淺談平流層飛艇對(duì)地觀測(cè)的應(yīng)用

摘要：介紹了遙感技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域及遙感平臺(tái)的分類(lèi)，引出了平流層飛艇的概念、特點(diǎn)和重要性。然后，對(duì)比闡述了國(guó)內(nèi)外平流層飛艇在遙感領(lǐng)域的發(fā)展現(xiàn)狀，并分析了其相對(duì)優(yōu)勢(shì)，列出了部分應(yīng)用案例。最后總結(jié)全文，展望了平流層飛艇技術(shù)發(fā)展的未來(lái)。

關(guān)鍵詞：遙感;平流層飛艇;對(duì)地觀測(cè)

一、引言

平流層飛艇是一種依靠空氣浮力駐空，以太陽(yáng)能為能源動(dòng)力，并保有推進(jìn)系統(tǒng)的浮空器，它具有可垂直起降、能懸停于任意地理位置上空、運(yùn)行高度超出空管范圍、不受對(duì)流層惡劣天氣影響、可全天侯、全天時(shí)連續(xù)工作的特點(diǎn)。基于上述特點(diǎn)，平流層飛艇非常適合長(zhǎng)期駐空對(duì)地觀測(cè)，獲取遙感數(shù)據(jù)，應(yīng)用廣泛，對(duì)推動(dòng)區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展、統(tǒng)籌城鄉(xiāng)發(fā)展，推進(jìn)社會(huì)主義新農(nóng)村建設(shè)、加強(qiáng)能源資源節(jié)約和生態(tài)環(huán)境保護(hù)、增強(qiáng)可持續(xù)發(fā)展能力、優(yōu)化國(guó)土開(kāi)發(fā)格局和保護(hù)國(guó)土安全有著極其重要的作用。

二、平流層飛艇發(fā)展歷史及現(xiàn)狀

由于平流層飛艇在對(duì)地觀測(cè)應(yīng)用上與生以來(lái)的優(yōu)勢(shì)，以美國(guó)為首的發(fā)達(dá)國(guó)家早在上世紀(jì)80年代初就開(kāi)展了平流層飛艇平臺(tái)民用的技術(shù)可行性論證及模擬試驗(yàn)。然而，由于受當(dāng)時(shí)技術(shù)水平的限制，平流層飛艇平臺(tái)的實(shí)質(zhì)性推廣應(yīng)用仍然不具備可靠條件。得力于科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展，進(jìn)入90年代后，平流層飛艇的關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)取得了實(shí)質(zhì)性突破，使平流層飛艇的軍民應(yīng)用成為可能。近年來(lái)，美、英、德、日等國(guó)都積極投入巨資進(jìn)行研發(fā)，搶奪先機(jī)。美國(guó)非常重視平流層飛艇技術(shù)發(fā)展及軍用，明確將平流層飛艇發(fā)展計(jì)劃納入其軍事行動(dòng)快速響應(yīng)空間規(guī)劃和聯(lián)合作戰(zhàn)空間規(guī)劃之中，同時(shí)投入巨資進(jìn)行平流層飛艇項(xiàng)目的研究，以滿足軍方目前對(duì)平流層飛艇的迫切需求，諸多項(xiàng)目中僅“美國(guó)高空飛艇”項(xiàng)目投資已超過(guò)2億美金。日本、俄羅斯1992年成立阿夫古力浮空器中心，正在實(shí)施“金雕”平流層飛艇計(jì)劃方案， 可部分代替靜止衛(wèi)星，用于通信、觀測(cè)和其他軍事目的。

日本自1998年開(kāi)始平流層飛艇研究，計(jì)劃使用15個(gè)平流層平臺(tái)覆蓋全部國(guó)土面積;韓國(guó)自2000年開(kāi)始實(shí)施分三步走的平流層飛艇發(fā)展計(jì)劃;以色列計(jì)劃于1998年開(kāi)始研究偵察飛艇;英國(guó)ATG 公司2002年開(kāi)始實(shí)施“天貓（SkyCat）”高空無(wú)人飛艇計(jì)劃，并正與馬來(lái)西亞合作研制平流層目標(biāo)艇。德國(guó)Sanswire TAO 公司與斯圖加特大學(xué)合作研制Airworm和Airchain鏈?zhǔn)蕉鄽饽移搅鲗语w艇。

就我國(guó)而言，目前已有少數(shù)有政府背景的測(cè)繪研究院所、高校科研院校重視平流層飛艇的科學(xué)研究和試驗(yàn)，如上海交通大學(xué)研制的“致遠(yuǎn)一號(hào)”平流層飛艇于2009年11月8 日試驗(yàn)飛行成功，具有重要意義。中國(guó)測(cè)繪科學(xué)研究院和武漢大學(xué)是國(guó)內(nèi)最早應(yīng)用遙感飛艇平臺(tái)開(kāi)展低空攝影測(cè)量地形圖測(cè)繪的。2008年，彭曉東等針對(duì)航空攝影測(cè)量的要求，改進(jìn)設(shè)計(jì)制造而成了FKC-1 無(wú)人飛艇平臺(tái)，并專門(mén)開(kāi)發(fā)了解決無(wú)人飛艇所獲取的高重疊度、大旋轉(zhuǎn)角的立體影像，大數(shù)據(jù)量等問(wèn)題的空中三角測(cè)量軟件，基本實(shí)現(xiàn)無(wú)人飛艇影像空中三角測(cè)量的自動(dòng)處理。2012年，華南理工大學(xué)任鵬等利用自制的小型遙控飛艇搭載數(shù)碼相機(jī)和紅外成像設(shè)備，在廣州大學(xué)城飛行，獲取了近2355 m×2081 m的正射影像。

總體而言我國(guó)平流層飛艇技術(shù)仍處在研究和演示驗(yàn)證階段，未完成關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，與已經(jīng)基本完成關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)并正準(zhǔn)備高度仿真試驗(yàn)的西方國(guó)家相比，存在較大差距。

三、平流層飛艇遙感應(yīng)用優(yōu)勢(shì)及舉例

相對(duì)衛(wèi)星遙感平臺(tái)，平流層飛艇機(jī)動(dòng)性更好、成本更低、影像清晰度更高、對(duì)固定區(qū)域的連續(xù)觀測(cè)時(shí)間更長(zhǎng)，易于更新和維護(hù)。相對(duì)對(duì)流層遙感平臺(tái)，平流層飛艇則觀測(cè)覆蓋面積更大、動(dòng)力更環(huán)保、滯空時(shí)間更長(zhǎng)、安全性也更高。平流層飛艇可廣泛應(yīng)用于自然資源觀測(cè)、海洋監(jiān)測(cè)、環(huán)境保護(hù)、防災(zāi)減災(zāi)、精細(xì)農(nóng)業(yè)、水利監(jiān)測(cè)、大地測(cè)繪、城市規(guī)劃與管理等領(lǐng)域，在此列舉部分應(yīng)用案例。

3.1 在生態(tài)環(huán)保監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

2014年起，青海湖管理部門(mén)利用平流層飛艇對(duì)青海湖區(qū)域進(jìn)行了草場(chǎng)長(zhǎng)勢(shì)、牧草營(yíng)養(yǎng)量、種類(lèi)、載畜量等信息的對(duì)地觀測(cè)，為制訂科學(xué)放牧路線提供了技術(shù)參考。平流層飛艇獨(dú)具穩(wěn)定性和可控性，觀測(cè)精度可達(dá)3cm，使用艇身所帶的紅外光譜、可見(jiàn)高光譜、大面積高清相機(jī)、高清視頻、低清視頻、多光譜六種載荷經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)分析后，可以得到觀測(cè)地區(qū)的草場(chǎng)長(zhǎng)勢(shì)、牧草營(yíng)養(yǎng)量、種類(lèi)、載畜量等信息，輔助放牧路線規(guī)劃。

3.2在交通監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

智慧交通需要信息技術(shù)手段為支撐，通過(guò)平流層飛艇上的高分辨率雷達(dá)、光學(xué)和紅外傳感器等遙感系統(tǒng)，可增強(qiáng)交通監(jiān)測(cè)的效率，特別是采用移動(dòng)目標(biāo)監(jiān)測(cè)技術(shù)非常適用于交通管理確定目標(biāo)移動(dòng)速度，平流層飛艇可全天時(shí)全天候工作，可為智能交通中的流量監(jiān)測(cè)、目標(biāo)車(chē)輛類(lèi)型識(shí)別等提供輔助技術(shù)手段。

3.3 安全領(lǐng)域的應(yīng)用

在邊境監(jiān)測(cè)方面，對(duì)邊陲、開(kāi)放水域、海岸線、水下、航空港、海關(guān)、貨物處理區(qū)域的常態(tài)化監(jiān)測(cè)非常有必要，需采用平流層飛艇搭載的雷達(dá)、輻射計(jì)、超光譜、多光譜和紅外傳感器，能有效獲取大型觀測(cè)區(qū)域內(nèi)的多期高清影像。任務(wù)特點(diǎn)：持續(xù)時(shí)長(zhǎng)超過(guò)一年，需要近實(shí)時(shí)觀測(cè)，為保證安全需持續(xù)觀測(cè)，觀測(cè)區(qū)域大，高分辨率傳感器（<0.5m）可探測(cè)人員和物品。在關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施保護(hù)方面，保護(hù)油、氣、水、交通、通信等網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等非常重要，對(duì)上述內(nèi)容進(jìn)行實(shí)施觀測(cè)，防止人為破壞。

四、結(jié)語(yǔ)

平流層飛艇遙感應(yīng)用展望平流層飛艇高分辨率對(duì)地觀測(cè)系統(tǒng)具有成本低、高精度、全天候、機(jī)動(dòng)性好、易于更新和維護(hù)等諸多優(yōu)點(diǎn)，在遙感領(lǐng)域?qū)⒋笥凶鳛?，將?duì)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、國(guó)防、科技進(jìn)步、農(nóng)業(yè)、災(zāi)害防治、資源環(huán)境、公共安全等重大領(lǐng)域做出重大貢獻(xiàn)，是未來(lái)各國(guó)必爭(zhēng)的技術(shù)高地，具有很好的發(fā)展前景。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：潘東華（1976.12—）高級(jí)工，江蘇人，主要從事浮空器全工藝流程及加工制作方法研究

（中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第三十八研究所 安徽 合肥 230031）