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  • 除了导航,“北斗”还能干什么

        庞之浩

        11月5日,我国成功发射了第49颗“北斗”导航卫星。很多人可能认为,“北斗”的作用就是导航。其实,“北斗”系统具有实时导航、快速定位、精确授时、位置报告和短报文通信服务五大功能。它不仅已广泛用于交通运输、基础测绘和搜救打捞等领域,还正在金融、通信、电力、工程勘测、精准农业、资源调查、地震监测、公共安全、应急救灾、全球搜救和国防建设等许多方面大显身手。就在刚刚过去的“双11”活动中,北斗也在智慧物流方面发挥着重要作用。

        工程建设的利器

        “北斗”系统可为建筑、挖掘、路基、规划设计、物理勘探、石油钻探和地壳运动监测等许多工程提供高精度定位,因此能大大提高工程建设的生产力,并提升相关活动的精度和效率,比传统测量方法的效率高3倍以上。

        比如,应用该技术已使道路、桥梁的建设精度达到毫米级,大大提高了隧道、地铁等重要交通基础设施的测量与建设精度,降低了建设成本。“北斗”技术用于公路边坡、桥梁变形监测后,由于不受通视条件的限制,因而选点灵活,能根据监测需要,将监测点布设在对变形体的形变比较敏感的特征点上。

        最简单的例子是:盖高楼时,用“北斗”终端可随时测量楼房歪不歪;在洪灾来临时,用“北斗”终端能及时了解水坝是否移动;在挖山洞或地铁时,用“北斗”终端就不用担心从双向往中间掘进时出现错位了,比单向掘进隧道效率提高50%。

        助力精细农业增产

        导航卫星的精确定位功能可广泛用于农场规划、田间测图、土壤取样、拖拉机引导、作物田间检测和播种速度选择以及肥料、杀虫剂和产量检测系统等。

        它能够提升农药、除草剂和肥料使用的精度,同时更好地控制化学物质的扩散,从而降低成本、扩大产量,创造环境友好型的新农场,使不同地区、不同条件下的作物增产3%-50%,大大降低农业生产的人力、资金(机器和设备)和原材料(种子、肥料、杀虫剂、其他化学药品、燃料、油和电)成本,降低的投入占总成本的1%-50%不等。据估计,卫星导航技术带动的平均增产可以达到10%,平均成本能够降低15%。

        基于“北斗”的农机作业监管平台,已实现农机远程管理与精准作业,服务农机设备超过5万台,精细农业产量提高5%,农机油耗节约10%。

        海洋渔业的帮手

        渔业是“北斗”卫星导航系统应用最早也最为广泛的行业之一。安装了“北斗”用户机,不仅可以为船只导航,还可以通过“北斗”独有的短报文通信技术,报告船只位置和船上人员的情况。我国已经有约10万艘出海渔船安装了“北斗”用户机。

        对渔民来说,“北斗”的短报文功能至少有四大好处。一是与家人联络,满足情感需要。二是与国内市场联络,打了什么鱼,有多少斤,可以提前通知预售,提高收入。三是与周边渔船联络,遇险时及时自救和互救。四是有了准确定位,可以避免打鱼越境的纠纷。

        我国已通过“北斗”先后向渔民发送了数万次热带气旋等危险气象信息警报,救助了多艘渔船、渔民、病人等,累计救助1万余人,有效避免涉外事件多起,挽回经济损失上亿元。

        金融电力的保障

        现在,网络已经成为现代金融业的重要基础。然而,在网络条件下的金融服务体系中,时间的同步是至关重要的,用“北斗”系统提供的精确授时服务可使现代金融体系实现网络时间同步段,保证现代金融系统安全运行,因为全国各金融单位的1秒钟误差,就有可能带来巨额的损失。

        电力系统的安全运行也需要在很大的范围内实现较高精度的时间同步,这样可实现整个电网高精度的时间同步,实现同步相位测量、运行稳定性判断、故障定位、高可靠性的电流纵差保护、继电保护等,从而提高电力网络运行的稳定性、可靠性和安全性。

        基于“北斗”卫星导航系统的“北斗电力全网时间同步管理系统”投入使用后,结束了我国电力运行时间完全依赖美国GPS的历史,有效地保障了我国电力安全和国家安全。

        实现防灾救灾实时调度

        在紧急救援上,基于“北斗”系统的导航定位、短报文通信以及位置报告等功能,已实现全国范围的实时救灾指挥调度、应急通信、灾情信息快速上报与共享等服务,极大地提高了灾害应急救援的快速反应能力和决策能力。

        2008年汶川地震时,震区通信中断。救援部队通过“北斗”的短报文功能,让救援部队和指挥部的联系保持顺畅,从而保证了指挥命令及时下达、灾情信息实时上报等整个救灾的指挥调度,在决策、搜救、医疗等工作中发挥了关键作用。

        我国已把“北斗”技术与井下监测技术相结合,实现了对井下瓦斯浓度、风机转停等关键参数的实时监测。我国还将“北斗”引入自动气象站,增强了自动气象站适应性。

        由于“北斗”可实现全国范围的无缝覆盖,具有定位、授时和短报文等功能,所以为森林防火、扑火的指挥调度提供了新的技术,有效解决了火场定位、侦察、引导扑救、后勤保障、损失评估等问题。目前,全国各地森林防火系统已经配备多台套“北斗”用户机,取得了明显的经济和社会效益。

        依托大数据实现智慧物流

        物联网是未来社会的发展方向。“北斗”系统可作为物联网的一个重要组成部分,应用在感知、网络两个层面。这里我们侧重说说“北斗”在智慧物流方面的应用。

        比如,北京近年来逐步在物流车辆上安装“北斗”设备,结合自身的物流大数据,进行了物流智慧管理。通过对车辆速度和路线的实时监控,保障驾驶安全;结合“北斗”卫星导航系统的地理位置数据,进行数据分析和挖掘,定制服务线路,提高物流效率,管控成本,也让信息更透明。

        “互联网+北斗物流”项目,通过手机货源APP终端,能让行进中的空货车找到离自己最近的货源。有了这款APP终端,包裹能更加及时地进行运输,早一天开始运输,就能早一天送达目的地。

        此外,国内电商平台还研制出了“北斗”智能车载终端及人员佩戴式手环设备等北斗产品,并接入物流云平台进行有效运转,能实时掌握和调度车辆、人员位置、状态和载货信息,为客户提供最适合的配送方案,并根据需求变化迅速调整。

        “只受想象力的限制”

        随着卫星导航接收机的集成微小型化,它可以被嵌入到其他的通信、计算机、安全和消费类电子产品中,使其应用领域更加广泛。卫星导航系统与消费类电子产品的融合是目前导航系统在社会中最广泛应用的一种方式,如在MP3、MP4、笔记本电脑、手机和数码相机等电子产品中集成导航功能,提供一种基于位置的服务。

        在今年10月1日天安门广场的国庆盛大阅兵式上,来自32个装备方队的580台车辆,以整齐划一的行进速度,前后左右一致的车距,给人留下了深刻印象。这背后的“秘密武器”就是“北斗阅兵训练考核辅助系统”,它可以保障32个方队整体车速控制在10千米/小时,骑线偏差不超过1厘米,厘米级的定位精度已赶超世界先进水平。同时,该系统也精准助力阅兵训练,使训练高质高效。

        在科学研究上,“北斗”已用于电离层和中性大气反演以及气象学研究,卫星跟踪地球重力场和大气探测,以及航天器或地球卫星精密定轨、导航与对接等科学目的,为科学发展服务。

        在水利上,基于“北斗”卫星导航系统的水文监测系统已建设完成,实现了多山地域水文测报信息的实时传输,大大提高了灾情预报的准确性,为制定防洪抗旱调度方案提供重要的保障。

        在气象观测预报上,一系列气象测报型“北斗”用户设备研制成功,提出了实用可行的系统应用解决方案,解决了国家气象局和各地气象中心气象站的数字报文自动传输和可视化问题……

        “北斗”的用途远不止如今的车辆导航、手机定位、电子地图。由于智能产业与时空信息密切相关,能提供位置和时间信息的卫星导航技术必将被用于智能网络、智能传感、智能交通、智能通信、智能物流、智能社区、智能电网等所有智能产业中,并形成各种前所未有的新型商业模式。

        有关“北斗”应用的例子举不胜举。当它与云计算等新技术结合时,其应用“只受想象力限制”绝不是一句空话。

  • 农业影响我国北方数千年氮循环变化

        柯苑

        自20世纪以来,人类通过过度施用氮肥和燃烧化石燃料等方式释放了大量的活性氮素,极大地扰动了自然氮循环过程,并由此产生了地表水体富营养化、生态胁迫和温室效应增强等一系列环境问题。

        欧亚大陆的早期农业活动至少在8000年前业已开始,并被认为是全新世(约11700年前至今)二氧化碳浓度“异常升高”的主要原因。然而尚不清楚的是:早期人类活动何时开始影响氮循环?在土地利用方式改变过程中,氮循环如何演化?

        氮同位素研究是揭示生态系统氮循环性质的有效手段。例如,较高的氮同位素值通常指示较大的氮素可获得性和更开放的氮循环过程。

        在我国北方岱海湖区,存在着许多仰韶文化和龙山文化遗址,原始农业至少开始于7000年前,是研究湖区早期人类活动与土壤-植被系统氮循环之间关系的天然实验室。黑碳是陆地植被不完全燃烧的产物(包括元素碳、木炭和部分碳化的植物残体),随着湖区周边火事件的发生被保存到湖泊沉积记录中,其氮同位素值可以反映燃烧植被的氮同位素组成。

        中国科学院地质与地球物理研究所新生代地质与环境重点实验室副研究员王旭及合作者通过分析岱海湖泊沉积钻孔中黑碳的氮同位素,重建了过去1万年以来我国北方森林-草原生态系统中氮可获得性的变化历史,揭示了氮循环随着土地利用方式的变化而发生的演化规律。

        研究结果表明,自距今7400年前原始农业开始时,黑碳氮同位素值显著升高,说明湖区土壤中氮素的可获得性显著增加,暗示湖区土壤-植被系统的氮循环过程由封闭转向开放状态。氮同位素的升高伴随着树木比例的锐减(如在约7400至7000年前树木百分比从62%快速降低到33%),而同期降雨的增加无法解释该植被变化,所以早期人类通过放火来开垦土地和进行农业活动是氮循环变化的可能原因。

        该研究还发现,在原始农业(约6600-3500年前)和隋唐时期传统农业(公元581-907年)的影响下,氮的可获得性表现出两种不同的变化过程,即前者呈现缓慢上升趋势而后者则表现为快速增加,表明土壤中氮素可获得性对农业模式的依赖性。原始农业活动主要通过清除森林植被和耕犁土壤来增加氮素可获得性,这是一个相对缓慢的过程,而传统农业是通过向土壤中施放含氮肥料(如粪肥)来增加氮素可获得性,这是一个相当快的过程。

  • 新研究揭示日冕高温之谜

        周舟

        太阳表面温度约6000摄氏度,而日冕(太阳大气最外层)可达上百万摄氏度。2012年,日冕加热问题被《科学》杂志列为当代天文学八大未解之谜。

        北京大学田晖教授课题组及其国际合作伙伴日前在美国《科学》杂志在线发表论文说,研究发现,从太阳内部上浮到太阳大气中的一种小尺度磁场结构,接触到磁场极性与之相反的强磁场网络组织时,会产生“磁重联”现象,将低层大气中的物质加速向外抛出,形成被称为“针状物”的毛刺状喷流。

        “磁重联”是等离子体中的一种物理过程,可释放巨大能量,在太阳耀斑、日冕物质抛射等强烈的太阳爆发活动中发挥着重要作用。

        研究团队利用美国大熊湖天文台口径为1.6米的古德望远镜,对太阳进行观测,获得了光球深处磁场演化的高质量数据。观测结果为“磁重联”驱动针状物提供了迄今为止最强有力的支持。

  • 测算动物性格有了新方法

        陈文仙 尚昊

        动物性格与行为之间有密切联系。以色列魏兹曼科学研究所近日开发出了测算老鼠性格的新方法,有助于理解基因与行为之间的联系,从而帮助研发个性化的精神疾病治疗方案。

        研究者将老鼠分成几个小组,为其提供食物、住所、玩具,允许它们自由行动和彼此互动,记录了它们几天内的行为。在对老鼠行为进行深入分析后,研究人员确定了60种不同的行为类型,如接近其他老鼠、追逐或逃跑、分享食物等。

        研究人员用一种新型算法从老鼠行为数据中总结性格特征,类似于人类的“人格五因素模型”,包括外向性、责任心、情绪稳定性、一致性和开放性。研究发现每只老鼠都有独特个性,且会持续影响它们的行为。

        研究人员通过进一步分析老鼠大脑中的基因表达模式,发现了几种与它们的性格特征相关联的基因。

  • 勤思考也减肥 大脑是最耗能器官

        卡麦拉

        1984年,国际象棋锦标赛突然被取消,原因是当时正在争夺冠军的俄罗斯选手阿纳托利·卡尔波夫异常消瘦,在此前5个月和几十场比赛中,卡尔波夫的体重减少了10公斤。据称,一位顶尖国际象棋手一天燃烧高达6000卡路里热量,即使他都不用离开自己的座位。

        研究表明,大脑会消耗身体总能量的20%-25%,主要是葡萄糖。平均而言,勤于思考的大脑组织会消耗普通成年人350-450卡路里热量,儿童时期大脑消耗的热量会更多。美国杜克大学进化人类学副教授道格·博耶尔说,5-6岁儿童群体,大脑会消耗60%以上的身体能量。事实证明大脑是人体最消耗能量的器官,但仅占人类体重的2%。

        本版部分图片/IC Photo