GPS梦想无止境

作者: 张磊

在美国大片中常常有这样的情节:主人公无论躲到哪里,FBI (美国联邦调查局)的特工都会跟踪而至。FBI特工怎么会有如此神通呢?其实他们只是利用了 GPS (全球定位系统)。GPS是一个由24颗绕地球运转的卫星组成的天线导航系统,通过这24颗卫星,它可以全天候、高精度、连续实时地为地球上的飞机、舰艇、坦克等准确地定位和导航。科学家们还可以借助这一系统来预测地震,追踪海洋涡流,监视火山,甚至监测悬索桥是否弯曲,很神奇吧?

地壳板块移动监测

以前我们居住的地球轻轻一抖,就会给人类造成巨大的灾难。现在不用担心啦,科学家们不仅能用地震仪觉察地震,而且可以借助GPS监测系统,在震前数月或数周进行预警。目前,日本、美国、中国等很多国家都已经运用GPS网络系统来监测地壳的变化,进行地震预测。

身为地震多发国的日本已经建成一个拥有超过1200台GPS传感器系统的连续运行站网(GEONET)。这些传感器均匀分布,每30秒接收一次卫星信号。来自每个传感器的数据误差极小,可以监测地壳不易被觉察的运动。最近,GEONET就觉察到名古屋附近有不寻常的活动信号。科学家们发现,名古屋的地面每年向西移动约1英寸(1英寸=2.54厘米),不过从2001年1月开始,地面以几乎同样的速度反方向移动。这是一个具有潜在危险性的信号,不过有了 GPS的预警,人们会做好准备的。

我国也已经建立了一个“中国地壳运动观测网络”。借助这一观测网络,科学家们惊奇地发现:运动速度最快的是青藏高原;而印度正以每年5厘米的速度由南向北朝我国大陆推进;北京则像一个巨大的轮船,正以每年5毫米的速度向东行驶;香港也随着整个中国大陆板块,以每年5毫米的速度向东移动;与此同时,由于台湾岛处于特殊的地理位置,以澎湖为不动点,台湾东海岸以每年7～8厘米的速度向大陆方向移动。

海洋监测器

科学家们常说人类对海洋的了解比对宇宙的了解还少。在大海深处,巨大的旋涡从漆黑、冰冷的海洋深处将食物和营养成分翻转到大海表面,旋涡可能在海洋与大陆的碳物质循环中起着重要的作用,但我们对此知之甚少,因为没有人能够做深入的观察。而GPS传感器却能接收来自海洋卫星的传输数据,使人们对海洋的研究更加深入。

最近,美国科学家在火山口湖进行了一些尝试性的测量,他们在湖面上空数百米处安置了一个GPS传感器,接收来自整个湖面的信号。通过比较测量数据,研究人员能在较小的误差范围内计算湖水的深度。

GPS还能用来监视地球变暖所引起的海拔高度的变化,或者监视海岸附近的潮汐变化,发现海岸线的变化。美国和法国合作的海洋地形试验卫星可以监测海洋涡流,据说也非常成功。

星外火山观测

你见过火山喷发吗?你能想象金星上火山喷发的壮丽景象吗?科学家们从未看到过金星火山喷发,可他们知道在远古有过喷发,但怎么做研究呢?不要紧,聪明的科学家想出了办法:在地球上找到类似的东西并用GPS测量它,再与行星的图片联系起来进行研究。

有科学家发现了新墨西哥的两处火山熔岩流,这两处熔岩流扩展了 20-30英里(1英里=1.61千米),通过分析GPS数据图片,制成了精确的熔岩流的地形轮廓,还了解了熔岩的粘度、成分以及流动速度。它们极有可能代表了金星上的熔岩流动。如果没有精确的GPS测量,是无法完成这个工作的。

特大桥梁的变形监测

特大桥梁,尤其像悬索桥,在设计上充分考虑到桥的摇摆和弯曲度,但是太多的运动会使钢梁和悬索变得越来越软,有什么办法能解决这个问题呢?

GPS技术就是控制、测量特大桥梁的法宝。

世界上最长的悬索桥—一香港青马大桥,就很成功地运用了 GPS技术。工程师们在大桥两侧的塔楼顶上安放了GPS传感器,不间断地测量大桥准确的三维位置,并将数据传送给计算机,结合风的速度和方向,评估桥上的压力和负重。根据这些数据,工程师们能够及时对大桥进行维修和调整。

GPS系统的未来是无可限量的,它所带来的梦想也是没有止境的,而这些都诞生于被好奇心驱使着去探索奥秘的科学家的实验室,诞生于人类不断积累的研究和实践中。