中科九度

The ocean of wisdom

智慧海洋

1)方案简介

针对特定区域海洋观测的需求,以海洋环境和海上目标机动快速监测为目标,重点攻克小型化低功耗无人机载荷和无人机船载自主起降等关键技术,研制船载无人直升机海洋观测系统。同时开展海上试验,验证船载无人机多传感器协同海洋观测的作业模式,探索“海-陆-气”一体化动态实时海洋监测新途径,提升我国海洋维权、海上执法、海洋应急减灾等业务能力。

该系统于2016年11月1日至12月20日,在我国南海海陵岛海域完成了海上飞行试验,并通过了科技部863计划海洋技术领域办公室组织的第三方专家现场验收评审。 “船载无人机海洋观测系统”海上飞行试验,验证了无人机海上船载自主起降和小型化低功耗多传感器协同海洋观测的作业模式,探索了海-陆-气一体化实时动态监测的新途径,标志着国内首台套船载无人直升机海洋观测装备的成功研制。为提升我国海洋环境监测水平、维护国家海洋权益、建设海洋强国奠定了坚实的技术基础。

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船载无人机系统

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船载无人机系统观测示意图

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系统组成

2)方案特点

①国内首套船载无人机海洋观测系统装备

“船载无人机海洋观测系统”作为深远海海洋动力环境观测系统关键技术与集成示范项目的标志性成果,是目前国内第一套上船出海飞行作业的无人机海洋观测系统。

②面向运动船体的船载无人直升机起降控制技术

与陆基起降不同,无人直升机船面起降的过程中,甲板具有横摇、纵摇、升沉等不利于无人直升机着陆的复杂运动,并且由于甲板前方机库的影响,甲板流场复杂,因此实现无人直升机的舰面自主起降难度较大。本课题从船面流场模型着手,通过一系列的船面运动评估、船面抗风干扰控制律设计、着船引导实时航迹生成与轨迹跟踪控制等技术手段,实现无人直升机与运动舰船之间良好的动态配合以及精确的着陆控制。

③微型低功耗全极化SAR系统技术

微型全极化SAR系统不仅要实现SAR系统的小型化、低功耗,还要求SAR系统具有全极化、顺轨干涉和实时处理的能力,在传统SAR技术的基础上简单的优化设计是无法满足以上要求的,需要从系统的体制、工艺、处理算法等多方面进行创新。

④多传感器协同海-陆-气一体化观测与数据融合技术

通过无人机机载多传感器同步观测方法,利用多传感器数据快速融合技术以及动态校正技术,实现对于海岛(礁)地物地貌,海洋和大气环境参数等海-陆-气一体化综合观测,相对于传统方式,有效提高海岛(礁)观测效率和覆盖范围,降低了观测成本,是本项目的主要创新点之一。

⑤严格的实际场景系统验证

开展了陆基飞行试验、陆基对海观测试验、无人机船载自主起降试验、船载联合对海观测试验。

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专家现场验收

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甲板改造

船载无人直升机多传感器观测系统是实现长期、实时、动态、交互式海洋观测需求的最佳解决手段之一,不仅可以实现对各类海洋动力环境要素、海洋环境现象和海上目标进行探测,而且具有高机动性、快速反应、高分辨率等特点。

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2016年11月在广东阳江海陵岛获取的HH极化海岸带监测成果

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港口和舰船移动目标成果

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海气边界层产品

项目成果2016年6月应邀参加了国家“十二五” 科技成就展,2017年9月-10月参加科技部组织的香港和澳门“中华文明与科技创新展”。


1)系统简介

风云三号气象卫星遥感应用系统是一个气象卫星监测、分析、服务的综合应用系统,主要面向各级气象部门、气象遥感相关的其他单位和组织从事卫星遥感应用的专业技术人员,为其提供一个自动加人机交互的直接面对业务人员的、专业的、可扩展的遥感应用平台,为天气与气候、灾害与环境、农业与生态等领域提供实时和长时间序列的监测分析服务能力。

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系统流程

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监测分析内容

1)系统特点

遥感数据统一存取框架

卫星监测、分析、服务应用涉及的卫星较多,包括FY-3A/3B、FY1系列星、FY2系列星、EOSA、EOST、NOAA等;涉及到的仪器也比较多,包括VIRR、MERSI、MODIS、AVHRR、VISSR以及其他小仪器;涉及到的数据格式也比较多,包括HDF5、HDF4、1A5、1B、LDF、AWX、GPF、LD2、LD3、RAW等;涉及到的像素排列方式较多,包括BIP、BIL、BSQ;涉及到的数据类型也比较多,包括Uint16、Int16、FLOAT、DOUBLE、SINGLE以及位压缩数据类型。

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多星多传感器多格式支持

基于任务的监测分析处理模型及自动化生产线

在进行监测分析业务处理时,多数步骤是可复用的,如果将这些可复用的步骤建模出来,通过这些可复用的步骤组装为监测分析业务处理功能,将大大提高监测产品自动处理和批处理的能力,也对业务人员的经验进行了固化,提高了系统的普适性。为了解决这个问题,系统将“业务处理”称为“监测分析处理模型”,通过在设计上解决模型表达、模型执行、模型调度等问题,以定义“任务”(Task), “动作”(Action),动作所需参数环境和处理器(Processor)按照先后顺序串联起来,辅以数据自动发现、流程自动触发等机制,形成监测分析服务自动化生产线的方式加以实现。

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基于处理模型的监测分析产品自动化生产线示意图

可扩展的监测分析服务产品框架

将监测产品作为插件实现,每个监测产品由若干监测分析处理模型构成(每个模型可以表达为XML脚本或编译好的程序集)。监测分析服务产品框架是一个运行时环境,它为监测产品提供服务和上下文环境,监测产品通过这些服务和上下文环境实现基于待处理遥感影响的监测分析,同时支持通过二次开发方式实现监测产品的扩展。

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可扩展的监测分析服务产品框架图


3)专题产品示例

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大气可降水专题图

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大雾监测产品

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旱情监测产品

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沙尘监测产品

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台风监测产品