北京师范大学全球变化与地球系统科学研究院

当前位置：首页» 新闻快讯冰山上的来客——全球院师生参加第33次南极科考中山站度夏工作取得重要进展发布时间：Tue Dec 20 15:47:00 CST 2016

2016年11月28日，“雪龙”号科学考察船搭载我国第33次南极考察队顺利抵达位于南极中山站外围31km处的陆缘冰区，并立即开展本次考察中山站第一阶段卸货工作中。经过10天的艰苦工作，成功完成了本次考察中中山站、内陆考察、雪鹰601固定翼飞机组共计730余吨的科研设备运输及油料、物资补给。参加此次南极考察的全球院张宝钢工程师和2015级硕士研究生马驰在完成卸货工作后，于12月10日进驻中山站，将在中山站开展为期3个多月的度夏科学考察。
自“雪龙”船进入冰区航行以来，全球院极地遥感团队凭借多年在海冰导航工作中的技术和经验积累，持续为考察队提供第一手海冰遥感资料和冰情分析报告，是“雪龙”的“天眼”。根据遥感卫星数据分析，本年度中山站外围固定冰距离站区最近距离超过30km，为历年之最。冰面上由冰脊、破碎带、融池所组成的“乱冰区”宽度超过10km，雪地车难以通过，十分不利于冰面卸货作业。考察队综合分析各种因素后，决定以直升机吊运作为主要卸货方式，同时组织各方力量展开探冰工作，一旦冰面条件允许则立即启动海冰卸货作业。我院两名科考队员携最新的”极鹰III”型固定翼无人机参与了探冰工作，对“乱冰区”展开无人机航拍作业，继“天眼”之后再为雪龙添上“鹰眼”，以期能在“乱冰从中”找到一条通道。
根据卫星遥感数据，从“雪龙”船出发到中山站外围平整冰区的宽度约12km，共有4条主要的“乱冰”带，无人机正是要在这4条乱冰带中发现相对平整、结实的缺口，为考察队提供决策依据。
结合卫星数据和雪地摩托实地踏勘等资料，2名队员科学规划了无人机飞行任务，克服了南极地区低温、大风、低太阳高度角等种种困难，在直升机作业的间歇期完成了3个架次的无人机航拍作业，获取了雪龙船至平整冰区12km的高分辨率无人机正射影像。
通过对高分辨率影像的分析，可以快速提取“乱冰”中相对平坦的缺口及宽度。对比影像中雪地摩托探路车辙可以发现，无人机影像视野开阔、分辨率高，在路线选择上具有明显的优势。然而冰面卸货不仅需要考虑平整的路面，还需要评估海冰行车的安全风险，无人机影像同样能提供很好的信息。从影像上可以看出，一处必经的乱冰带疑似由潮汐缝扩张、破碎、再冻结所形成，其间遍布尺寸较小的碎冰，雪地车在此行进存在较大的风险。
综合各方面因素，考察队最终决定取消第一阶段海冰卸货。此次是我国南极考察首次使用无人机进行海冰探路工作，该项工作获得了考察队领导的高度评价，领队孙波认为：“我国在南极科考的种先进的科考设备，不应该仅仅应用于科学任务，还应该在各项业务管理、应急保障等工作中进行尝试和探索，后者能力的提升同时也会为科研提供更有力的支撑。此次无人机探冰就是无人机技术应用于极地科考业务工作中一个很好的实例。”
站区垃圾难逃“鹰眼”
经过紧张的第一阶段卸货工作后，“雪龙”船于当地时间12月12日晚8点拔锚起航，开始环南极考察之行。我院两名队员正式开始中山站的工作。南极考察站是各国开展南极科学考察的基地，是一个国家综合国力的象征，同时也是国家在极地的形象代言。站区环境和环保工作直接关系和影像我国在南极事务中的形象和地位。随着我国极地科考事业的不断发展，中山、长城两站如今均已颇具规模，各项设施完备、条件优良，有很高的国际声誉。然而伴随着发展所带来的环境问题也越来越突出，近年来度南极各站区环境的综合整治和治理均是每次考察队重要的工作内容之一，本次也不例外。我院2名队员到站后，受中山站赵勇站长所托，利用无人机对站区展开了航拍，第一时间获取了站区5cm分辨率的高分辨率无人机遥感影像。
这是目前中山站最高分辨率的正射遥感影像，其分辨率是目前最高分辨率的民用遥感卫星数据的十倍，可以轻易识别散落在站区、码头等地的建筑废品等垃圾，为环境整治提供规划依据和靶向目标。
2名队员还将于度夏工作结束前再次进行一期航拍工作，从而对本年度度夏期间的环境整治成效进行精确评估和展示。
冰山上空的来客
本次南极考察，我院派出的两名科考队员共携带5种机型共9架无人机，主要任务是对南极中山站所在的拉斯曼丘陵地区和周边达尔克冰川展开第二期无人机航拍作业，实现使用无人机对南极地貌、冰川的动态监测，同时不断发展极地无人机技术与应用。
就在“雪龙”号卸货其间，我院全球院极地遥感团队通过卫星遥感监测发现，邻近我国南极中山站的尔克冰川，于2015年12月至2016年9月其间发生了新一轮大规模崩解，共产生超过50座大小不等的冰山。大大小小的冰山，在中山站外围海域形成了一道壮观林立的“冰山围墙”。尤其需要提高警惕的是，这些临时搁浅的大大小小冰山，就像定时炸弹一样，随时可能会出现倾覆或二次崩解，引发小型海啸，直接威胁中山站的海岸设施和近岸作业安全。类似的危险情形已有先例。2016年3月，中山站熊猫码头外围的冰山发生倾覆，带来的巨浪，瞬间冲毁了熊猫码头的设施。许多堆放在码头集装箱，被冲入大海，造成严重损失。而本轮达尔克冰川崩解所带来的冰山威胁，将远超往常。因次突发事件时效性强，具有科研和业务保障的双重意义，经国内科研人员和前线科考队员会商后，临时决定在本年度考察中增加对“冰山围墙”的无人机监测工作。前线队员立即响应，于12月13日（雪龙船离开后一天）即成功进行了第一期共两个架次的无人机航拍作业，获取了20cm分辨率的达尔克冰川前沿10km范围内的海冰和冰山正射影像。
该影像不仅实地验证了卫星遥感的观测，同时还可从中提取较高精度的冰山形状、厚度等参数。同时，在本年度中山站度夏考察期间，2名队员将对此区域的冰山群开展连续无人机观测，计划每10-15天开展一次复测，从而获取该区域高分辨率的海冰变化、冰山运动甚至生物活动等动态信息。此类南北极海冰的高分辨率、大范围的连续观测在我国尚属首次，对估算本次崩解的物质量、海冰变化规律、生物监测、冰山风险评估等具有重要的科学与现实意义。
关于我院极地无人机团队
我院极地无人机团队成立于2014年，截至目前已经连续三年在南北极科考中成功实施无人机航拍作业，作业地区覆盖了我国除南极内陆之外的所有科考站。短短的三年时间，已经实现无人机技术在了极地高寒、高纬度环境下应用的两个阶段。第一即无人机飞行平台的验证阶段，团队分别于2014年第31次南极中山站度夏考察、2015年春季北极黄河站考察中，成功实施了固定翼机型和多选翼机型在极地的无人机作业，验证了各类型无人机在极区的特性，并针对性提出技术改进方案，同时不断培养相关人才，积累无人机在极地的实地作业经验；第二即极地无人机实用化阶段，团队于2015年夏季北极黄河站考察、2016年第32次南极长城站度夏考察以及2016年初中国-智利联合南极考察中，分别派出人员实施无人机现场作业，均成功获取到实时高分辨率的无人机遥感数据，标志着极地无人机技术，已从能力验证阶段跨入实用化阶段。以本次海冰探路为例，队员从接到任务起仅2-3个小时即完成了航线规划、设备准备，飞行作业、数据处理、图件制作的全部流程，充分证明了我院极地无人机已成为极地科考以及各类保障业务的“常规武器”。下一个阶段，团队将充分发挥自身在极地遥感应用领域的优势，不断获取和积累包括卫星、无人机、地面观测的遥感数据，探索和挖掘遥感大数据应用潜力，服务于我国极地科考与国家战略。