)衛(wèi)星可以將電磁觀測(cè)范圍拓寬至全球尺度。從震例觀測(cè)、收集的角度來(lái)講，“天上一年等于地面二三十年”。衛(wèi)星監(jiān)測(cè)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(cè)的大動(dòng)態(tài)、寬視角、全天候優(yōu)勢(shì)，通過(guò)獲取全球電磁場(chǎng)、電離層等離子體、高能粒子觀測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)中國(guó)及周邊區(qū)域開展電離層動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和地震前兆跟蹤，彌補(bǔ)地面觀測(cè)的不足，開辟了探索地震監(jiān)測(cè)預(yù)測(cè)新途徑。

　　不過(guò)，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(guò)數(shù)據(jù)回溯找出來(lái)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(wú)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(wú)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(cè)量學(xué)、地球化學(xué)等多學(xué)科、多手段相結(jié)合。

　　探測(cè)儀“能摸會(huì)聞”

　　搜救廢墟被困人員

　　在2022年4月發(fā)生的長(zhǎng)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(cè)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(cè)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(cè)儀，通過(guò)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(cè)裝備是“十三五”國(guó)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(cè)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(cè)結(jié)果的置信概率，使災(zāi)害救援現(xiàn)場(chǎng)搜救效能得到顯著提升。多模融合生命探測(cè)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(cè)，并將雷達(dá)回波、圖像和聲音等信息無(wú)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(cè)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(cè)設(shè)備還“能摸會(huì)聞”。

　　中國(guó)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(jué)、觸覺(jué)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(jiǎn)稱智能機(jī)械手）。該裝置可以在人體被瓦礫石堆覆蓋的場(chǎng)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(jué)傳感器通過(guò)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(jué)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(guó)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(cè)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(guò)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(lái)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(lái)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(guó)家，幾乎年年夏天，我國(guó)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(guó)首個(gè)海洋氣象綜合觀測(cè)平臺(tái)——博賀海洋氣象野外科學(xué)試驗(yàn)基地（以下簡(jiǎn)稱基地）海上綜合觀測(cè)平臺(tái)。

　　這里是我國(guó)觀測(cè)臺(tái)風(fēng)的最佳地點(diǎn)之一。近年來(lái)，該試驗(yàn)基地已經(jīng)發(fā)展成為我國(guó)海洋災(zāi)害性天氣研究最重要的野外觀測(cè)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(guò)程的邊界層過(guò)程和致災(zāi)機(jī)理，積累了一批寶貴的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，在臺(tái)風(fēng)預(yù)測(cè)、海洋災(zāi)害防治中發(fā)揮著重要作用。

　　中國(guó)氣象局廣州熱帶海洋氣象研究所海洋氣象觀測(cè)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(cè)平臺(tái)上先進(jìn)的海洋氣象觀測(cè)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(lái)優(yōu)化現(xiàn)有臺(tái)風(fēng)預(yù)報(bào)模型的物理過(guò)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(lái)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(cè)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(cè)試驗(yàn)，迄今共觀測(cè)到30多個(gè)典型華南海霧。

　　無(wú)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(guò)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(guó)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(guó)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(shì)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。”中國(guó)低空安全研究中心主任、中國(guó)無(wú)人機(jī)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟副理事長(zhǎng)孫永生此前在接受科技日?qǐng)?bào)記者采訪時(shí)說(shuō)。

　　無(wú)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(wèn)題。

　　此前在北京延慶區(qū)的一場(chǎng)森林防火實(shí)戰(zhàn)演練中，無(wú)人機(jī)應(yīng)急救援團(tuán)隊(duì)率先用無(wú)人機(jī)飛達(dá)消防員無(wú)法到達(dá)之地，化作“天降神兵”，展開全面無(wú)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(chǎng)進(jìn)行畫面直播，觀察災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)情況。無(wú)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(chǎng)3D態(tài)勢(shì)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(wú)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(wú)人機(jī)可以裝載多種類型的滅火劑，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行使用。

　　航天科工仿真技術(shù)有限責(zé)任公司無(wú)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(lái)說(shuō)，單一的無(wú)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(guò)采用無(wú)人機(jī)蜂群戰(zhàn)術(shù)，將智能算法注入無(wú)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。(實(shí)習(xí)記者 都 芃)