基于BDS利用海洋上冰山為人類服務的設想

郭英起,范國敏,劉甫斌,畢繼鑫

(1.黑龍江工程學院測繪工程學院,黑龍江 哈爾濱 150050;

2.中國黃金集團內蒙古礦業有限公司，內蒙古 滿洲里 021400;

3.黑龍江省水利水電勘測設計研究院,黑龍江 哈爾濱 150001)

基于BDS利用海洋上冰山為人類服務的設想

郭英起1,范國敏2,劉甫斌3,畢繼鑫1

(1.黑龍江工程學院測繪工程學院,黑龍江 哈爾濱 150050;

2.中國黃金集團內蒙古礦業有限公司，內蒙古 滿洲里 021400;

3.黑龍江省水利水電勘測設計研究院,黑龍江 哈爾濱 150001)

摘要：海洋上冰山雖然被人們稱為“海洋殺手”,但是如果人類能夠在遠航之前做好充分的準備,亦可以利用冰山為人類服務。本文闡述了海洋上冰山的特點,而且研討了基于北斗衛星導航系統(BDS)利用海洋上冰山為人類服務的設想。本文研討的結論也可以為以后數字海洋的建設提供參考。

關鍵詞：海洋冰山;淡水冰;BDS;冰山定位;冰山利用

doi:10.13442/j.gnss.1008-9268.2015.03.008

中圖分類號：P228.4

文獻標志碼：A

文章編號：號： 1008-9268(2015)03-0034-03

收稿日期：2015-04-11

作者簡介

Abstract:The ocean iceberg although called 'Ocean killers', but if humans are able to well prepared in advance, also can use the tip to the service of humanity. This paper expounds the ocean iceberg characteristics, and studied the compass navigation satellite system (BDS) based on the assumption of utilization of marine an iceberg in the service of mankind. The research conclusion can also be for future construction of digital ocean to provide reference.

0引言

海洋上的冰山是冰川或者極地冰蓋由于受到地球氣候的影響在臨近海洋的一端產生破裂后掉入大海中的體積、重量及形狀都各異的淡水冰。絕大多數的冰山是在春、夏兩季產生的,由于當時天氣較暖的原因,加快了冰川或者極地冰蓋邊緣的分裂。據相關資料記載每年僅從格陵蘭西冰川產生的冰山就有約一萬座之多。冰山冰的平均年齡大都在5 000年以上,有的可達數萬年或更長時間。冰山由于大小、形狀的不同,其在大海上生存的時間亦有所不同,有的在一年左右,也有體積巨大的冰山在海洋上生存時間可以長達十年以上。北冰洋附近的冰山形狀多樣,有的冰山高度可達數十米。而南極附近的冰山大多呈平板狀,不僅數量多,而且其體積和重量巨大。長度超過8 km,高度達數百米的冰山并不少見,據有關資料的記載,世界上最大的冰山是2000年3月從南極羅斯冰架上分裂下來的,它的面積達到一萬多平方公里。與中國的北京市面積比較小不了多少。當時有關海洋方面專家將這個體積和重量都十分巨大的冰山命名為B15.后來這座冰山分裂成兩塊在海洋上漂流,并將它們分別命名為B15A和 B15J[1]。另外,編號為B-9號的冰山是從南極冰川上崩裂下來的一座體積和重量也很大的冰山,其長達152.8 km,寬達35.4 km.當時有關海洋專家預測這座冰山融化的時間大概需要20年左右。該冰山最初的含冰量之多,如果按照每人每天2杯水計算,可持續供應2 000年左右[2]。

大部分冰山的體積和重量十分巨大,如圖1所示,平均重量約在數千噸左右。中等級的冰山的重量可達數十萬噸以上,上千萬噸的冰山方屬于大型的冰山。可見海洋上冰山的含水量是相當巨大的。

圖1　體積和重量巨大的冰山

海洋上冰山露出海面的部分僅僅是其總體積的十分之一左右,其隱藏在海水平面下面的部分是其總體積的十分之九左右。這就是說航海者利用肉眼直接看到的“小冰山”實際上它的重量和體積應該是航海者觀測到 “小冰山”的十倍左右[3]。

過去許多人都認為冰山冰是巨大的海冰。其實不然,冰山是發源于陸地上的冰川冰,是后來跑到海洋里去的。可見冰山冰是很寶貴的淡水冰,如果人類要是能夠想方設法將冰山冰利用起來那將是非常寶貴的淡水資源。要知道在海上航行的船舶如果能夠在遠航過程中獲得淡水資源的補充那將是非常及時和珍貴的。

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聯系人： 郭英起E-mail: guo_y_q2005@126.com

雖然海洋上的冰山通常被航海人視為天敵,并且稱冰山為“海洋殺手”。但是根據航海人多年在航海過程中對冰山規律的認識和掌握,在許多情況下只要人類能夠提前做好充分的準備工作,海洋上的冰山是完全可以被遠洋船舶所利用的。例如在海洋上的遠洋船舶在突遇海洋暴風時,如果船舶附近有巨大的冰山存在時,可以利用體積和重量非常巨大的冰山來遮擋風浪躲避突如其來的海洋暴風。

1基于BDS利用海洋上冰山為人類服務的設想

BDS是北斗衛星導航系統的簡稱, BDS是由我國獨立自主設計、建造和管理運行的世界上四大全球衛星導航定位系統之一。按計劃在2020年北斗衛星導航系統將全部建成并實現全球無源導航定位服務能力[4]。

北斗衛星導航系統提供兩種服務方式:公共服務和授權服務。

其公共服務的標準為:定位精度:平面±10 m,高程±10 m;授時精度:單向50 ns(雙向授時優于20 ns); 測速精度:±0.2 m/s;通信服務:公共服務雙向短報文通信服務,60 s一次,一次40個漢字;授權服務短報文服務是每秒一次,一次120個漢字。

另外北斗衛星導航系統還具有全球搜尋援救的功能,其他全球衛星導航定位系統是不具備此功能!

北斗衛星導航系統具有先進性、適用性、軍民兩用性、抗干擾性和抗繼毀性等諸多特點[8-9]。

北斗衛星導航系統在2020年將全部建成并實現全球無源服務能力。屆時北斗衛星導航系統是四個全球衛星導航定位系統中唯一能夠為所有用戶提供短報文通信服務(單向、雙向)的。全球衛星導航定位系統的導航定位服務能夠使用戶確定自己的三維位置坐標和三維速度,而北斗衛星導航系統提供的短報文通信服務還可以讓用戶告知其他人自己的位置坐標等信息。過去用戶告知其他人自己位置坐標等信息的方式通常是利用數傳電臺、GSM及無線網絡等通信方式。但是在廣闊無垠的大海上惡劣天氣一般會頻繁出現,這些通信方式都存在有作用距離短、可靠性差和保密性差等缺陷,無法滿足海上信息高效率無誤傳輸的要求。

在海洋上航行的遠洋船舶可以借助于海洋上相關監測站或相應的海上服務機構發布的有關冰山位置信息,遠洋船舶能夠提前預知在其航線附近是否具有較大或大型的冰山存在。遠洋船舶就可以提前做好繞行躲避冰山的準備,避免與冰山碰撞,以保證遠洋船舶遠洋航行的安全[3]。

實際上海洋上的遠洋船舶為什么一定要繞開冰山航行呢!如果遠洋船舶在遠航之前能夠做好充分的相應的準備工作,當遠洋船舶收到有關冰山位置信息并知道在其航線附近將會有較大或大型的冰山存在時,遠洋船舶就可以在將要接近冰山時放緩航行速度慢慢地靠近冰山,此時由于遠洋船舶和冰山的速度都很小,而且遠洋船舶的船體周圍都有相應的橡膠物體,如大型的汽車外輪胎等。只要遠洋船舶掌握好與冰山接近的方向并慢慢靠近冰山,冰山對遠洋船舶就沒有什么破壞力也就不會使船舶受到損壞。遠洋船舶靠近冰山的目的是要利用冰山,冰山至少在如下兩個方面可以被人類所利用。一個是冰山冰是淡水冰,而且是沒有受到過現代工業污染的淡水冰,所以在海洋上的冰山冰應該是極為寶貴的淡水資源。遠洋船舶慢慢地靠近冰山后可以利用相應的機械手伸到冰山上取冰(所謂機械手應該是固定在船舶上并十分便于探伸到旁邊冰山上的特殊設計的機械裝置)。如果冰山足夠大時,還可以讓水手攀登到冰山上協助機械手取冰。然后將取到的冰放到船舶提前準備好的大型無蓋的容器里,在以后的航行中利用太陽光照射既可以使取到的冰山冰融化。如果僅需要將融化后的冰水作為清洗水,如清洗蔬菜或洗澡等用途時,此時僅僅將冰水進行簡單的過濾即可,這是因為冰山冰在飄移的過程中會沾有一些灰塵。如果需要將融化后的冰水作為飲用水時,則還需要將過濾后的冰水進行一些消毒并燒開后方可飲用。要知道對于在海洋上長時間航行的船舶來說,淡水資源是極為珍貴的。

冰山另一個可以被人類所利用的是可以將大型的冰山作為遠洋船舶的避風港。在海洋上由于大部分冰山的體積和重量都是十分巨大的,即使大型的風浪對中型或大型的冰山的影響并不大。如果遠洋船舶在海洋上航行時,從氣象部門獲得即將會有大型的風浪出現的信息時,而此時在遠洋船舶的附近存在有中型或大型的冰山。遠洋船舶就可以提前慢慢地靠近冰山,并且使遠洋船舶位于風浪方向的另一側,即讓冰山去迎接海洋的巨大風浪。此時遠洋船舶就可以安然無恙地躲過海洋上大型風浪的摧殘。

2結束語

海洋上的冰山與海洋上航行的船舶相比是非常巨大的,猶如海洋上漂浮的一座小山。另外冰山冰是極為寶貴的淡水冰,體積和重量十分巨大的冰山都包含有大量的淡水資源。本文探討了利用北斗衛星導航系統(BDS)的定位和短報文通信服務功能提前預知海洋上冰山的位置或蹤跡,在人們提前做好充分準備工作的基礎上利用海洋上冰山為人類服務的設想。目前該設想可能實現起來還具有一定的困難,但是經過一段時間后(可能數年或十余年后)利用海洋上冰山為人類服務的設想將會成為現實。同時文章探討的結論也可以為以后數字海洋的建設提供參考。

參考文獻

[1]老海.海洋殺手-漂移的冰山[J].環球教育,2010(2):21-23.

[2]邱浩興.加拿大的冰山碰撞實驗[J].航海,1999(1):14-15.

[3]郭英起,張賀,高延平,等. 基于BDS海洋上冰山蹤跡監測方案設計[J]. 全球定位系統, 2014，39(6):69-72.

[4]冉承其.北斗衛星導航系統的發展[C]//第四屆中國衛星導航學術年會, 2013.

[5]劉基余.北斗衛星導航系統的現況與發展[J].遙測遙控,2013(5):1-8.

[6]劉基余. 夯實北斗衛星導航系統聽力基礎的建議[J].現代導航,2013(4):235-245.

[7]李鶴峰,黨亞民,秘金鐘,等. 北斗衛星導航系統的發展、優勢及建議[J].導航定位學報,2013(2):49-54.

[8]楊元喜,李金龍,徐君毅,等.中國北斗衛星導航系統對全球PNT用戶的貢獻[J].科學通報,2011,(21):1734-1740.

[9]楊元喜.北斗衛星導航系統的進展、貢獻與挑戰[J].測繪學報,2010(1):1-6.

郭英起(1963-),男,副教授,主要從事衛星定位技術的理論及其應用的教學與研究。

范國敏(1989-)，男，助理工程師，主要從事大地測量與工程測量的生產與研究。

劉甫斌(1965-)，男，高級工程師，主要從事大地測量與工程測量的生產與研究。

畢繼鑫(1992-)，男，在校本科生。

BDS Based on the Uses of the Oceans Icebergs Envisaged for

the Service of Mankind

GUO Yingqi1,FAN Guomin2,LIU Fubin3,BI Jixin1

(1.SchoolofSurveyingandMappingEngineering,HeilongjiangInstitute

ofTechnology,Harbin150050,China;

2.ChinaGoldInnerMongoliaMiningCO.,LTD,InnerMongoliaManzhouli021400,China;

3.WaterConservancyandHydropowerSurveyandDesignInstituteof

HeilongjiangProvince,Harbin150001,China)

Key words: Sea ice; freshwater ice; BDS; positioning ice; iceberg use