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抗震救灾中的10大科学技术

已有 4376 次阅读 2008-6-4 23:24 |个人分类:科坛漫步|关键词:汶川地震,科技产品,综述| 综述, 汶川地震, 科技产品

本文将发表在2008年第11期《科技导报》

摘要   5·12汶川大地震发生后,在恢复灾区通讯、勘察和评估震区灾情、打通运输通道、搜救遇难者生命、拆除灾区危房、医治灾民心理创伤、监控灾情发展和余震、运送救灾物质和伤员等工作中,许多高新技术及其相应的产品发挥了重要的作用。介绍了在汶川大地震中发挥重要作用的海事卫星电话、卫星导航设备、生命探测仪、野战医院、搜救犬、遥感技术和航空遥感飞机、直升机、搜救工具、爆破技术、心理危机干预等10 项科学技术及其相应的科技产品,并简要评估了其在抗震救灾中所发挥的作用。


0 引言
  5·12汶川大地震发生后,国家紧急启动了一级救灾应急响应,调动全社会力量全力开展抗震救灾工作。在恢复灾区通讯、勘察和评估震区
灾情、打通运输通道、搜救遇难者生命、拆除灾区危房、医治灾民心理创伤、监控灾情发展和余震、运送救灾物质和伤员等工作中,高新技术发挥了重要作用,为抗震救灾做出了重要贡献。本文介绍了在汶川大地震中发挥重要作用的海事卫星电话、卫星导航设备、生命探测仪、野战医院、搜救犬、遥感技术和航空遥感飞机、直升机、搜救工具、爆破技术、心理危机干预等10项科学技术及其相应的科技产品,并简要评介了其在抗震救灾中所发挥的作用。

1 抗震救灾中的10大高新技术
1.1 海事卫星电话
  国际海事卫星电话(International Maritime Satellite Telephone Service)指的是通过国际海事卫星接通的船与岸、船与船之间的电
话业务,主要用于船舶与船舶之间、船舶与陆地之间的通信,可进行通话、数据传输和传真。海事卫星电话通过国际公用电话网和海事卫星网连通实现,其中海事卫星网路由海事卫星、海事卫星地球站、船站以及终端设备组成,而海事卫星则覆盖了太平洋、印度洋、大西洋东区和西区。
  海事卫星电话由于不需要地面通信设备,只需要一个笔记本大小的终端设备把信号发到空中,由空中的海事卫星系统接收后,再通过海事
卫星系统把信号传输到目的地,即可完成通讯业务;因此,汶川地震发生后,那些依赖地面设施如光缆、光纤、电线杆、基站的常规通信设施遭到破坏失去通信功能后,海事卫星电话仍然能正常发挥作用。汶川地震发生后,灾区的所有通讯联络一度全部中断,5月13日1:15,汶川县委书记王斌就是通过当地林业部门为森林防火配备的海事卫星电话向阿坝州政府报告的汶川灾情。自此,抗震救灾指挥部第一次知道了汶川县城的真实受灾情况,恢复了与外界隔绝11小时的汶川的联系,为指导抗震救灾工作提供了重要参考[1]。
  5月13日23时15分,最先抵达汶川县城的武警某师参谋长王毅和他的挺进小分队,也是用海事卫星电话向上级报告的汶川受灾情况[2]。5月
14日,在茂县与外界的通信、交通完全中断的情况下,15名空降兵先遣队员携带2部海事卫星电话,在茂县上空成功实施了伞降,发回了茂县的第一份灾情报告,并每隔半小时向指挥部报告最新救援进展和灾情,为随后的救灾物资大空投指引目标。之后的许多天,来自灾区的新闻文字稿、图片、视频均是通过海事卫星设备传出来的。抗震救灾人员之间互相联系、与外界联系和与震中联系,均使用的是海事卫星设备。
1.2 卫星导航设备
  汶川地震发生后,国家测绘局随即安排了3颗高分辨率、雷达遥感卫星对准灾区,获取卫星影像,同时调集飞机赴灾区进行航空摄影,科技
专家利用卫星遥感、遥测等技术手段,不断将分析报告和建议上报国务院和抗震救灾指挥部,为科学研判汶川大地震灾情提供了支撑。国家国防科技工业局也积极协调中外卫星资源,首先安排中国卫星密集地对地震灾区进行成像,并调集过去卫星对灾区成像的图片,加强灾情监测与评估。在充分利用国内卫星资源的同时,国家有关部门还在地震发生后1小时内,按照《空间与重大灾害国际宪章》启动相应国际减灾合作机制,提请包括美国、加拿大、法国、日本、印度、欧空局等11个主要航天机构的20颗卫星为中国提供灾区图片。5月13日14:00,日本航天局于向我国提供了由其ALOS遥感卫星拍摄到的受灾地区雷达卫星遥感图片,成为震后通过国际合作首次获得的灾区大尺度卫星遥感图片[3]。5月16日,美国宣布将向中国提供四川震区的卫星照片,包括损毁的水库、道路及桥梁的卫星图。
  
  “北斗一号”卫星定位系统是我国具有完全自主知识产权的卫星导航地面关键设备,它的研制成功使得我国成为继美国全球卫星定位系统
(GPS)和俄罗斯的全球导航卫星系统(GLONASS)之后世界上第三个建立了完善的卫星导航系统的国家。汶川地震发生后,有关部门将1 000多台“北斗一号”用户机及时配发给救援部队,在灾区通信不畅的情况下,有效地解决了救援部队各点位之间、点位与北京之间的定位与联络,使一线救援部队能及时将灾情和准确位置发送到各级指挥部,为抗震救灾指挥部提供了决策依据,为解救被困群众提供了重要信息[4]。为搜救5月31日下午在执行救灾任务时失事的一架米—171直升机,部队给搜救小分队也都配备了“北斗一号”卫星导航设备;空军派出侦察飞机在直升机失事地域拍摄遥感照片[5]。
1.3 生命探测仪
  生命探测仪是目前世界上最先进的搜救仪器,具有体积轻巧、携带方便、操作简单、性能优越等特点,被广泛应用于各类遇难者救援活动
之中。汶川地震发生后,专业救援队使用生命探测仪为挽救大量被掩埋在废墟底下的生命立下了汗马功劳。生命探测仪按其探测传感器原理可分为光学生命探测仪、热红外生命探测仪、声纳生命探测仪、雷达生命探测仪等类型。
  光学生命探测仪:是利用光反射原理进行成像生命探测的仪器。仪器的主体为一柔韧的蛇皮管,能在瓦砾堆中3600旋转;蛇皮管前端有一
细小的光学探头,可深入到极微小的缝隙中探测,将接收到的光学图像信息传送给救援队员的观察器上。
  热红外生命探测仪:该探测仪具有夜视功能,通过探测遇难者身体发出的红外热辐射,帮助救援人员确定遇难者的被埋位置和大致轮廓。
  声纳生命探测仪:这种仪器装有振动传感器,可根据遇难者发出的呼救、敲击声,甚至微弱的心跳颤动,以此判断废墟下是否有存活的遇
难人员。
  雷达生命探测仪:该探测仪能在7 m半径、750角的范围内探测到废墟中被困人员呼吸时的动态数据信号,直接锁定被困人员有无生命迹象
以及所在大概位置。
   5月15日凌晨,厦门消防救援队到达灾情严重的青川县城,利用生命探测仪在3个倒塌废墟里发现4名幸存者。5月16日,日本政府派遣的第
一支救援队携带包括世界上最先进的生命探测仪在内的救灾设备达到汶川地震灾区[6];同日,海军陆战队第一梯队官兵到达绵竹县汉旺镇进行抢险救援,并在搜救中使用了生命探测仪。  
 
1.4 野战医院
  野战医院实际上就是可移动的医院,主要用于战时在战场上紧急救治伤员,也可用于重大自然灾害发生时灾区伤员的临时救治。它一般由
军用帐篷和必要的医疗仪器设备、手术台等组成,同样设有门诊、内科、外科、妇科、儿科和药房,以及放射科、检验科、病房和重症监护室,可谓“麻雀虽小,五脏俱全”。
  5月16日,张弘扬成为南京军区野战医院里出生的第一名新生儿。据了解,截至5月20日,已有18名新生儿在这个救灾野战医院出生。5月23
日,由德国提供的一所拥有120个床位、可面向25万人口的野战医院抵达成都,并将运往地震灾区服务[7]。5月27日,15岁的灾民黄奕被安排到设在都江堰市的中德红十字会野战医院,在这里得到了及时而有效的治疗。

1.5 搜救犬
  搜救犬对气味的辨别能力比人高出百万倍,其听力是人的大约18倍,它不仅视野广阔,还有在光线微弱条件下视物的能力,是国际上普遍
认为搜救效果最好的搜救“设备”。经验表明,用人工需要30 – 60 min才能完成的搜救任务,搜救犬只需5 – 10 min就能完成。通常认为,在某一地点,如果连续用两条搜救犬都未发现幸存者,则100%可以认为该地区不会有幸存者。2001年4月27日,中国国家地震灾害紧急救援队成立,随后成立了搜救犬分队,分队13只德国牧羊犬、加拿大拉布拉多犬和比利时牧羊犬成为中国第一批搜救犬。汶川地震发生后,国家地震灾害紧急救援队和15支省级地震灾害紧急救援队,共配备了几十条搜救犬,为搜救遇难人员发挥了重要的攻坚作用。截至5月15日,北京军区某工兵团在都江堰废墟中抢救出的38名幸存者,全部是由搜救犬定位后救出的,其中8名被埋在深层的幸存者是由搜救犬率先发现的[8]。

1.6 遥感技术和航空遥感飞机
  遥感技术是20世纪60年代兴起的一种探测技术,它是根据电磁波的理论,应用各种传感仪器对远距离目标所辐射和反射的电磁波信息,通
过收集、处理并最后成像从而对地面各种景物进行探测和识别的一种综合技术。航空遥感(Aerial?Remote?Sensing)又称机载遥感,是指利用飞机、飞艇、气球等航空器械作为传感器运载工具实施空中遥感探测的一种综合性探测技术。
  汶川地震发生后,在地震灾区通信、交通被严重破坏的情况下,科技工作者通过卫星遥感技术和航空遥感飞机,给抗震救灾指挥部及时提
供了大量地面宏观灾情遥感图像,为指挥部科学评估灾情,进而采取有效救灾防灾措施做出了贡献。
  汶川大地震发生后,重灾区陷入信息隔绝状态。国土资源部紧急启用航空遥感飞机,从6 000 m高空拍摄了地震灾区高精度遥感图
片。之后,航空遥感飞机又成为监测堰塞湖等次生灾害威胁的“天眼”。
  5月14日下午,中国科学院2架航空遥感飞机飞赴汶川灾区开展遥感监测和灾情评估工作,30多位科研和飞行人员完成了2个架次共8个小时
的雷达航空作业。现场作业组迅速进行数据回放和初级处理,部分快视和纠正数据当夜既送达北京,相关科研人员连夜对遥感监测数据作进一步处理,并开展灾情信息分析,为国家有关部门抗震救灾工作提供咨询服务和决策依据[9]。
  截至5月15日22时,海军某飞行团飞行员驾驶遥感飞机在四川地震灾区上空累计飞行33小时,成功完成对灾区的遥感探测任务,对400 km2
的灾区实施了精确拍摄,提供了多达2 800 G的数据信息。
  5月16日早7时55分,国家测绘局派遣的中飞四维公司机组对都江堰、汶川、茂县、理县等重灾区的河谷居民地实施了航空摄影,航摄面积
约2 200 km2,成功获得了该地区的地面分辨率为0.35 m的彩色航片200张。在对获得的航空摄影照片及数据进行加工处理后,国家测绘局制作了灾区真彩色影像图及三维地理信息系统等产品,可提交抗震救灾和灾后重建使用。
  遥感技术还被开始应用于地震预测预报和余震监测等方面[10-12]。

1.7直升机
    直升机是一种重要的空中运输系统,主要由机体和升力(含旋翼和尾桨)、动力、传动3大系统以及机载飞行设备等组成,其突出的特点是
可以做低空、低速和机头方向不变的机动飞行,以及可在小面积场地垂直起降。它不仅在军用对地攻击、机降登陆、武器运送、后勤支援等方面得到广泛应用,而且还在民用短途运输、医疗救护、救灾救生、紧急营救、吊装设备等方面得到大量使用。
  汶川地震抗震救灾中,使用最为广泛、给公众印象最为深刻的主要是米-171直升机和米-26直升机。统计显示,这次抗震救灾期间,全军
及民航系统共出动直升机99架,其中民用直升机30架,而其中又以米-171机型最多,其次为黑鹰、直八、超级美洲豹等机型[13]。5月1日在汶川县映秀镇附近执行救灾飞行任务失事的直升机就是米-171机型[14]。该机组人员自参与抗震救灾以来,在复杂地理、恶劣气象环境条件下抢运受伤群众和运送救灾物资,共飞行63架次,运送救灾物资25.8 t,运送救灾人员87名,转运受灾群众234名。机长邱光华所在成都军区陆航某团,创造了这次抗震救灾5项第一:第一个从空中抵达汶川、茂县、映秀、北川等重灾区;第一个将食品、药品等救灾物资送到灾区群众手中;第一个从灾区运回伤员;第一个搭载通信小分队飞抵汶川;第一个将通信设备运抵灾区[15]。
  汶川地震造成至少千处以上的滑坡和泥石流,形成了大量堰塞湖[16],对湖泊下流居民构成了严重威胁,急需疏流排险,以防溃坝。由于
唐家山堰塞湖等处道路险峻,大型挖掘机无法通过公路运送到堰塞湖作业地段,因而大型米-26直升机派上了大用场。
  5月25日,由俄罗斯支援中国的一架米-26重型运输直升机飞抵四川德阳市广汉机场,用于执行吊运大型机械设备的任务[17]。6月2日,米
-26直升机从唐家山堰塞湖坝顶吊运抢险物资设备至北川擂鼓镇工作结束。正是有了米―26直升机,近20 t重的挖掘机、推土机、自卸车等重型装备和大量油料才得以顺利运上坝顶,抢险施工才得以全面展开。

1.8 救援工具
       灵巧、高效、实用的高科技救援工具在快速打通通往灾区的道路,协调指挥抗震救灾现场,挽救被废墟掩埋的生命等方面,都发挥了重要
的作用。
       液压钻岩机:这是一种以高压油为介质的强力钻岩设备,可用于巷道掘进、旧建筑物拆除、抢险救灾工作中,每分钟 掘进1 m,具有体积
小、重量轻、钻速快、振动小、操作灵活方便等特点,成为这次抗震抢险救灾中的最佳使用机械。
  液压劈裂机:这是目前国内研制开发的新型高科技救援产品,可以起到逢山开山、遇石劈石的作用。该机械操作方便,简单实用,安全高
速,可以预先精确确定分裂方向,数秒钟即可完成分裂过程,并且可连续无间断地工作,非常适合无干扰地开展抢险救灾工作,是替代手工解体物体的最理想的抢险救灾产品。
  小气垫:小气垫采用新型高强度芳族聚酰胺材料制成,非常坚韧,通常只有枕头大小;只要有5 cm的缝隙就能把它塞进去,然后用气瓶把
气垫里的气压加到8个大气压,鼓起来的垫子就能顶起数十吨的楼板。
  液压钳:在钢筋交错的灾区废墟现场,这种液压钳的体积并不大,但是通过应用液压原理,它却能把粗硬的钢筋一根根剪断,为营救工作
赢得宝贵的时间。

1.9 爆破技术
  爆破技术是利用炸药爆炸的能量破坏某种物体的原结构,以实现不同工程目的所采取的药包布置和起爆方法的一种工程技术。根据各种工
程目的和要求,通过采取不同的药包布置形式和起爆方法,在传统的炮孔法、药室法和裸露药包法3种爆破方法的基础上,科技工作者又创造了许多各具特色的现代爆破技术,如,微差爆破(又称毫秒爆破)、光面爆破和预裂爆破、定向爆破、控制爆破、水下爆破、地下爆破等。
  运用技术排险,实施科学救援,成为汶川地震工程兵部队抗震救灾的一大突出亮点。解放军工程兵工程学院爆破专家在都江堰、绵竹等地
,通过实施爆破技术,拆除了震区大量危楼、危塔,指导工兵分队对嘉陵江堰塞湖实施了爆破排险,10次爆破作业就清除了河道障碍物50 000 m3,保证了宝渝铁路交通运输安全。此后,工程兵工程学院、工程兵指挥学院的20名爆破专家又奋战在老鹰岩堰塞湖和水库、厂矿、城镇等多个任务区,担负危桥危坝排险、危险品设施拆除等技术指导和施工作业任务[18]。5月下旬,武警水电部队官兵对所负责的堰塞湖坝实施爆破排险,共通过爆破排除200万m3的洪水[19]。6月1日,四川各地灾区的危房开始陆续实施爆破拆除[20]。

1.10 心理危机干预
  精神医学范畴中的心理危机,是指由于突然遭受严重灾难、重大生活事件或精神压力,使生活状况发生明显的变化,尤其是出现了用现有
的生活条件和经验难以克服的困难,以致使当事人陷于痛苦、不安的状态,常伴有绝望、麻木不仁、焦虑,以及植物神经症状和行为障碍。
  心理危机干预则是指,针对处于心理危机状态的个人及时给予适当的心理援助,帮助其处理迫在眉睫的问题,使之尽快摆脱困难,恢复心
理平衡,从而安全地渡过危机。一般说来,大范围且严重的心理危机多出现在突发性灾难之后,因此,灾后心理危机干预就成了它的一个重要组成部分。
  中山大学第三附属医院医疗队通过走访、调查问卷、面对面访谈等调查手段,发现将近48%的灾区群众存在明显的心理问题,13.39%的灾区
群众有创伤后应激障碍,其中有至亲丧失的占42.86%,高于整个走访人群的发病率。深入灾区后,该医院的第一批心理医疗专家对灾区群众心理进行了5 000余人次治疗,经医疗队精心治疗后,约50%被干预者的睡眠、情绪、认知、意志活动等方面得到了明显的改善,睡眠质量提高,情绪较前平稳,活动较前主动、积极[21]。
  针对灾区民众震后长期存在的心理问题,心理学专家建议,汶川地震后国家应设立心理干预机制[22]。

2 总结
  与唐山地震的抗震救灾相比,随着科学技术的迅猛发展,创新科学技术成果在这次汶川地震的抗震救灾中发挥了重要作用,对尽快恢复抗震救
灾指挥部与震区尤其是震中灾区的通讯联系,尽可能多地挽救废墟中掩埋的遇难者,监测余震、抢险排险等,起到了传统器械所无法达到的作用。
  作为地震等自然灾害高发国家,今后我国应有针对性地着力研究应对地震等自然灾害的专用抢险、救灾、救援等器械,大力发展与此相关
的高新技术及其产品,以便在灾害降临时尽最大可能减少人员的伤亡和财产的损失。

  
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