信息学部激光雷达团队助力北京冬奥会

发布者:王乐水发布时间:2022-02-06浏览次数:1061

2020年伊始,信息科学与工程学部海洋技术学院吴松华教授带领的激光雷达团队接到国家气象部门的委托,执行北京冬奥会三维风场激光雷达观测保障任务。

多普勒激光雷达参与北京冬奥会开幕式气象保障任务

这是激光雷达团队自2008年北京奥运会、2010年亚运会、庆祝中华人民共和国成立70周年大会后,再一次服务于国家重大活动保障任务。

团队研制的车载多普勒测风激光雷达在2008年北京奥运会帆船赛现场进行测量工作

团队研制的多普勒激光雷达参与中华人民共和国成立70周年庆祝大会气象保障服务

北京冬奥会对于气象保障的要求是“一场一策,一项一策”,要在时间上精确到分钟级,在空间上精准到百米级。在户外进行的滑雪项目,比赛时,风力大小、雪面状态如何,都直接影响比赛成绩,乃至选手的生命安全。以高山滑雪为例,选手沿高山赛道进行滑降和快速回转,赛时仅为一到两分钟,比赛期间,运动员速度最高可达每小时140公里,一旦赛场风速超过18米每秒,必须立即停止比赛。可以说,天气预报和赛场气象实况就是雪上项目的发令枪。

团队自主研发的多普勒激光雷达参与北京冬奥会户外场地气象保障服务

团队自主研发的三维扫描型测风激光雷达,通过测量发射与空气中微粒反射回来的激光的频率差,也就是利用多普勒效应来观测空气的流动情况,能够实现对40米到6000米范围内风廓线的实时探测,获取高时空分辨率的大气风场,这被公认是精确测量三维风场的有效手段。

多普勒激光雷达保障水陆两栖飞机“鲲龙AG600”海上顺利首飞

传统的气象测量手段很难覆盖雪山赛道的整体和复杂地形,由于点位的限制,存在较大盲区,激光雷达可以提供一种覆盖整个雪山赛道的风场和湍流场的高时空分辨率的数据,这对于气象保障是至关重要的。同时,这些数据也为气象预备部门进入模式进行同化,提供了数据支撑,保障了雪上项目的顺利安全进行。”吴松华介绍。

除了激光雷达设备要过硬,观测模式也非常关键。激光雷达团队基于自主研制的测风激光雷达,创新研发了适用于复杂地形的扫描探测模式及三维风场反演算法,实现了冬奥赛区和赛道三维风场的精细化探测覆盖,为冬奥会的气象保障提供了强有力的支撑。

机舱型多普勒激光雷达助力智慧风电场运营

团队交付的设备,自2020年起就开始应用于全国冬运会、奥运会预备赛等各项冬季赛事,在内蒙古、延庆、张家口地区都开展了相关的测试和服务。团队交付的激光雷达被部署在北京国家体育场,对开幕式现场的气象条件开展了长时间的连续前期观测,获取不同高度的高精度、高时空分辨率的风速风向数据,为开幕式举办时间段内的气象条件分析和预报提供历史观测数据,保障开幕式的顺利举办。比赛期间,团队交付的激光雷达将为在延庆赛区国家高山滑雪中心进行的高山滑雪分项提供气象保障。

漂浮式激光雷达助力海洋风电开发及海洋气象观测水平提升

激光雷达团队一直秉持“创新引领,精益求精,勇于担当,科技报国”的理念,紧密围绕国家和行业重大需求,坚持自主技术创新和关键技术攻关,掌握了多项国际先进技术。在设备研发初期,光电转换组件主要依靠国外进口,甚至连技术标准都要受制于国外。经过科研人员的不懈努力,团队实现了激光器、光电探测器、数据采集器等核心器件的自主设计和制造,大大降低了设备的生产成本。

三维扫描型激光雷达助力航空安全气象保障

团队带头人吴松华教授近年来主持了国家重点研发计划、国家863计划、国家自然科学基金等多个课题,其研究不仅在大气三维风场和湍流的实时观测、风力发电站选址布局、机场飞机起降安全和通行效率提升上有重大意义和实用价值,也为海洋和大气的耦合研究提供了新的观测技术和装备。团队研发的产品目前在气象探测、环保监测、智慧风电领域已广泛应用,为相关领域提供了关键技术保障和产品支持。

激光雷达助力环境气象参数监测能力提升

2018年,在政府和学校的全力支持下,吴松华教授带领团队成立了青岛镭测创芯科技有限公司,走上了产---用一体化的道路。2021年,吴松华教授代表企业向学校捐资设立“镭测创芯·敏知奖学金”,用于支持和奖励海大在读学生,鼓励学生的创新与个性化发展。

   通讯员:王乐水、王琪超