車載系留氣球監測系統在世博園上空站崗

　　上海世博園區的面積超過5平方公里，誰能把園區內眾多的建筑、流動的人群、穿行的車輛一覽無遺?甚至隨時能報出不同區域的溫度數值?世博會的“氣球保安”能做到!它升在空中，用6只銳利的“眼睛”將園區景象盡收眼底，又是傳遞信息的快手，能將所見在瞬間傳回地面。這個為上海世博會度身定制的“車載系留氣球監測系統”，由中國科學院光電研究院組織、國內多家科研單位聯手，一起憑借深厚的技術積累，歷時一年開發完成。

　　六只“眼睛”三種類型

　　“氣球保安”身形巨大，身體是個1600立方米的氦氣球，能輕而易舉升到世博園區上空數百米“站崗”。6只敏銳的“眼睛”分成三種類型，各具“特異功能”——4臺高清攝像機、1臺紅外相機、1臺高光譜相機，安裝在緊貼大氣球肚子部位的4個圓球形“眼窩”里。

　　研制大氣球球體的是中電集團第38所，建造“眼窩”的是中科院長春光機所。這些“眼窩”不僅為“眼睛”擋塵遮雨，更能操縱它們轉向任何方位，既可廣視角大范圍掃視，也可對特定目標詳細查看，圖像高度清晰。

　　{page_break}萬一有一束火苗從世博園某個不起眼的角落竄起，幾秒鐘內，“氣球保安”那只對溫度異常敏感的“紅外眼”就會有反應;它會將溫度異常點的圖像立刻傳回地面，并發出警報。地面監控人員隨即調動氣球上的另一種“眼睛“——高清攝像機，先用大廣角鏡頭在大視場中找出并鎖定事發地點，緊接著一路推近焦距，直到把地面上幾厘米大小的物體也看個一清二楚。與此同時，圖像、溫度、位置等信息傳到消防部門，引導消防員前去消除火患。

　　這只由中科院上海技術物理研究所研制的“紅外眼”，除了發現火險，還能精細監測園區內的地面溫度——世博園內的氣溫報告能細化到各場館，它功不可沒。特別是，它能在夜間和雨霧中感知紅外線，“氣球保安”在暗夜和惡劣天氣下執勤就靠它。“紅外眼”還是世博園區內諸多節能建筑的一個鐵面無私的“評委”——耗能大的建筑容易“發燒”，這個拿數據說話的“評委”最是公正可信。上海技物所研制的另一種“眼睛”——高光譜相機也是“評委”，評價的內容更多：通過白天獲取的光譜，它可對近地大氣、黃浦江水體、植被生長狀況、建筑物表面材質等作遙感監測，相關數據將作為評價和研究的重要依據。

　　克服擾動“視線”穩定

　　這么個大氣球，飄浮在空中，隨風而動，怎么拍下穩定清晰的圖像并傳回地面呢?中科院光電研究院的科研人員解決了這個難題。

　　大氣球像個風箏，由一根長長的電纜牽著，與載有數據處理中心的地面控制車相連。電纜16毫米的直徑與幾百米的長度相比，實在纖細，只要微微有風，氣球就會飄動;而且，上海夏季風向不定。為了保證6只“眼睛”能“定睛”觀測，科研人員在它們安身的“眼窩”內外，都裝上了光纖陀螺，它與GPS(全球定位系統)就像人耳中幫助人體保持平衡的前庭，能隨時感知氣球的擺動，通過控制系統和電機，快速調節“眼睛”的姿態和方位，使“視線”保持穩定。當然，如果遇上8級以上大風或雷雨、冰雹，“氣球保安”還是得及時離崗暫避。

　　散熱有方不會“中暑”

　　{page_break}上海三伏天的酷暑，也是考驗“氣球保安”的一道難題。氣象資料顯示，近三年上海夏季最高氣溫達39.6℃。而大氣球身處空中，太陽直射，“烤”驗更甚——前幾天上海的地面溫度剛接近30℃，“眼窩”外表的溫度便已高達50℃。另外，系留氣球需要盡量“定身”在空中，這樣就不利于它借助流動空氣散熱。眾所周知，精密的光電設備特別容易“中暑”。為了確保6只“眼睛”正常工作，中科院光電院的專家利用計算機模擬，為“眼窩”特別設計了散熱窗和散熱通道，并合理安排內部結構，終于使“氣球保安”不再懼怕酷暑。

　　6只“眼睛”每秒產生的數據量超過6Gb，它們怎樣迅即傳回地面?儀器在高空工作的電能從哪里來?怎樣使供電保持穩定?遇到打雷時怎樣避雷?也許你根本想不到，這些問題全靠那根直徑只有16毫米的電纜解決。這根由中國電子科技集團第二十三研究所研制的電纜，在纖細的身體中，一舉植入了能高質量傳輸6路獨立波段信號的大數據容量光纖、電源線、避雷索。

　　據項目負責人、中科院光電研究院周維虎博士介紹，世博園區的這個“氣球保安”一次升空可連續工作7個晝夜。而且，這套系統在世博會后將繼續發揮作用，到時候可搭載其他儀器，勝任各種不同崗位，為大氣和環境監測、反恐防爆、災害和突發事件應急、港口監視、海洋災害監測和緝私執法等等提供技術支持。