在青岛胶东国际机场内，一台“不起眼”的白色设备正24小时不间断地运行着。它的工作是对机场周边的风切变和飞机起降时产生的尾流等进行精准监测、实时预警——这些都是影响飞机起降安全和通行效率的重要因素。
这台为航空运行保驾护航的设备，就是来自青岛镭测创芯科技有限公司（以下简称“镭测创芯”）的三维扫描型测风激光雷达Wind3D 10K。这家科技企业由中国海洋大学成果转化落地而来，创始人吴松华也是中国海洋大学信息科学与工程学部的教授。通过产学研协同创新开展关键技术攻关，镭测创芯突破了多项国际先进的激光雷达核心技术，实现了技术突破、装备制造、算法匹配、产业应用等系列工作。
目前，企业相关成果已广泛应用于气象防灾减灾、风力发电、环境污染监测、海洋探测、低空经济保障、航空安全及效率提升等领域。此次，由中国海洋大学牵头与镭测创芯共同完成、吴松华为第一完成人的“高光谱分辨率激光遥感技术装备研发与应用”项目获2024年度山东省技术发明一等奖。
让看不见的风“可感可测”
地球观测科学领域中，传统方法或多或少存在局限性。如，现场原位探测是平面的点状探测，探测范围受限；再如，采样后在实验室分析会因时间差导致精准度差、实时性不强等问题。
高光谱分辨率激光雷达技术的出现，就是要解决这些问题，实现立体实时高精度探测。吴松华形容，该项技术就是通过三维层析遥感的方式实现立体探测，相当于给环境、大气、海洋等“做CT”。“该技术使用激光进行探测，与微波雷达相比，具有更高分辨率。”吴松华说，“微波波长通常是分米级、厘米级，而激光波长可以达到微米甚至纳米级，因此可以实现高光谱分辨率。”
从实验室到产业线，该技术累计进行了近三十年攻关，突破了激光雷达高光谱分辨率、定量化、高精度探测关键技术，自主研制了高精度锁频-稳频-鉴频系列核心器件。目前，项目已经实现了亚皮米级（约10-12米）光谱分辨率——这相当于在1000米的距离外区分出0.001毫米的差异；相关设备已经可以实现最大30公里范围内的精准探测覆盖。
在核心技术和装备的支撑下，该项目也实现了对环境气体成分的精细化分析。吴松华告诉记者，目前相关产品和服务已经从大气风场探测扩展到二氧化碳、甲烷、温度、湿度、气溶胶、PM2.5、PM10等多项成分的检测和分析，让看不见的风不仅“看得到”还能“测得准”，能分析出具体成分和浓度。用吴松华的话说，通过这个技术之后，我们不但知道它在哪儿，还可以知道它的成分；不但能知道它的成分，还知道它精细的浓度。“比如，二氧化碳在大气中的含量约为400PPM（即parts per million，表示百万分之一）。对如此微弱的含量进行探测和分析，我们的技术可以测量到400PPM的1%。”吴松华举例道。
这就要求激光的光谱要十分稳定，即使在非常微弱的信号下也能探测。对此，该项目已经实现了单光子探测技术、量子探测技术的突破。仅用一个与手机摄像头相差不大的激光功率，就能实现对十几公里外微弱信号的探测。
青岛智造赋能千行百业
去年3月15日，四川省甘孜州雅江县发生森林火灾。山火救援时间紧、难度大，需要对火情的进展有及时了解，才能实现精准、高效灭火。该项目的高光谱分辨率激光雷达设备便发挥了作用。设备实现了森林山火的精准定位，并根据精准测量到的风势、火势、风向等因素给予救援建议，为搭建山火隔离带和搜救工作提供了指引。
气象环境与国民经济多个领域深度耦合，直接关系国家重大战略、关乎人民生命健康。项目攻克了气象环境探测领域世界前沿技术难题，研发了先进适用的装备，进一步在算法配套、软件系统搭建等方面进行了配套，支撑建立起了“空-天-地-海”跨平台高光谱分辨率激光雷达遥感观测系统，构建了全球最完备的测风激光雷达产品型谱矩阵，在多个领域实现了应用。
“海上风电投资回报对风速精度极其敏感，0.1米/秒的误差就可能导致大量损失。”吴松华介绍。在海上风电领域，通过风场精准探测结合全生命周期风资源评估，可帮助风电场提升发电效率5%以上。以一个100MW的风电场计算，这意味着每年可多创造约1500万元收益。
在机场，激光雷达技术可以把周边十几公里半径、几公里高空以下的三维立体风场通过三维扫描精准显示，动态捕捉到飞机尾涡的位置、强度等数据。吴松华预测，设备全面应用可将航班延误率降低30%到70%。
在气象领域，项目还在推动高分辨率数据驱动AI天气预报模型，实现对突发极端天气的快速预警。
通过“产学研”协同创新，项目已形成系列化装备并实现进口设备的国产化替代，让我国在高精度遥感领域跻身世界第一梯队。以青岛智造赋能千行百业，该项目成套技术实现产业化后，产值已超4亿元，带动相关产业降本增效超30亿元。吴松华表示，团队将进一步提高技术能力和设备水平，并通过新技术让设备体积更小、成本更低，争取让百万级设备和服务走向普惠化应用，让诞生于青岛的“硬科技”加速走向全球市场。（青岛日报/观海新闻记者 耿婷婷/文 韩星/图、视频）
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