航天科技九院新型海洋装备参加青岛溢油事故应急监测任务

文章来源:中国航天报 发布时间:2021-05-26

近日,航天科技集团九院704所自主研制的双波长偏振海洋探测激光雷达、X波段目标监视雷达、无人机载MiniSAR在青岛黄海海域顺利完成了溢油事故的应急监测任务。

据悉,本次溢油事故的应急监测任务是我国首次利用激光与微波相结合的手段实现海面溢油及水下溢油分布的立体监测,也是国内双波长偏振海洋探测激光雷达在海洋溢油事故中的首次应用,获取的海面油膜分布及水下溢油沉潜情况,为后续海洋执法部门的处置与索赔提供了重要依据,也为后续新型海洋装备在溢油事故监测业务化应用奠定了基础。

快速响应 完成应急保障

4月27日,巴拿马籍杂货船“义海”轮(Sea Justice)与利比里亚籍锚泊油船“交响乐”轮(A Symphony)在山东青岛朝连岛东南海域发生碰撞,造成船舶溢油入海约400吨。

704所项目团队接到应急任务通知时,已经是“五一”小长假的前夕。该所第一时间成立了任务指挥协调领导小组和外场应急保障小组,在短短24小时内完成了人员的调配到位,设备的转运、装船和调试。5月1日上午6点左右,搭载704所试验设备的海监102号船准时起航开展应急监测任务。

704所项目团队利用激光雷达开展溢油检测。 刘宇哲 摄

“受天气条件的影响,海况比较恶劣,很多同事都是第一次参加海试,大部分同志都出现了严重晕船的情况,但仍然坚持完成了近12个小时的保障任务,下船后有些同志都已经虚脱了。”704所研发中心6室雷达技术专家王影谈论起当时的场景说。

到达事故现场,项目人员争分夺秒开展各项监测工作。X波段目标监视雷达、无人机载MiniSAR对海面油污扩散的范围进行成像,实现海面油污探测,双波长偏振海洋探测激光雷达通过走航观测实现水下沉潜油块的探测与追踪。

“激光雷达的优势在于蓝绿光对海水有一定的穿透作用,可以直接测量水下目标的回波,利用距离、反射率等把水下的油块分辨出来,它能监测到目标的位置、大小等具体信息。”704所研发中心19室副主任潘超介绍,合作单位将利用监测数据进行后续工作,把泄漏在海里的油污拦截起来,最后用一些吸附的手段进行处理。

潘超表示,这款双波长偏振海洋探测激光雷达前期已在水下地形成像、水下目标探测等方面开展了一些应用,这次激光雷达执行溢油监测海试任务在国内是首次,未来还将搭载机载平台,用于水下地形测量、水下浒苔监测,以及海冰监测等方面。

值得注意的是,这也是无人机载MiniSAR首次从船上起降,“无人机以前都是在陆地上起降,这是首次在船的很小的甲板上起降,空间比较有限,对无人机的操作提出更高要求。”王影表示。

据了解,当目标区域船不太好靠近或者是需要大范围全景观测的时候,MiniSAR设备就从船上起飞,然后从空中对海面油膜具体的位置、形状等进行成像。

通过5月1日~5月2日连续两天的现场监测,项目组获取了目标区域海面与水下溢油的立体分布情况,为现场专家事故评估提供了一手数据支撑。

突破关键技术 打破国外垄断

在溢油事故发生后,海洋溢油在自身物理性质、波浪和洋流等水动力条件、油品本身与海水相互作用等因素的影响下,最终在海水中主要以3种状态存在:海面溢油、水下悬浮溢油、沉底油。

事实上,对于海面溢油,目前监测手段相对成熟,可见光成像技术、SAR成像技术、多光谱探测技术均可实现海面溢油范围监测与评估。

但对于水下悬浮溢油和沉底油,传统的声呐技术、原位采样分析技术存在容易误判别、采样时间长、作业区域小等问题,无法满足实时跟踪监测的需求。因此,水下沉潜溢油探测仍是海域溢油监测的难题之一。

双波长偏振海洋探测激光雷达利用532纳米波长激光在海水中良好的透过特性,实现水下目标信息获取,利用1064纳米波长激光用于获取海面目标信息,双波长协同探测有效解决传统激光雷达海面难以区分问题,利用多通道、偏振探测,获得目标多维信息,解决目标识别与分类问题。

该系统突破了高重频多波长发射、多视场多通道协同探测、高速高精度全波形接收处理等关键技术,实现海表溢油、水下溢油、海底溢油等目标的高精度探测与分类。

“现在海洋激光雷达装备长期受国外一些公司的技术垄断,售价昂贵,该产品是集团公司‘十三五’重点载荷研发计划的成果,项目团队经过近5年的技术攻关,从光源、光机、探测、采集控制等核心组件到整个系统全部由704所自主研制,装备实现了自主可控。”项目负责人赵一鸣说道。

通过此次溢油事故应急监测,704所装备的可靠性、环境适应性和数据完整率、准确性得到了用户单位的高度认可。

未来,704所项目团队将不断完善装备,推进其在海洋环境监视领域业务化应用的同时,也将继续开拓创新,积极推进激光雷达星载海洋遥感方向的应用,实现对全球近海地形的监测。(郑恩红)