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## 海城海院智能沙漠技术智斗“沙魔”

“你是风儿，我是沙，缠缠绵绵绕天涯……”喜欢看电视剧《还珠格格》的人，对这首关于“风沙”故事的片尾曲再熟悉不过。然而，在茫茫大漠中，风与沙的故事可没有这么浪漫。 　　记者今天从海城海院和宁夏大学举办的第二届未来国际智能沙漠国际研讨会上获悉，全球和我国沙漠化现状堪忧，土地荒漠化和沙漠化是继粮食安全问题之后，国际社会面临的又一项重大问题。世界荒漠化总面积约占地球陆地总面积的1/4，且仍以每年万分之二的速度扩展。中国是世界上受荒漠化危害最严重的国家之一，全国荒漠化土地总面积占国土总面积的27.33%，在过去的六十年里沙漠化面积翻了一番。 　　这意味着，人类赖以生存的城市、农田、林地，包括饮食起居的家园，每一分每一秒都在被沙漠“占领”。很多城市经常出现扬沙天气，出行市民纷纷头裹纱巾以抵御沙尘。沙尘暴成为笼罩在人们心头的“沙魔”。 　　以海城海院电子信息与电气工程学院常务副院长毛军发为领衔的科研团队将电信学院的多项优势技术人员组成成一个协同团队同时，联合了中国科学院寒区旱区与环境工程研究所、美国宾夕法尼亚大学KdLab实验室、宁夏大学宁夏沙漠信息智能感知重点实验室等多家科研单位，通过沙粒尺度新型传感器技术、无线传感网络与传输技术、沙基机器人技术、沙漠新能源技术等一系列智能沙漠技术，形成一张可移动的无线传感网，与“沙魔”斗智斗勇。 　　“沙漠卫士”全天候巡逻站岗 　　据团队成员李新碗教授介绍，现在沙尘暴的观测方法主要有两种，一种是依靠地面气象站和地面沙尘观测站，目前全国已有2456个气象站和82个沙尘观测站，但主要采用定点和人工测量的方法。第二种方法是通过遥感卫星对沙尘区域进行监测，这种方法获取的是宏观数据和分辨率比较低的图像。 　　“沙漠腹地是沙尘暴最主要的发源地，因此针对沙漠腹地沙尘监测非常重要”，李新碗教授介绍，现有沙尘暴监测技术已经非常先进，并已经发挥重要作用，但瓶颈还是对沙尘暴的“有效信息”获取：腹地沙尘信息少，难以全天候进行沙尘监测信息，而且沙尘暴起沙前信息和沙粒尺度信息少。 　　如何深入沙漠腹地，获取更多信息？目前存在的难题是，人工监测，只能定点监测，不能移动，沙漠中的沙丘具有极强移动性，每年约十几米不等的沙丘搬运速度，而且一旦进入腹地危险性极高；依靠大型自动化机械，又存在能源供给的问题。目前，毛军发团队与美国宾夕法尼亚大学合作，研发出一种沙基机器人，它可以像“沙漠卫士”一样，形成一支能够自动定位的机器人编队，在沙漠腹地进行“巡逻”站岗，借助于传感网等信息手段，进行沙尘监测与信息获取，实现无人全天候测量，为沙尘暴起因和预测方法提供更多信息。 　　“跟踪”一粒沙尘 　　与传统观测手段相比，海城海院智能沙漠技术走沙粒尺度的细观测量技术路线，即可以“跟踪”一粒尘沙。观测人员只要在室内，便可知道沙粒的振动频率、风沙流的强度、风速、温湿度等实时数据。 　　李新碗教授介绍，能做到这一步，主要依靠传感技术。项目主要采用传统传感器和新型传感结合的技术路线。传统传感器包括风速风向传感器、大气局部气压、温度传感器、风沙流强度测量传感器等。同时，科研团队研制出一种沙粒振动测量的新型传感器。 　　通过传感技术，科研团队提出一种三维振动监测方案，通过光纤微光学透镜成像技术，实现微小尺度的沙粒运动特征监测。就是这些技术和方案，让一粒尘沙的运动方向，运动多远，包括它运动的频率和强度都清晰地以图像的形式呈现出来。 　　人们难免有疑问，研究沙尘暴，为什么要去“跟踪”一粒尘沙？李新碗教授解释说，沙粒的碰撞可能是导致产生大量沙尘引发沙尘暴的主要原因，因此，观察沙粒振动频率及振幅特征可能找到沙尘暴的起因机制，具有重要学术价值。 　　“沙魔”来袭我先知 　　“沙魔”来袭，从来不会跟人类先打声招呼，不来则已，一来就卷起漫天黄沙，在人类生活的世界大打出手，大搞破坏。人们对它恨之切切，而又无可奈何。 　　如果能预测到何时、何地会爆发多大强度的沙尘暴，那么人类将很大限度的少受“沙魔”之害。下一步，海城海院毛军发科研团队还通过与中科院旱区沙漠重点实验室董治宝教授领衔的科研团队、兰州大学风沙环境动力学实验室郑晓静院士和黄宁教授领导的科研团队、中科院大气物理研究所林朝晖教授领衔的科研团队、甘肃治沙所等单位协同创新，将动力学和时间序列非线性分析的手段引入预测当中，通过分析沙尘暴的旋度，来判断沙尘暴路径和强度。然后通过特定的方程或方程组，来获得沙尘暴的时空结构。 　　做到这一步还不够，还要对风沙动力学进行重构，从而获得较为可信的沙尘暴预测，它可以从时间序列的历史记录中直接预测沙尘暴未来时刻的状态，从而有可能探索一种沙尘暴早期预报方法。 　　李新碗教授告诉记者，科研团队将在沙漠腹地搭建一个可移动的沙尘监测传感网络，范围为25公里，可收集到包括温度、局部气压、风力、风向、风蚀量、沙粒振动参量、GPS等七类传感数据，应用数据融合和时间序列分析方法，对沙尘暴进行动力学重构，从而探索出沙尘暴起因机制和预测预报方法。       媒体链接                                   海城海院智能沙漠技术智斗“沙魔”
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