北师大无人机团队助力第33次南极科考

在2016年底，一些人想在忙碌了一年后休息一下，但许多研究人员的工作才刚刚开始。记者从北京师范大学全球变化与地球系统科学研究所所长程霄那里了解到，北京师范大学全球研究所的无人机团队参加了第33次南极科学考察，并取得了许多成功。工程师、全球研究所研究生张宝善于12月10日进入中山站，将在中山站进行为期三个多月的科学考察。

无人机冰探测

自“雪龙”号进入冰区以来，全球研究所极地遥感小组凭借多年海冰导航技术和经验的积累，不断为考察队提供第一手海冰遥感数据和冰情分析报告。它是“雪龙”的“天眼”。根据遥感卫星数据分析，今年中山站外围的固定冰距站区30多公里，为历年最高。冰面上由冰脊、破碎带和融化池组成的“无序冰带”宽度超过10公里，使得雪上汽车难以通过，这对冰面上的卸载作业非常不利。

在综合分析各种因素后，调查组决定采用直升机起重机作为主要的卸载方式，同时组织各种力量开展探冰工作。一旦冰情允许，海冰卸载操作将立即开始。我们科研小组的两名成员用最新的“极地之鹰三号”固定翼无人驾驶飞行器参加了冰探测工作。他们在"冰混沌区"对无人驾驶飞行器进行了空中摄影，并在"天眼"之后给雪龙加上了"鹰眼"，以便在"冰混沌"中找到一条通道。

根据卫星遥感数据，从“龙雪”号船到中山站外围的平滑冰带宽度约为12公里，主要有4个“冰混沌”带。无人机正是要在这4个冰混沌区找到相对平滑和坚实的缝隙，这将为检查组提供决策依据。

冰混沌区的冰情卫星图像

基于卫星数据和雪地摩托的野外侦察，两名机组人员科学地规划了无人驾驶飞行器任务，克服了南极地区低温、强风和低太阳高度角等各种困难，在直升机作业间歇期间完成了三次无人驾驶飞行器空中摄影作业，并获得了从雪龙船到光滑冰区的12公里高分辨率无人驾驶飞行器正射影像。

通过对高分辨率图像的分析，可以快速提取“随机冰”中相对平坦的间隙和宽度。通过比较图像中雪地车的轨迹，可以发现无人机图像具有视野宽、分辨率高、路径选择优势明显等特点。然而，在冰上卸载不仅需要考虑平坦的路面，还需要评估海冰行驶的安全风险。无人机图像也能提供很好的信息。从图像中可以看出，一个必要的无序冰带被怀疑是由潮汐裂缝扩张、碎裂和再冻结形成的，较小尺寸的碎冰散布在整个冰带中，雪上汽车在这里旅行的风险更大。

B-C区混沌冰的分析

基于各种因素，团队最终决定取消海冰卸载的第一阶段。这是中国南极探险队首次使用无人驾驶飞行器探索海冰路线。这项工作得到了探险队队长的高度赞扬。团队负责人孙波表示:“中国在南极的先进科研设备不仅应该用于科学任务，还应该在各种业务管理、应急支持等工作中进行尝试和探索。后者能力的提高也将为科学研究提供更有力的支持。这次无人机探冰是无人机技术在极地科学研究中应用的一个很好的例子。”

在第一阶段的密集卸载工作之后，“雪龙”号在当地时间12月12日晚8点起航，开始了它的南极之旅。两名队员在中山站正式开始工作。南极研究站环境与环境保护工作的直接关系，以及中国在南极事务中的形象和地位。随着中国极地科学研究的不断发展，中山站和长城站现已相当规模，设施齐全，条件优越，国际声誉高。然而，发展带来的环境问题越来越突出。近年来，全面改善和管理各南极站的环境是每个考察队的重要任务之一，这也不例外。当这两名队员到达车站时，他们受中山站赵勇站长的委托，用无人驾驶飞行器拍摄车站区域的航空照片。首先获取5厘米分辨率的站区高分辨率遥感图像。

这是目前中山站最高分辨率的正射影像遥感影像。其分辨率是目前最高分辨率的民用遥感卫星数据的十倍。它可以方便地识别建筑垃圾和分散在车站、码头等场所的其他垃圾，为环境整治提供规划依据和目标。

中山站码头垃圾场

两位团队成员还将在暑假结束前进行另一次航空摄影，以准确评估和展示今年暑假期间环境整治的效果。

据悉，北京师范大学极地无人机队成立于2014年。到目前为止，它已经连续三年在南极和北极科学研究中成功地开展了无人机航空摄影。作业区覆盖中国除南极内陆以外的所有科研站。下一阶段，该团队将充分发挥极地遥感应用优势，不断获取和积累卫星、无人机、地面观测等遥感数据，探索和挖掘遥感大数据的应用潜力，为中国极地科学研究和国家战略服务。