“激光哨兵”、“气象员”、无人车…… 科学岛多项科研成果让人眼前一亮

无人摆渡车。

大气臭氧探测激光雷达。

装备半自动化分析系统的大气环境探测“激光哨兵”让“一台设备搭一个博士”局面成为历史；一双“红外眼”在黑夜中也能“看云识天气”，实现临时极端天气精准预测；拥有无人驾驶技术的摆渡车在园区内可随叫随到，好比“无人版”网约车……4月3日，中科院合肥物质科学研究院发布三项科研成果，让人眼前一亮。

大气探测的“激光哨兵”

大气污染物“从何而来”？它一探可知

近日，由中科院合肥物质科学研究院（以下简称“合肥研究院”）安徽光学精密机械研究所牵头承担的国家重大科学仪器设备开发专项“大气细粒子与臭氧时空探测激光雷达系统研制与应用示范”项目通过由科技部组织的综合验收。

“设备的工作过程简单来说，就是将激光打向空中，空中不同高度的细颗粒物便会散射不同特性的光线，设备再予以接收。同时，对这些散射光强度等特性信息进行分析，反推出污染物的数量、高度等信息。”

合肥研究院安光所首席科学家刘文清院士介绍，通过这样的监测过程，就可以探测出这些颗粒物的时空分布以及传输特征，同时，分析出这些污染物的源头与去向，辅助精准治霾等环境治理工作。“比如说，空气中的细颗粒物有些是局地产生的，有些是别处飘来的。仅凭地面的监测系统很难获取类似信息。但通过激光雷达设备，便可进行空气质量的全面探测，辅助采取相关针对性的措施。”这一系列型号的细粒子激光雷达和臭氧激光雷达，可为环保、气象、科研、灾害预警等工作提供先进技术和高端仪器。

打破国外垄断解决“一台设备搭配一个博士”问题

“项目组突破了激光雷达专用系列化光源、高速瞬态记录仪、数据反演等关键技术。”合肥研究院安光所环境光学研究中心副主任张天舒介绍，相关成果打破了长期以来相关仪器依赖国外进口的局面。“原先进口一台设备需要数百万人民币，我们自主研发的这套价格能降一半。”

此外，设备具有的一套接近半自动化的分析平台让操作更可靠与便捷。“原先许多设备由于操作复杂，行业内有句话叫‘一台设备搭一个博士’。但我们这套设备，普通的操作人员就可以进行长期维护。”

凭借诸多贴近实际的应用，该项目实现了多种型号环境监测激光雷达的国产化（国产化率80%以上）。“截至2018年底，项目销售成果超过200台，市场占有率50%以上。”同时，该项目组利用相关技术与设备，曾为多项国家重大活动保驾护航。项目在京津冀地区还建立起雷达观测网，持续数年为中国环境监测总站提供激光雷达组网和走航数据支持。

“下一步，我们将持续推出高端立体检测设备，完善相关产业链建设。”

水相关气象研究的“组团”黑科技

24小时“看云识天气”

在气象行业里，从突发强对流天气监测预警、中短期天气预报到中长期的天气气候预测都与水相关要素息息相关。由合肥研究院安光所研发的“水相关气象要素探测设备”便可进行精准探测。

“我们主要有三台设备，水汽-汽溶激光雷达、全天空云图仪、降水天气现象仪。”合肥研究院安光所大气光学研究中心副主任刘东介绍，自然界中水以气态、液态、固态三重形态共存并循环，在大气中分别表现为水汽、云、雨雪等相态。这三台设备能够分别对不同形态的水进行探测与分析。

相对于传统的监测方法，三台设备皆有技术上的进步。刘东介绍，在降水要素上，降水天气现象仪可进行更精细化的探测，不仅能测雨水强度，还能测得雨滴的大小、形状以及雨水、冰雹、雪等不同形态。

而全天空云图仪则可实现科学的“看云识天气”。“传统对云量的观测主要采取人工观测，但这会带来一定主观性偏差，也消耗更多的劳动力。”刘东介绍，全天空云图仪利用机器视觉技术，通过红外线与可见光两个波段，可24小时连续观测，并准确地分析云量、云底高度以及形状等参数。

探测设备预报天气精准到小时

目前，国内尚无公开发表的针对水循环进行研究的全套、科学的探测手段。利用这三种设备来分别探测大气水汽廓线、云和降水，获得高时间分辨、全相态探测和昼夜连续的水相关气象要素，为气象站点提供一体化的探测设备，是合肥研究院该项目团队首次创造提出。“这解决了水相关气象要素整体探测领域存在的许多关键问题，包括自动观测、精细化探测等。”

该项目组突破多项共性关键技术，下一步将进行实际应用推广等相关工作。

“应用推广开后，若能精细化布点，就可以提供更全面精细的数据，对极端天气、大气灰霾等进行准确预测，能做到以小时为单位的短时精准预报。”相对于我们常常收看的天气预报信息，这套设备的优势在于对临近时间天气的准确预测。“比如想知道2小时后是否会有极端天气，这套设备就可以提供。”刘东表示，日常的天气预报更多的是利用大气动力学，对后几天的天气进行预测，而这套设备可实现所在地的实时精细探测，提供临近时间的天气预测。

无人版园区“网约车”

无需司机 手机APP一键叫车

用手机APP输入起点和目的地，很快，一辆无人驾驶的小车便“自己”开到你面前，随后，小车会安全将你送到目的地……这样类似科幻片中的场景，如今已在中科院合肥技术创新工程院（下文简称“创新院”）园区中上演。

在昨日合肥研究院的发布会上，记者亲身体验了这辆“聪明”的小车。从外观上看，这辆小车与我们日常所见的景区观光车、摆渡车几乎无异，车身不大，前后两排共四座。但在车顶上装有一个摄像机，车头处有激光雷达，车辆前排还有一个可人机交互的触摸屏。坐上车行驶起来后，这辆摆渡车的无人驾驶技术并不逊色。

车辆的行驶速度不快，基本稳定在15km/h左右。当前方出现行人时，车辆在距离两米左右的位置自动刹车，待行人通过后，再次启动。当车辆遇到障碍物时，可进行自动避让。此外，当周围车辆交互驶来时，这辆摆渡车会自动减速让行。当记者到达目的地时，摆渡车还可以在固定泊车点，实现自动泊车。

据创新院智能移动机器人中心工程师、合肥中科智驰科技有限公司技术总监袁胜介绍，这辆摆渡车之所以可实现弯道行驶、主动避障、循迹行驶等功能，在于该车辆运用了对车辆行驶道路检测的环境感知技术，可对车辆行驶路线、驾驶行为进行规划的智能决策技术，以及对车辆速度、方向等进行控制的运动控制技术。

“车辆装有激光雷达、相机、GPS等多种传感器，这就相当于摆渡车的‘眼睛’。”袁胜介绍，环境感知系统正是通过这些“眼睛”，获取位置、距离、障碍物等信息，构建出无人车的可通行区域。然后智能决策系统根据不同的行驶环境和行驶任务，决策出直行、拐弯、超车、绕障等驾驶行为，然后交给运动控制系统来控制方向盘、油门、刹车等执行机构，从而实现车辆的无人驾驶。此外，无人驾驶摆渡车还类似无人版网约车，无需司机，乘客可通过手机APP一键叫车。

今年将实现量产并投入使用

在应用方面，这辆摆渡车可用于机场、工厂、景区、学校等多种场所，实现智能便利的短距离交通出行。“除了实现无人驾驶的相关必备‘技能’，这辆摆渡车还具备景点语音解说等多重功能。”

“我们已经攻克无人驾驶摆渡车的关键核心技术，大幅降低了车辆生产成本，使其具备了量产条件。该车也是目前国内首款可实现量产的低成本无人驾驶摆渡车。”袁胜介绍，这辆无人驾驶摆渡车的单台生产成本在10万元以内，在行业内具有极大的价格优势，突破了无人驾驶从高额研发到低成本量产的行业瓶颈。

目前，中科智驰已与省内主机厂家达成合作意向，预计今年首批无人驾驶摆渡车即将实现量产，并投入实际应用，应用于景区、园区等半封闭道路环境的人员摆渡和物资运送。同时，公司将在合肥打造一个无人驾驶摆渡车示范区，建成后，该示范区还将向市民开放，大家可以近距离体验无人驾驶技术，了解无人驾驶科普知识。

晨报记者 刘畅司晨 文/摄

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