【正文】 質(zhì)在不同空間尺度的遙測理論與方法 結(jié)合質(zhì)譜、紅外等多種手段，研究事故物質(zhì)在約束空間、半約束空間、開放 空間的場面監(jiān)視理論、方法和關(guān)鍵技術(shù)；建立事故物質(zhì)在危險化學(xué)品事故全過程 中的遙測理論、方法與技術(shù)基礎(chǔ)，為危險化學(xué)品事故遙測預(yù)警系統(tǒng)提供科學(xué)基礎(chǔ)。 基于微波圖譜和遙測理論，探索微波譜與分子結(jié)構(gòu)之間的對應(yīng)關(guān)系，挑戰(zhàn)事故物 質(zhì)的微波直接探測理論、方法與關(guān)鍵技術(shù)。 本項目研究的主要內(nèi)容 現(xiàn)代科學(xué)研究普遍認(rèn)為：物質(zhì)、能量、信息是構(gòu)成客觀世界的三大要素，系 統(tǒng)論也認(rèn)為物質(zhì)、能量和信息是構(gòu)成系統(tǒng)的基本要素。危險化學(xué)品事故雖然表現(xiàn) 為多種多樣的類型，但從本質(zhì)上作用都可以歸結(jié)為物質(zhì)、能量或信息的作用或者 其耦合作用；承載載體本質(zhì)上也同樣是由物質(zhì)、能量和信息三者組合構(gòu)成的。因 此，物質(zhì)、能量和信息可以歸納為危險化學(xué)品事故的災(zāi)害要素。這些災(zāi)害要素是 一種客觀存在，都可能導(dǎo)致危險化學(xué)品事故的發(fā)生，具有超量或高危害性的特點。 因此，本研究計劃基于 “物質(zhì) —能量 —信息 ”對危險化學(xué)品事故進行系統(tǒng)研究。 （ 1）事故物質(zhì)在危險化學(xué)品事故全過程中的化學(xué)物理過程（物質(zhì)） 以事故物質(zhì)為災(zāi)害形式，研究事故物質(zhì)在約束空間、半約束空間、開放空間 中的化學(xué)過程和物理過程。研究其致災(zāi)過程、災(zāi)變過程、減災(zāi)過程的過程慣性和 數(shù)值模式，提取和凝練其規(guī)律性認(rèn)識。同時為事故物質(zhì)的遙測預(yù)警提供特征屬性 和方法論基礎(chǔ)。 （ 2）事故全過程的能量傳遞與事故鏈機理（能量） 以能量為災(zāi)害形式，研究基于典型事故物質(zhì)的能量傳遞和能量系統(tǒng)變化模 式，揭示主要事故現(xiàn)象和事故鏈的形成機理及其控制模式。基于事故現(xiàn)象和事故 鏈的過程慣性，提取和凝練防災(zāi)減災(zāi)的基本原理和方法。 （ 3）事故全過程多源信息遙測預(yù)警的理論和方法（信息） 以信息為災(zāi)害形式，分別以事故物質(zhì)、事故現(xiàn)象、人群分布為信息感知對象。 研究典型事故物質(zhì)在約束空間、半約束空間、開放空間的質(zhì)譜、紅外、微波等探 測理論、方法與技術(shù)，建立事故物質(zhì)在危險化學(xué)品事故全過程中遙測預(yù)警的理論、 方法和技術(shù)基礎(chǔ)。研究事故現(xiàn)象和事故鏈的過程慣性及其數(shù)值模式，建立事故現(xiàn) 象的遙感理論與方法。研究大規(guī)模人群緊急疏散的過程慣性及其數(shù)值模式。研究 不同事故場景、不同空間尺度下，遙測預(yù)警危險化學(xué)品事故全過程多源信息的大 系統(tǒng)方案。 項目名稱： 復(fù)雜低空飛行的自主避險理論與方法研 究 首席科學(xué)家： 張軍 北京航空航天大學(xué) 起止年限： 至 依托部門： 中華人民共和國工業(yè)和信息化部 二、預(yù)期目標(biāo) 針對國家中長期科技發(fā)展規(guī)劃中中國衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)、高分辨率對地觀測系統(tǒng) 等國家重大戰(zhàn)略需求，圍繞復(fù)雜低空環(huán)境下飛行器安全飛行的基礎(chǔ)科學(xué)問題，重 點研究復(fù)雜低空飛行的自主避險理論與方法，建立復(fù)雜低空環(huán)境要素多源多粒度 關(guān)聯(lián)表征與認(rèn)知模型；揭示多元異質(zhì)動態(tài)環(huán)境要素所蘊含安全飛行威脅特征的一 般性規(guī)律，攻克多尺度空域安全態(tài)勢場的生成演化與可信度估計難題；建立受限 空域多飛行器密集飛行的實時協(xié)同控制模型與協(xié)同機動方法，構(gòu)建復(fù)雜低空的自 主避險基礎(chǔ)理論與方法體系。 在復(fù)雜低空飛行自主避險的多源多粒度觀測數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)表征與完備認(rèn)知、動 態(tài)空域安全態(tài)勢跨尺度時空映射、受限空域多飛行器密集飛行的協(xié)同調(diào)控等方面 取得原創(chuàng)性成果，使我國復(fù)雜低空飛行自主避險研究達(dá)到國際先進水平。為國家 培養(yǎng)一批從事飛行器安全飛行研究的青年學(xué)術(shù)帶頭人和研究骨干。 探索復(fù)雜低空環(huán)境下飛行器安全飛行的基礎(chǔ)科學(xué)問題，包括復(fù)雜低空空域環(huán) 境要素的完備認(rèn)知模型，動態(tài)空域安全態(tài)勢跨尺度時空映射模型，空域安全態(tài)勢 場的生成演化理論與可信度估計方法，受限空域多飛行器實時協(xié)同控制與安全引 導(dǎo)基礎(chǔ)理論與方法，開展復(fù)雜低空飛行器自主避險機載與 地面仿真驗證。具體目 標(biāo)是： （ 1）揭示對環(huán)境要素的物理、幾何、行為抽象特征的認(rèn)知機理，建立適應(yīng) 環(huán)境要素數(shù)據(jù)分布特性的信息加工模型與方法，提出復(fù)雜空域環(huán)境要素及時完備 認(rèn)知方法。 （ 2）建立面向多威脅目標(biāo)的飛行器安全包絡(luò)模型，揭示安全包絡(luò)間的演化 機理及耦合機理，建立動態(tài)空域安全態(tài)勢跨尺度的時空映射關(guān)系模型，提出多尺 度安全態(tài)勢場的生成演化理論及可信度估計方法。 （ 3）提出受限空域多飛行器密集飛行的協(xié)同調(diào)控理論與方法體系，建立飛 行器實際 飛行性能的可信判定與推演方法，揭示多元誤差因素對飛行器導(dǎo)航不確 定性的影響機理和時空變化規(guī)律；建立空間多飛行器的實時協(xié)同控制模型，揭示 各種不確定性因素對多機協(xié)同的影響機理，提出多機實時協(xié)同控制與快速避險策 略。 預(yù)期在國內(nèi)外重要刊物和一流國際學(xué)術(shù)會議上發(fā)表論文 300 篇以上，出版著 作 5 本以上，申請發(fā)明專利 50 項以上。結(jié)合本項目的實施，培養(yǎng)和建立一支具 有一定規(guī)模的、以中青年科學(xué)家為骨干、多學(xué)科交叉融合的高水平人才隊伍，其 中杰出青年基金獲得者、教育部 “長江學(xué)者 ”特聘教授入選者 3 人以上，培養(yǎng)博 士后和博士研究生 100 名以上。 三、研究方案 1. 學(xué)術(shù)思路 本項目針對復(fù)雜低空飛行自主避險中的環(huán)境要素認(rèn)知完備性、安全態(tài)勢構(gòu)建 可信性、飛行器自主避險協(xié)同性的三大關(guān)鍵性挑戰(zhàn)，圍繞多源多粒度觀測數(shù)據(jù)的 關(guān)聯(lián)表征與完備認(rèn)知、動態(tài)空域安全態(tài)勢跨尺度時空映射、受限空域多飛行器密 集飛行的協(xié)同調(diào)控等三大基礎(chǔ)科學(xué)問題，采取聯(lián)合航空宇航科學(xué)、信息科學(xué)、控 制科學(xué)、交通科學(xué)和地球科學(xué)等多學(xué)科交叉融合的研究思路，面向航空應(yīng)急救援 的重大應(yīng)用，從科學(xué)問題研究、關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)、綜合仿真驗證三個層次著手開展 研究工作，并取得原創(chuàng)性成果。項目組確立了如下三條學(xué)術(shù)思路： （ 1）強調(diào)多源多粒度數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)表征與認(rèn)知加工的融合研究，建立符合環(huán)境 要素認(rèn)知完備性的按需認(rèn)知框架。多源信息融合等現(xiàn)有的認(rèn)知加工理論在數(shù)據(jù)精 準(zhǔn)統(tǒng)一表示、信息加工處理機制與方法等研究方面已有較多進展，以追求數(shù)據(jù)處 理的準(zhǔn)確率為首要目的。但對航空應(yīng)急救援等應(yīng)用下的低空空域環(huán)境要素的認(rèn) 知，其認(rèn)知模型必須追求及時性與準(zhǔn)確性的均衡。與直接借鑒多源數(shù)據(jù)融合已有 的成果不同，本項目將圍繞復(fù)雜低空環(huán)境要素認(rèn)知的完備性目標(biāo)，強調(diào)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián) 與信息加工融合的按需認(rèn)知方式：一方面，考慮到應(yīng)急反應(yīng)的及時性要求，探索 基于關(guān)鍵特征相關(guān)性的多源、多粒度數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)表征模型，支持?jǐn)?shù)據(jù)及特征的快速 按需優(yōu)選；另一方面，兼顧及時性與準(zhǔn)確性要求，建立結(jié)構(gòu)認(rèn)知與統(tǒng)計認(rèn)知于一 體的層次化信息加工模型，支持在較高層次快速完成信息加工處理。從而促進符 合環(huán)境要素認(rèn)知完備性的按需認(rèn)知框架的建立。 （ 2）強調(diào)飛行器小尺度 安全態(tài)勢與全空域大尺度安全態(tài)勢的跨尺度耦合， 構(gòu)建多尺度安全態(tài)勢場的可信生成理論與方法?？紤]到全空域大尺度安全態(tài)勢與 飛行器小尺度安全態(tài)勢存在關(guān)聯(lián)耦合，且復(fù)雜低空空域安全態(tài)勢具有動態(tài)特征， 與采用傳統(tǒng)安全態(tài)勢分離構(gòu)建方法不同，本項目將圍繞復(fù)雜低空空域安全態(tài)勢構(gòu) 建的可信性要求，強調(diào)動態(tài)空域安全態(tài)勢的跨尺度耦合本質(zhì)特性，通過建立飛行 器安全包絡(luò)模型，探索多飛行器安全包絡(luò)間的耦合機理，研究大尺度安全態(tài)勢的 生成演化方法，實現(xiàn)多飛行器小尺度安全態(tài)勢到全空域大尺度安全態(tài)勢的推演， 保證復(fù)雜動態(tài)空域環(huán)境中多尺度安全態(tài)勢的一致性和可信性。從而構(gòu)建多尺度安 全態(tài)勢場的可信生成理論與方法。 （ 3）強調(diào)多飛行器飛行航跡調(diào)控局部自主性和全局協(xié)同性的聚合，突破復(fù)雜 低空環(huán)境中多飛行器協(xié)同機動控制的技術(shù)瓶頸。考慮到復(fù)雜低空空域內(nèi)多飛行器 為保證自主避險、安全飛行，其航跡調(diào)控既有局部自主性又體現(xiàn)出全局協(xié)同性的 特點，與只針對垂直、側(cè)向兩維靜態(tài)空間中尋找優(yōu)化航跡的傳統(tǒng)方法不同，本項 目將圍繞飛行器密集飛行自主避險的協(xié)同性要求，強調(diào)密集飛行空域內(nèi)多飛行器 的動態(tài)協(xié)同多維調(diào)控，通過構(gòu)建基于實時航跡信息和動態(tài)安全態(tài)勢場的多重密集 飛行碰撞風(fēng)險分級預(yù)測模型與方法，研究多時空約束下、動態(tài)高維空間內(nèi)多飛行 器航跡的快速尋優(yōu)模型與方法。從而突破復(fù)雜低空環(huán)境中多飛行器協(xié)同機動的實 時控制技術(shù)瓶頸，保障復(fù)雜低空飛行的自主避險，實現(xiàn)安全飛行。 針對復(fù)雜低空飛行的自主避險研究重大需求突出、涉及學(xué)科面廣、社會效益 顯著等特點，本項目在研究內(nèi)容設(shè)計、實驗手段建設(shè)、研究隊伍組織等方面進行 了深入探討，以確保預(yù)期目標(biāo)的順利實現(xiàn)。在總的技術(shù)思路上，本項目研究將采 用如下技術(shù)路徑： 1）緊扣國家重大戰(zhàn)略需求，堅持學(xué)科前沿研究和重大需求應(yīng)用并重 本項目瞄準(zhǔn)《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（ 20202020 年）》中突 發(fā)公共事件防范與快速處置、交通運輸安全與應(yīng)急保障等優(yōu)先主題，開展多源多 粒度觀測數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)表征與完備認(rèn)知、動態(tài)空域安全態(tài)勢跨尺度時空映射、受限 空域多飛行器密集飛行的協(xié)同調(diào)控三個科學(xué)問題的研究，成 果可直接支撐中國衛(wèi) 星導(dǎo)航系統(tǒng)、高分辨率對地觀測系統(tǒng)等國家重大專項的應(yīng)用，對于提升我國航空 應(yīng)急救援能力具有重要作用。 2）強調(diào)多學(xué)科綜合交叉，突出原始創(chuàng)新的帶動作用 本項目研究復(fù)雜低空空域環(huán)境下飛行自主避險的基礎(chǔ)科學(xué)問題；多源多粒度 觀測數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)表征與完備認(rèn)知、動態(tài)空域安全態(tài)勢跨尺度時空映射、受限空域 多飛行器密集飛行的協(xié)同調(diào)控等理論與方法，都是從重大工程中凝練的科學(xué)問 題，顯現(xiàn)出多學(xué)科交叉的特色。本項目將通過航空、信息、控制、交通、地學(xué)等 多學(xué)科的交叉融合，通過解決科學(xué)問題取得原始創(chuàng)新，在此基礎(chǔ)上形成關(guān)鍵技術(shù) 突破，滿足航空應(yīng)急救援等國家重大應(yīng)用需求。 3）強化產(chǎn)、學(xué)、研、用強強聯(lián)合，實現(xiàn)優(yōu)勢互補 本項目從國家戰(zhàn)略需求的重大工程中提煉科學(xué)問題，通過整合國內(nèi)