海大“黑科技”闪耀冬奥会

青岛晚报 2022-02-07 06:45 大字

奥运圣火微光成炬照亮所有代表团雪花引导牌；大山里纯净空灵的童声放歌冬奥会开幕式；中国短道速滑混合团体踏冰逐梦拿下首金；中国花滑首次晋级冬奥团体赛决赛轮……时隔14年，奥运匹克重回北京，震撼、感动、激情、破防等成为本届冬奥会的高频词。而赛事完美启幕的背后，是无数人的全力以赴，也有不可或缺的青岛元素——由中国海洋大学研发的“黑科技”多普勒测风激光雷达一亮相就熠熠闪耀，成为北京冬奥会上的“秘密武器”。

惊艳亮相小身躯大作用

冬奥会自正式启幕前，相关工作人员便已经尽锐出战。在“鸟巢”里、在雪山赛道，还有一台台小小的白色仪器也在忙碌着，小的有一台打印机那么大，最大的也只有家用洗衣机那么大。尽管它们身形小巧，却是冬奥会必不可少的“黑科技”——该仪器是由中国海洋大学信息科学与工程学部海洋技术学院教授吴松华带领团队自主研发的多普勒测风激光雷达。

据了解，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。户外滑雪项目比赛中，风力大小、雪面状态如何，都直接影响比赛成绩，甚至选手的生命安全。以高山滑雪为例，选手沿高山赛道进行滑降、快速回转，速度最高可达每小时140公里，一旦赛场风速超过18米/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”。而要准确捕捉这一“发令”信号，靠的正是多普勒激光雷达。

“雷达交付使用后，工作并没有结束，我们还在持续提供数据分析和保障服务。”激光雷达团队的博士王琪超告诉记者，冬奥会期间仍有同事在持续进行远程的激光雷达数据分析和保障服务。“我们刚刚还接到了国家气象部门的表彰电话。”谈及取得的成绩，王琪超为团队倍感自豪。

激光雷达观测更为精准

一台小小的雷达背后，凝结着中国海洋大学10余名老师，40余名博士、硕士研究生以及团队在学校支持下成立的青岛镭测创芯科技有限公司员工的智慧和心血。而负责此次冬奥保障服务任务的子团队有20余人，除了吴松华这位75后，其他人平均年龄不到30岁。

团队自主研发的多普勒激光雷达更准确的名字是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。

“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。”据吴松华介绍，激光雷达可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。

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，相当于给现场做一次精密的CT检查，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。

潜心钻研终有厚积薄发

科技创新研发，从来不可能一蹴而就。每一个闪耀时刻背后，往往是几年甚至几十年的破壁积累。

时间倒回至2020年初，彼时激光雷达团队刚刚接到国家气象部门的委托，将执行北京冬奥会三维风场激光雷达观测保障任务。事实上，留给团队的时间并不算充裕，因为早在前期雪山赛道场地选址、建设期间，就已经需要激光雷达参与其中发挥强大效能——雪山赛道地形复杂，气象变化莫测，相关气象部门虽然安置了现场传感器，但仍需要借助激光雷达来弥补传感器的不足，将测量覆盖至更大面积，将测量数据计算至最精准。

激光雷达团队仅用了几个月的时间就针对任务拿出了方案。但激光雷达的应用并不是一劳永逸，而是要根据实际情况产生的新需求，继续改进、磨合。随后，北京、张家口、延庆、赤峰等地都留下了团队成员的服务保障身影。

“激光雷达研发工作从四五年前就已经展开，而底层技术的攻坚时间更久，10年以前就在进行了。”吴松华告诉记者，近十余年来，激光雷达技术逐渐完善，从2008年奥帆赛现场完成测量工作，到为庆祝中华人民共和国成立70周年大会提供气象保障服务，从保障水陆两栖飞机“鲲龙AG600”海上顺利首飞，到助力智慧风电场运营、海洋风电开发……都有激光雷达一展身手。每一次，中国海洋大学的激光雷达团队都不曾令人失望，都带来了新惊喜。

自主攻坚不再怕“卡脖子”

一场无与伦比的冬奥开幕式，让世界看到中国崛起的文化软实力。但是在彰显民族自信的同时，也需要清醒地意识到，当下的中国，在科技硬实力方面依然存在掣肘——掌握在自己手里的核心关键技术有限，在不少领域仍面临着“卡脖子”难题。

在激光雷达研发初期，激光雷达团队同样也遭遇了这样的痛点。当时，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。“创新引领，精益求精，勇于担当，科技报国”是团队不变的理念。近年来，围绕国家和行业重大需求，他们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。

如果仅有技术上的创新，却无法顺畅落地，就意味着创新偏离了应有的题中之义。推进产学研用一体化是把创新成果转化为现实生产力的必由之路。中国海洋大学显然也意识到了这个问题。2018年，在市政府和学校的大力支持下，激光雷达团队成立了青岛镭测创芯科技有限公司，明确了激光雷达研发的工作重点和着力方向，不断拓展新技术、新产品市场应用空间，真正在产学研用之间实现了高度耦合和良性互动的闭环效应。

观海新闻/青岛晚报记者张琰

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