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十八般电子兵器迎战灾害
[2009-09-23 13:00:25]

    近期浒苔肆虐青岛近海,这一海洋灾害严重影响人民生产生活乃至奥帆赛的举行。但是人们利用新工具如“攻兜船”、围油栏等,极大地提高了打捞效率;又开发出了将海藻制成优质肥料或饲料的技术,变害为宝。当然,不得不提的是本文的主角之一:海洋探测雷达。人们用它来监测赛场水域浒苔污染的发展变化趋势,“战局”因此一目了然。
    将现代电子科技铸就的雷达应用到治理浒苔爆发上,或许只能算是牛刀小试。近些年来,受到气候变化、环境破坏、人类活动复杂化等一系列因素的影响,灾害,这个人类的大敌,已在很大程度上变得更具攻击力——这正是强大的电子“兵器”一展身手之时。以下便是我们的武器库一览:

神通广大的卫星

    许多自然灾害的特点是造成整个受灾地区的交通、通信和电力系统的瘫痪,使之成为一个地理和信息的双重孤岛。而对抗灾害这一招的有利武器就是卫星系统,它是抗击地面重大自然灾害不可替代的基础设施,包括卫星通信系统、卫星广播、卫星导航和卫星遥感。来自今年雪灾和汶川大地震的经验教训都再次证明了这一点。
    就通信而言,汶川大地震破坏了灾区大部分的通信光缆、基站,中断了常规电话通信。于是大量海事卫星设备被紧急调运到了灾区;汶川县委书记正是借此往外打通了第一个电话。海事卫星通信系统主要由同步通信卫星、移动终端、海岸地球站以及协调控制站等构成。海事卫星电话不需要地面通信中继设备,其终端设备把有关信号直接发给空中的海事卫星系统,再由该系统把信号传输到目的地。
    虽然海事卫星电话为保持通信畅通发挥了重要作用,但是其设备和使用费用都比较昂贵,投入救灾的部队并没有普遍装备它,加上其它一些地理因素的干扰,可定位和通讯的“北斗一号”成为了重要的联络手段。如果没有“北斗”的定位帮助,一些部队进入灾区后就无法与上级取得联系,导致“失踪”。当然,更为人熟知的可能是覆盖范围更大的GPS全球卫星导航定位系统了。它的空间部分由24颗卫星组成,是一个全球性、全天候、全天时、高精度的导航定位和时间传递系统。不过它不具备“北斗”系统的通讯功能。
    再来看看卫星的全天候遥感技术。与依靠可见光反射而只能在天气情况良好的白天进行的“照相”不同,它利用雷达在若干微波波段中发射并回收信号,不受天气、光照影响,能快速、全面、全天候、高更新频率地获取灾区的图片。高分辨率的勘查卫星,还能勘测到地面下的情况。对于今年我国南方的雪灾,相关专家均表示,灾情遥感监测仅靠非全天候的光学卫星“照相”显然是不够的,但我国微波遥感基础研究不够,微波遥感数据的利用能力不足。这是一件还需要进一步加工打磨的“兵器”。

轻巧的地面微波通信

    虽然卫星通信覆盖面广,但其传播延迟时间长。这时,“轻型武器”地面微波通信进入了我们的视线。它属于视距直线传输的通信方式,即每隔一段距离需要建一个微波接力站,两个微波站之间必须没有任何阻挡。这样信号一站一站地被放大、传递下去,即所谓的“微波接力通信”。一般只要将装载有可搬移微波通信系统的工程车——微波接力车布置在通讯中断地段,即可迅速开通某两点间被灾害破坏的多路微波通信。

近距离作战必备的生命探测仪

    介绍完远程装备,让我们再来看看近身作战用的“兵器”。震灾中常见的搜索仪器主要有三种:光学生命探测仪、热红外生命探测仪和声波振动生命探测仪。光学生命探测仪又叫“蛇眼”探测仪,利用光反射进行生命探测。它能像蛇一样在瓦砾堆中自由扭动,其前端的探头能伸入极微小的缝隙探测摄像,帮助救援队员看清瓦砾深处的情况。热红外生命探测仪则通过感知温度差异来判断不同的目标,在黑暗中也能照常工作。而声波振动生命探测仪依靠的则是识别被困者发出的声音,根据人的发声频率识别说话声对它来说最容易。但即使是手指的轻敲,或水泥楼板下心脏的微弱颤动——只要周围噪声不是太大——它也能感觉出来。另外,它还能判断幸存者的具体位置。
    除此之外,在今年首次来到中国的“72小时创新大赛”上,几位上海高校的同学在专家团队的帮助下设计出了一种射频式生命探测仪。不同于上述价格昂贵的生命探测仪,它使用类似校园卡、交通卡中的RFID射频技术,成本十分低廉。不过这项技术需要与制衣厂合作,事先在衣帽中镶入微型感应芯片,这样,新型生命探测仪就能准确定位,并判断被埋者的生命体征。这项受到了高度评价的设计有望成为抗灾救灾的新式武器。

灵敏的紧急地震速报系统

    饱受震灾之苦的日本在最近一次里氏7.2级地震中,成功地利用了去年10月推出的地震预报系统,在探测到地震4秒后发出了首个警告,使市民得以在地震传到前几秒收到预警,获得了宝贵的反应时间。与上述轻型武器截然不同,这个庞大的系统包括沿岸地底的1000个感应器,可以将数据传送到气象厅以便向公共媒体发出警告,还能通知核电厂和铁路等重要基础设施自动关闭,是一件结合宏观与微观的防御性武器。

以守为攻的智能建筑

    另一件防御性武器——智能建筑,通过电子技术系统与建筑技术的结合在防灾减灾方面扮演着基础角色。一旦发生停水、停电、火灾、有害气体泄漏、爆炸等灾情,智能建筑可以通过报警系统、不间断供电系统、突发事故的应急指挥系统、综合保安系统等实现人机结合的综合防灾、减灾管理,同时与城市灾害应急指挥中心互通、互联,成为城市防灾、抗灾、救灾体系的一个结点,保障建筑内人员的安全。

雪中送炭的自动售货机

    灾害发生后,被困灾民的补给最为重要。在日本,政府和饮料公司签订协议,推广使用一种由当地政府通过电脑管理的“灾害应急型”自动售货机。如果地震、台风等自然灾害造成的威胁足够大,政府救灾部门就能利用其系统指示自动售货机免费向市民供应各种饮料,并通过自动售货机的信息提示栏滚动播出避难与交通等信息。这是城市综合减灾的一项精巧设计,功能多样,实用性强。

    五千年的人类文明经受住了无数灾害的考验,每一次抗击都闪现着人类的智慧。单就目前的电子“兵器”而言,已是数不胜数,这里就不再列举了。虽然大自然手下的一些灾害“大将”甚至已被降服,然而道高一尺,魔高一丈,来自灾害的不断升级的威胁迫,使我们必须加快改进现有装备和开发新式武器的脚步。
    综观灾害,它的发生通常突然而又惨烈。要降低灾害破坏程度,就要让人们获得足够的预警。为此,我们应当继续运用各种电子仪器和系统,对可能发生的灾害进行严密而有效的监测。另外,救灾过程中所急需的受灾信息也须藉此获取。虽然一些生物、化学技术也是防灾救灾的重要和有效手段,但在信息化程度不断提高的今天,电子技术已成为必不可少的主战武器。我们期待运用十八般电子“兵器”彻底战胜灾害的那一天。

2008•大学组二等奖
华东师范大学信息科学技术学院电子科学技术系电子信息科学与技术专业  朱 亮

    评注:作者运用专业知识,搜集了广泛的素材,为读者绘就了一幅抵御灾害的“十八般电子兵器图”,文章科普性较强。
 

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