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众志成城战“疫”| 红外遥感测温、生物气溶胶研究、时空大数据,澳门送彩金人这样战“疫”

编辑 :邵丹蕾    时间 :2020-03-25    访问次数 :24



疫情面前,全国上下众志成城、共克时艰,各行各业都在用自己的方式助力疫情防控。我们教师也始终坚守在科研一线,让我们来看看澳门送彩金人如何在地球科学领域为科技防疫贡献力量。


红外遥感测温保障复工复产

为迎接学院教职工返校工作,澳门送彩金从事遥感方向的副教授苏程在学院一楼大厅安装了红外遥感测温设备,全天候实时监测出入学院大楼所有人员的体温状况。


能否高效地做好疫情防控中的测温工作,是决定能否有序复工复产的关键因素之一。红外遥感测温技术因能够瞬间精确测温,被测者无需停留等优点,在防控工作中广泛应用。测量仪器与被测目标并不直接接触,而是通过无处不在的电磁波作为桥梁。

1 电磁波谱图


苏程老师解释道:“红外遥感测温的原理是基于分子的热运动——一切高于绝对零度的物体都会向外发射电磁波。”地球上物体所辐出的电磁波波长通常为0.78~300μm,被称之为红外辐射或热辐射。


1859年,基尔霍夫通过实验发现在热平衡状态的物体所辐射的能量与吸收率之比只和波长与温度有关(Kirchhoff laws),即任意物体的辐出度等于其吸收率与黑体(只吸收不发射的理想体)辐出度之积。1879年,斯特潘和玻尔兹曼分别从理论及实验共同得出一个定律:绝对黑体总辐出度与其温度的四次方成正比(Stefan-Boltzmann law)。因此,我们能通过接收目标辐射出的红外波段电磁波能量, 利用已知黑体辐射参数推算出目标表面温度。


为什么选择红外波段作为测温的探测波段呢?维恩在1893年发现,任意物体辐射曲线峰值随温度升高向短波方向移动(Wien displacement law)。如图2所示,地球表面温度大致分布在102~103k,所以选择1~100μm波长的电磁波是比较合适的(澳门送彩金一楼大厅安装的红外摄像测温仪接收的就是9~14μm的红外电磁波)。当物体温度继续升高,其辐出电磁波可能变为可见光而被人眼所察觉,这就是为什么经验丰富的炼钢工人能通过颜色去判断钢铁的温度。

2 黑体辐射光谱图


但红外遥感测温存在几个关键的缺陷:遥感探测只能接收到目标表面辐出电磁波,探测物体表面温度;遥感探测接收的电磁波在传输过程中容易受到干扰,造成测温结果误差;遥感探测相对精度较高而绝对精度低,即目标表面温度分布的相对关系非常准确,而绝对温度数值不一定精确。


综上所述,红外遥感测温仪器可以作为温度快速初步筛选工具,在测量时应尽量保持环境稳定,贴近温度稳定且平衡状态下的物体表面,如刚刚出露的被衣物覆盖的手腕表面。至于大家为什么都喜欢对着脑门儿测量,大概是因为这样的动作比较酷↓

3 来自网络



生物气溶胶研究告诉你为什么必须戴口罩、勤通风


新型冠状病毒肺炎主要通过飞沫和接触传播是毋庸置疑的事实。近期,有关该病毒是否通过气溶胶传播引起民众的极大关注。飞沫的粒径一般在毫米级别,人的肉眼一定程度上能够观察到飞沫的飞行轨迹,这些飞沫在大气中存留时间一般也从几秒到几分钟不等,并且传播最远距离一般不超过2米。

然而,新型冠状肺炎的传播速度非常快,并且在大量病例分析的基础上也发现病毒存在气溶胶传播的可能性:如杭州、广州和天津等公共场合发现有感染者在无交流接触的情景下却感染其他人的事例;钻石公主号豪华游轮上,仅10多天,感染病例从1例迅速增至621例。

202019日国家卫健委印发新型冠状病毒肺炎诊疗方案中增加并确认了新的传播途径——“在相对封闭的环境中长时间暴露于高浓度气溶胶情况下存在经气溶胶传播的可能”。

大气中气溶胶成分非常复杂,主要包含黑碳、有机物、硫酸盐、硝酸盐、金属颗粒、沙尘矿物等颗粒,这些气溶胶颗粒的来源复杂,其中包括人为源的机动车排放、重工业、农业秸秆燃烧和燃煤等和自然源的地壳、植物、海洋等。

大气气溶胶中还有一种特殊的类型——生物气溶胶。这类气溶胶普遍悬浮于大气环境中,包括花粉、孢子、细菌和病毒等颗粒。

澳门送彩金百人计划研究员李卫军团队曾经在原生态的小兴安岭清洁大气(PM2.5<5μg/m3)中采集过大气气溶胶样品。这些清洁大气不受远方城市污染大气的影响,相当于一个封闭的大气环境只有植物和土壤的自然源排放,如我们所期待的,实验发现了大量植物排放自然来源的生物气溶胶,如图1所示为细菌和孢子。

1 自然来源生物气溶胶的微观形貌特征,(a-e)是来自小兴岭大气中细菌或孢子(f)实验室培养的孢子酵母(g)实验室培养的细菌大肠杆菌,细菌的粒径通常在2μm以下,孢子通常在2μm以上,它们成分主要由CONPSiK和少量的CaFeSMg组成.该文章发表于20202月发表在Science of Total Environment.


地球上不管是植物、地表、海洋和动物都以不同形式向大气中释放着生物气溶胶,绝大部分生物气溶胶并没有威胁着人体健康影响,这些气溶胶的分布和其来源密切相关。


因此,对于新冠状肺炎的防控而言,该研究间接支持了人们在公共场合必须戴口罩这一做法。一方面防止健康人在呼吸时吸入大量病毒生物气溶胶,另外一方面防止感染人群作为排放源把携带病毒的飞沫散发到大气中形成气溶胶。随着复工复产,人们在避免近距离接触和面对面交流外,在办公室等公共场合一定要注意通风防止形成相对封闭的大气环境。


时空大数据助力精准防控

为掌握疫情时空特性、重构疫情演化过程、实施疫情精准智控,澳门送彩金GIS团队利用大数据与云计算技术,以疫情信息服务与精准智控为导向,初步研发了集海量疫情数据汇集-时空数据建模与分析-可视化展示与信息发布于一体的新型冠状病毒肺炎疫情时空动态追踪及分析决策平台。

平台目前汇集了疫情动态监测信息、微博舆情、城市外卖数据、二氧化氮数据、灯光数据等多源异构信息,综合利用时空大数据分析挖掘技术,可为重大突发事件下疫情态势分析、空间影响评估、人员轨迹追踪、区域防控施策、资源调配优化等工作提供支撑。

平台整合的灯光数据、二氧化氮、疫情监测等数据


随着疫情在全球范围内的不断蔓延,针对全球疫情监测预警、科学防控问题,在SEIR等传染病模型基础上,澳门送彩金GIS团队考虑不同国家区域防控政策差异,构建多模式疫情预测模型,以支撑疫情时空精准分析。此外,解读事件发生过程中的大众情绪波动与舆情风险,仍然是当前抗疫工作的重点。该团队将进一步利用大数据平台整合海量社交媒体数据,对境外输入病例、全球经济态势等舆情热点的时空演变进行监测、分析、评估和预警。

在抗疫初期,团队成员还积极支援了浙江省地质大数据应用中心,协助其完成浙江省第一地质大队疫情防控信息平台,实现上千名员工的健康状态每日监控、人员地理空间分布分析、物资管理以及复工信息管理。

疫情防控信息平台