2024年03月16日 星期六

创新托起强国梦——国家“十二五”科技创新成就展国土资源成果扫描

发布时间:2016-06-12


北斗全球系统组网模型  周飞飞摄


地壳一号模型  周飞飞摄


“海马”号  周飞飞摄


无人机 赵 凡 摄


  6月的头一个星期,“海马”号成了北京展览馆里的“明星”之一。
  6月1日~7日,国家“十二五”科技创新成就展在北京展览馆举办。作为资源与海洋开发领域内一项具有代表性的科技创新成果,“海马”号与“蛟龙”号、“潜龙二号”一起,被摆放在了11号展厅的重要位置上。
  与“海马”号一起,深部探测技术与实验研究专项成果、土地调查监测空地一体化技术及装备、天然气水合物勘探技术开发、盐碱地暗管改碱与生态修复技术等国土资源领域内的科技创新成果,成为本次展览重要的组成部分之一,吸引着来自四面八方人们的眼球。
  6月6日上午,国土资源部科技与国际合作司还把参观展览作为开展“两学一做”活动的方式之一。

  用国产化装备走向深蓝

  6月2号上午,北京市民王先生终于见到了“海马”号。作为资深海洋迷,他一直通过新闻和各种途径了解这个迄今为止国内系统规模和下潜深度最大、国产化率最高的深海无人遥控潜水器。如今终于有了见到实物的机会,他怎肯放过,光照片就拍了几十张。
  如织的人群当中,“海马”号静立在11号展厅“资源与海洋开发领域”展区的大门口。上半部分醒目的黄色“帽子”上标着“海马,4500米级深海作业系统”几个大字,让人一眼就能认出这个大家伙。而下半部分的各种结构裸露在外,一览无余,更吸引着人们的眼球。
  “虽然本该最活跃的4个螺旋桨和两条机械手臂都呆在那没动,肯定不如作业时那么生龙活虎,体型也没想象中那般霸气,但里里外外还是透着一股子干练劲儿。”王先生告诉记者。
  不仅亲眼目睹了“海马”号实物,他还亲耳听到了专家的讲解。作为项目的负责人,中国地质调查局广州海洋地质调查局的陶军当起了讲解员。临近中午,他不知道给络绎不绝的参观者讲了多少遍,已经口干舌燥。
  “海马”号属于ROV,也就是深海无人遥控潜水器,通过脐带缆与水面母船连接,通过脐带缆传输能源和信息,母船上的操作人员通过观察海底实时影像和设备状况参数对ROV 及其机械手进行遥控操纵。
  “海马”号的成功研制以及两年多来的成功应用,证明我国已经突破并掌握了相关核心技术,具备了实用化深海无人遥控潜水器的研制和应用能力。”陶军反复强调,“这是我国在深海技术装备自主研发领域取得的一个具有里程碑意义的标志性成果。”
  在外行人看来,“长”在“海马”号一端的两条机械手臂最吸引人。一旁的宣传视频告诉人们,这两条手臂很有讲究:一条是七功能,就像人的手臂一样灵活自如;一条是五功能,虽不及另一条灵活,却更孔武有力,抓举力大。两条手臂配合使用,能完成采样、布线等十分复杂的动作。
  宣传视频中,“海马”号在4500米外母船上工作人员的遥控下,辗转腾挪,进退自如;两条手臂翻来覆去,采集样品就像人的手指握东西般灵活准确。这让才投入使用不到两年的“海马”号,已经战功显赫。
  2015年3月,“海马”号完成了由科研成果向实用化深海探查设备的快速转化,在南海北部陆坡西部投入地勘应用,探查和搜寻与海底“冷泉”活动和与水合物赋存相关的微地貌特征,并在我国南海北部陆坡西部海底首次发现活动性“冷泉”,后被命名为“海马冷泉”。
  同年6月,“海马”号圆满完成了采薇海山区海底富钴结壳矿产资源调查的作业任务,达到了预期的科学目标。“这是我国自1997年开始进行海山结壳调查起,近20年来在海山结壳资源区一次使用ROV进行调查作业,填补了我国在海山结壳资源区调查手段方面的一项空白,以国产化装备完善了我国在海山结壳资源区进行调查的技术装备体系。”陶军这样告诉参观者。
  说到海底“冷泉”,不能不提到国内首套冷泉气泡声学系统和天然气水合物样品保压转移系统。从“海马”号往展厅内部走几步,就能看到这两大成果的展示。现场工作人员告诉记者,2015年6月,这套冷泉气泡声学系统在南海北部海域水深900米处,成功发现了海底以上高度约200米、宽度约80米“羽状流”海底异常特征,可以实现对海底“冷泉”逸出气泡的快速准确地探测。而这一天然气水合物样品保压转移系统具有样品推送、切割、分装、内压自适应平衡调节系统,还配备多种保压分装子系统,填补了国内水合物样品保压转移技术的空白。

  深部探测技术内窥地球

  在与“海马”号展厅相邻的12号展厅,西北角横卧着的一条近5米长的灰色岩芯样品,格外引人关注。
  记者来到这里的时候,中国地质科学院地球深部探测中心的周琦正给参观者讲解这段岩芯的来历。“这段岩芯是在松辽盆地国际大陆科学钻探工程中,取自松辽盆地地下白垩统沙河子组,岩性为浅灰色含砾粗砂岩,深度超过了4000米,距今约1.3亿年。”
  岩芯取来何用?
  “当前全球变暖引发全社会广泛关注,未来100年人类可能会进入类似白垩纪恐龙时代的温室气候状态,这对人类会是一场灾难吗?我们的钻探将获得白垩纪完整、连续、高分辨率的地质记录,为研究距今约6500万年~1.5亿年的温室气候奠定基础。”
  与“海马”号相比,这里的展厅略显安静,来访的参观者不算多。但来自地球深部长长的岩芯样品和一旁高耸着的“地壳一号”钻塔模型都在告诉人们,大陆深钻同样具有不可忽视的科学意义。
  松辽盆地的科学钻探,打破了国际大陆科学钻探的4项纪录:设计取芯长度最长达到3655米,设计钻探深度6400米,单回次取芯长度最长40.86米,岩芯直径最大214毫米。但若放在更广阔的视野下,大陆深钻还有更大的意义。
  2008~2015年,在财政部、科技部支持下,国土资源部联合教育部、中国科学院、中国地震局、国家自然科学基金委,组织实施了深部探测技术与实验研究专项,开展从地表到岩石圈深部的地质、地球物理和地球化学探测实验,系统构建了适应我国地球深部特征的立体探测技术体系。
  中国科学院院士王成善是这个领域的首席科学家,这两天他经常往展览现场跑。6月6号这天上午,老人家还当起了义务讲解员,解答参观者提出的问题。
  据介绍,项目自主研发的多套深部探测关键仪器设备,达到了国际先进水平。例如:自主研发的我国首台“地壳一号”万米大陆科学钻探钻机,为超深科学钻探作好准备;初步建成移动平台综合数据处理与集成系统,加速了跟进国外地球物理处理软件发展的步伐;深孔应力测量和监测系统等达到国际先进水平,在青藏高原东南缘和北京首都圈建立了区域地应力监测网;基于深穿透地球化学的500米以深纳米微粒探测技术,加快了隐伏矿的发现步伐。
  深部探测还带动了重大科学发现。青藏高原、华南—中央造山带、华北和东北等多条超长深地震反射(共6160千米)与折射剖面联合探测、宽频带地震与大地电磁剖面观测的完成,使我国跻身于世界深部探测大国行列。我国还首次获得全国78种地壳元素分布情况,建立全国地球化学基准网;发现白垩纪/古近纪界面铱异常,甚至提供了小行星撞击造成恐龙灭绝的证据。
  在一旁的展板上,“资源探测开发技术向深地迈进”的标题异常醒目。而这些成果的转化应用,使我国发现了一批具有战略意义的重大找矿线索,为找矿突破战略行动的实施提供了有力支撑。
  例如:大庆盆地之下残存的古沉积盆地,为“大庆之下找大庆”提供战略依据;首次确认蛇绿岩型铬铁矿的高压成因和蛇绿岩型金刚石,为雅鲁藏布江谷地及类似构造环境下铬铁矿找矿突破提供战略方向;发现我国北方巨型稀土元素聚集区,具有超大型矿床潜力。南岭于都—赣县矿集区发现一批重磁电异常,证实“五层楼+地下室”找矿模式,发现深部厚大矿体与新类型矿床重要找矿线索。

  土地监测实现天空地一体化

  与土地有关的两项实用技术,也入选了本次展览。
  一走进面朝西直门外大街的展览馆大门,停在大院西边的一辆白色中巴车格外引人关注。乳白色的车身上喷涂着“天空地一体化土地调查巡查车”的字样,车顶上竖着各种天线、摄像头,还停着一架展翅欲飞的小型无人机,科技范儿十足。
  车里边东南大学的一个小伙子告诉记者,这是土地调查监测空地一体化技术及装备的一部分,整个系统则由土地调查车、无人机、卫星定位手持机、惯性组合定位仪及车载数据处理软件系统组成。
  由于初步实现了由传统手工操作向智能化的转变,对从事土地调查监测的工作人员,尤其是基层工作人员来说,可解决了大问题。“卫星遥感技术能很好地解决大范围的土地调查监测问题,但利用卫片进行实地核查,时效性和界址点精度存在一定不足。”小伙子说。
  为了解决这个问题,由设在东南大学的国土资源部土地实地调查监测技术重点实验室、中国测绘科学研究院和湖南省国土勘测规划院等单位组成研究团队,承担了“十二五”国家科技支撑计划重点项目“村镇土地高精度快速调查监测技术开发与示范”。“只用了5年时间,团队就攻克了无人机飞控、大数量高倍压缩、影像快速拼接等多个技术难题,初步形成了土地调查监测空地一体化技术及装备。”
  正聊着,旁边一名参观者迫不及待地钻进车内。经过改造的内部井然有序,却集成了地籍惯导、移动差分基站、GNSS/PDA一体机、车载CCD、音视频服务器、车载工控机、远程对讲等众多技术设备。
“这么多复杂的设备之间,怎么配合?”
  小伙子一边演示,一边讲解。在土地调查车上,调查人员可以进行卫星遥感、现场定位及对土地利用基础数据进行即时比对,快速发现疑似违法用地,通过车载音视频系统实现与指挥中心的远程会商;用手持终端,调查人员只需在被调查地块的特征点上站立几秒钟,就可获取地块的空间几何信息,现场录入地类信息,即可完成实地调查工作,再通过4G无线网络将这些信息实时传回到调查车上或远程数据中心,编辑、整理后进入数据库;惯性组合定位仪则可与卫星定位有机结合,当卫星信号被遮挡时,采用惯性系统进行位置推算,再加上激光测距仪等常规测绘手段,会非常精确。
  “别看说起来复杂,所有这些设备都集成在一台小型遥控车上,现场由调查人员遥控操作进行调查数据采集,在调查车内对遥控车所测量的数据进行在线处理。”记者在11号展厅看到了这台遥控车。履带式样的车身像个小坦克,比孩子玩的玩具大不了多少,上面驮着个50厘米左右高的长方体盒子,所有的设备都装在这个盒子里。
  如果需要航拍,无人机就能发挥作用。随车配备的轻小型无人机易拆卸,支持弹射和手抛起飞,全自助飞行,支持1:1000和1:2000精度的土地信息获取。遥感影像采集回来,会由车载计算机上配备的数据处理软件进行 “一键式”傻瓜化拼接软件,1小时就能拼出约10平方公里的影像。
  “车内对比以往土地数据,能自动发现可疑变化图斑,再采用GPS/PDA或平板电脑现场核对,在车载移动办公室和室内联动办公,就能实现现场查处。”
  小伙子告诉记者,在项目实施过程中,土地调查车已用于国家土地督察、地方国土执法监察,推动了土地执法方式向“发现在初始,解决在萌芽”转变;轻小型无人机首次在青岛示范点进行了实际应用,三天就获取了青岛示范区1:2000比例尺100余平方公里范围的无人机影像数据;实际应用于国家土地督察武汉局全天候遥感监测系统。
  参展的另一项土地方面的科技成果,叫做“盐碱地暗管改碱与生态修复技术”。“项目成功研制出我国第一套暗管改碱装备,使工程化治理盐碱地获得技术突破,对科学开发利用我国1.5亿亩盐碱地资源意义重大。”现场的工作人员告诉记者。
  短短7天的展览,吸引了不少参观者。白发苍苍的耄耋老人,甚至坐在婴儿车里的婴儿,都能在展厅里看到。虽然观众只需要身份证就可免费换票,但高峰时,换票处还是会排起长长的队伍,足见人们对科技创新的关注程度之高。
  “科技是国家强盛之基,创新是民族进步之魂。虽然已经取得了一定成绩,但我们会继续努力在国土资源领域内取得一批重大创新成果,培养出更多的创新人才。”参观展览后,国土资源部科技与国际合作司的一名工作人员告诉记者。
(中国国土资源报:李响)
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