浅谈平流层飞艇对地观测的应用

摘要：介绍了遥感技术的应用领域及遥感平台的分类，引出了平流层飞艇的概念、特点和重要性。然后，对比阐述了国内外平流层飞艇在遥感领域的发展现状，并分析了其相对优势，列出了部分应用案例。最后总结全文，展望了平流层飞艇技术发展的未来。

关键词：遥感;平流层飞艇;对地观测

一、引言

平流层飞艇是一种依靠空气浮力驻空，以太阳能为能源动力，并保有推进系统的浮空器，它具有可垂直起降、能悬停于任意地理位置上空、运行高度超出空管范围、不受对流层恶劣天气影响、可全天侯、全天时连续工作的特点。基于上述特点，平流层飞艇非常适合长期驻空对地观测，获取遥感数据，应用广泛，对推动区域协调发展、统筹城乡发展，推进社会主义新农村建设、加强能源资源节约和生态环境保护、增强可持续发展能力、优化国土开发格局和保护国土安全有着极其重要的作用。

二、平流层飞艇发展历史及现状

由于平流层飞艇在对地观测应用上与生以来的优势，以美国为首的发达国家早在上世纪80年代初就开展了平流层飞艇平台民用的技术可行性论证及模拟试验。然而，由于受当时技术水平的限制，平流层飞艇平台的实质性推广应用仍然不具备可靠条件。得力于科学技术飞速发展，进入90年代后，平流层飞艇的关键技术研发取得了实质性突破，使平流层飞艇的军民应用成为可能。近年来，美、英、德、日等国都积极投入巨资进行研发，抢夺先机。美国非常重视平流层飞艇技术发展及军用，明确将平流层飞艇发展计划纳入其军事行动快速响应空间规划和联合作战空间规划之中，同时投入巨资进行平流层飞艇项目的研究，以满足军方目前对平流层飞艇的迫切需求，诸多项目中仅“美国高空飞艇”项目投资已超过2亿美金。日本、俄罗斯1992年成立阿夫古力浮空器中心，正在实施“金雕”平流层飞艇计划方案， 可部分代替静止卫星，用于通信、观测和其他军事目的。

日本自1998年开始平流层飞艇研究，计划使用15个平流层平台覆盖全部国土面积;韩国自2000年开始实施分三步走的平流层飞艇发展计划;以色列计划于1998年开始研究侦察飞艇;英国ATG 公司2002年开始实施“天猫（SkyCat）”高空无人飞艇计划，并正与马来西亚合作研制平流层目标艇。德国Sanswire TAO 公司与斯图加特大学合作研制Airworm和Airchain链式多气囊平流层飞艇。

就我国而言，目前已有少数有政府背景的测绘研究院所、高校科研院校重视平流层飞艇的科学研究和试验，如上海交通大学研制的“致远一号”平流层飞艇于2009年11月8 日试验飞行成功，具有重要意义。中国测绘科学研究院和武汉大学是国内最早应用遥感飞艇平台开展低空摄影测量地形图测绘的。2008年，彭晓东等针对航空摄影测量的要求，改进设计制造而成了FKC-1 无人飞艇平台，并专门开发了解决无人飞艇所获取的高重叠度、大旋转角的立体影像，大数据量等问题的空中三角测量软件，基本实现无人飞艇影像空中三角测量的自动处理。2012年，华南理工大学任鹏等利用自制的小型遥控飞艇搭载数码相机和红外成像设备，在广州大学城飞行，获取了近2355 m×2081 m的正射影像。

总体而言我国平流层飞艇技术仍处在研究和演示验证阶段，未完成关键技术攻关，与已经基本完成关键技术攻关并正准备高度仿真试验的西方国家相比，存在较大差距。

三、平流层飞艇遥感应用优势及举例

相对卫星遥感平台，平流层飞艇机动性更好、成本更低、影像清晰度更高、对固定区域的连续观测时间更长，易于更新和维护。相对对流层遥感平台，平流层飞艇则观测覆盖面积更大、动力更环保、滞空时间更长、安全性也更高。平流层飞艇可广泛应用于自然资源观测、海洋监测、环境保护、防灾减灾、精细农业、水利监测、大地测绘、城市规划与管理等领域，在此列举部分应用案例。

3.1 在生态环保监测中的应用

2014年起，青海湖管理部门利用平流层飞艇对青海湖区域进行了草场长势、牧草营养量、种类、载畜量等信息的对地观测，为制订科学放牧路线提供了技术参考。平流层飞艇独具稳定性和可控性，观测精度可达3cm，使用艇身所带的红外光谱、可见高光谱、大面积高清相机、高清视频、低清视频、多光谱六种载荷经过数据分析后，可以得到观测地区的草场长势、牧草营养量、种类、载畜量等信息，辅助放牧路线规划。

3.2在交通监测中的应用

智慧交通需要信息技术手段为支撑，通过平流层飞艇上的高分辨率雷达、光学和红外传感器等遥感系统，可增强交通监测的效率，特别是采用移动目标监测技术非常适用于交通管理确定目标移动速度，平流层飞艇可全天时全天候工作，可为智能交通中的流量监测、目标车辆类型识别等提供辅助技术手段。

3.3 安全领域的应用

在边境监测方面，对边陲、开放水域、海岸线、水下、航空港、海关、货物处理区域的常态化监测非常有必要，需采用平流层飞艇搭载的雷达、辐射计、超光谱、多光谱和红外传感器，能有效获取大型观测区域内的多期高清影像。任务特点：持续时长超过一年，需要近实时观测，为保证安全需持续观测，观测区域大，高分辨率传感器（<0.5m）可探测人员和物品。在关键基础设施保护方面，保护油、气、水、交通、通信等网络系统等非常重要，对上述内容进行实施观测，防止人为破坏。

四、结语

平流层飞艇遥感应用展望平流层飞艇高分辨率对地觀测系统具有成本低、高精度、全天候、机动性好、易于更新和维护等诸多优点，在遥感领域将大有作为，将对社会、经济、国防、科技进步、农业、灾害防治、资源环境、公共安全等重大领域做出重大贡献，是未来各国必争的技术高地，具有很好的发展前景。

参考文献

[1]段洣毅.平流层飞艇的发展及其在遥感领域中的应用[J]，测绘地理信息2018.2

[2]李智斌.平流层飞艇动力学与控制研究进[J]，力学进展2019.4

[3] 彭桂林.中国浮空器遥感遥测应用现状与展望[J]，地球信息科学2019.1

作者简介：潘东华（1976.12—）高级工，江苏人，主要从事浮空器全工艺流程及加工制作方法研究

（中国电子科技集团公司第三十八研究所 安徽 合肥 230031）