山東省首屆無(wú)人機(jī)大賽氣象條件及服務(wù)技巧分析

李玉華，褚 希，楊秋彥，趙西軍

(1.山東省氣象服務(wù)中心，濟(jì)南 250031；2.山東省民生改革與發(fā)展研究中心，濟(jì)南 250100)

無(wú)人機(jī)(Unmanned Aerial Vehicle)是利用無(wú)線遙控和程序控制來(lái)執(zhí)行特定航空任務(wù)的飛行器，已廣泛應(yīng)用于公共安全、建筑、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、能源、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、影視等多個(gè)領(lǐng)域[1-2]。此外，在氣象探測(cè)、人工影響天氣、臺(tái)風(fēng)災(zāi)情監(jiān)測(cè)、臺(tái)風(fēng)探測(cè)等氣象領(lǐng)域，無(wú)人機(jī)以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)也獲得了相關(guān)應(yīng)用[3-4]。2019年12月14—15日，由山東省無(wú)人機(jī)技術(shù)與應(yīng)用協(xié)會(huì)主辦的2019年山東省“技能興魯”職業(yè)技能大賽——山東首屆無(wú)人機(jī)技術(shù)與應(yīng)用競(jìng)賽總決賽在山東省淄博市淄川區(qū)舉行。而恰巧比賽期間有一次降水天氣過(guò)程，由于氣象條件對(duì)無(wú)人機(jī)飛行操控有較大影響，為此，主辦方提前一周開(kāi)始向氣象部門(mén)咨詢大賽期間的天氣情況。接到任務(wù)后，氣象部門(mén)積極協(xié)調(diào)省、市、縣三級(jí)氣象臺(tái)為這次大賽提供氣象服務(wù)保障，并啟動(dòng)了精細(xì)氣象服務(wù)流程，逐日向組委會(huì)提供賽時(shí)專題氣象服務(wù)信息，在無(wú)人機(jī)飛行表演當(dāng)天啟動(dòng)短時(shí)臨近訂正氣象服務(wù)，精準(zhǔn)把握住了15日淄川賽場(chǎng)的降水間歇期。大賽組委會(huì)根據(jù)氣象信息及建議及時(shí)調(diào)整了飛行表演計(jì)劃，確保了無(wú)人機(jī)編隊(duì)飛行表演取得成功。這次天氣過(guò)程淄川站降水量達(dá)16.6 mm，由于氣象服務(wù)精準(zhǔn)，大賽的各項(xiàng)活動(dòng)取得了圓滿成功，組委會(huì)對(duì)本次氣象服務(wù)保障工作給予了充分肯定。

1 賽事氣象服務(wù)需求及天氣背景

1.1 賽事對(duì)氣象條件的基本要求

無(wú)人機(jī)飛行受氣象因素的影響較大，氣象因素是決定無(wú)人機(jī)飛行成敗的關(guān)鍵影響因素，對(duì)無(wú)人機(jī)飛行影響較為直接的氣象因素有：風(fēng)、溫度、濕度、能見(jiàn)度、降水等[5-8]。風(fēng)影響著無(wú)人機(jī)的穩(wěn)定性、續(xù)航時(shí)間、相對(duì)地面的運(yùn)動(dòng)軌跡、速度和航向；高溫天氣電機(jī)容易過(guò)熱，易造成零部件和線纜損壞，低溫天氣會(huì)降低電池的效率，縮短續(xù)航時(shí)間；空氣濕度大，會(huì)使無(wú)人機(jī)的金屬部分產(chǎn)生腐蝕，增大機(jī)身阻力；低能見(jiàn)度容易導(dǎo)致超視距飛行，影響飛行安全；雨雪天氣會(huì)帶來(lái)能見(jiàn)度低、濕度大等多重問(wèn)題，給無(wú)人機(jī)的控制帶來(lái)較大困難。因此，在安排無(wú)人機(jī)飛行計(jì)劃前，需要對(duì)天氣情況進(jìn)行充分了解。

大賽組委會(huì)對(duì)氣象條件提出的要求是：風(fēng)力在4～5級(jí)以下，無(wú)降水或降水量不大(過(guò)程降水為小雨量級(jí))，能見(jiàn)度好，不影響無(wú)人機(jī)飛行表演的視覺(jué)效果。

此次無(wú)人機(jī)大賽，使用的無(wú)人機(jī)型號(hào)大多為御Mavic 2行業(yè)版和經(jīng)緯M200 V2系列。御Mavic 2行業(yè)版無(wú)人機(jī)，屬小型飛行平臺(tái)，機(jī)身輕，質(zhì)量小于1 kg，屬旋翼無(wú)人機(jī)。經(jīng)緯M200 V2系列，屬中型旋翼飛行平臺(tái)，質(zhì)量一般在4～5 kg，可搭配云臺(tái)相機(jī)，具有圖傳系統(tǒng)和圖傳鏈路加密，飛行時(shí)長(zhǎng)在33 min內(nèi)，最大飛行速度為73 km/h，在-20～50 ℃的溫度內(nèi)均可工作。無(wú)人機(jī)表演編隊(duì)采用的屬于中、小型旋翼無(wú)人機(jī)。大賽時(shí)，無(wú)人機(jī)的主要操作為倒飛“8”字、障礙飛行、定點(diǎn)取景三個(gè)競(jìng)賽科目，飛行高度基本都在30 m以內(nèi)。無(wú)人機(jī)編隊(duì)表演飛行高度在150 m以內(nèi)，飛行面積在淄川體育公園內(nèi)，不涉及高空飛行，因此，此次無(wú)人機(jī)飛行的氣象環(huán)境可視同為地面氣象環(huán)境。

1.2 比賽前期及比賽期間的天氣背景

根據(jù)氣象資料分析，比賽首日12月14日08時(shí)，從500 hPa高空形勢(shì)場(chǎng)(圖1a)中可以看出，山東省上空以偏西北風(fēng)為主，700 hPa(圖1b)和850 hPa為一致的西北氣流，地面為閉合高壓系統(tǒng)，環(huán)流形勢(shì)穩(wěn)定，天氣晴好利于無(wú)人機(jī)飛行，滿足比賽條件。對(duì)于大賽首日的天氣預(yù)報(bào)，各級(jí)臺(tái)站結(jié)論一致，因此氣象服務(wù)的壓力小，易于決策。

隨著天氣形勢(shì)的演變，12月14日20時(shí)500 hPa轉(zhuǎn)為平直西風(fēng)，高空中低層轉(zhuǎn)為脊后槽前西南氣流，高空槽逐漸東移，850 hPa(圖2a)西南風(fēng)與東北風(fēng)切變線開(kāi)始向北推進(jìn)，預(yù)示著很快會(huì)有一次降水天氣過(guò)程影響賽區(qū)。15日08時(shí)，山東位于高空槽前，魯西南和魯西北西部開(kāi)始受到西南氣流影響，從850 hPa(圖2b)高空形勢(shì)場(chǎng)可以看出，受西南暖濕氣流影響，充足的水汽不斷輸入山東境內(nèi)，動(dòng)力和水汽條件較好，山東西部開(kāi)始出現(xiàn)降水。

圖1 2019-12-14T08高空形勢(shì)場(chǎng)(a 500 hPa；b 700 hPa)

圖2 850 hPa高空形勢(shì)場(chǎng)(a 2019-12-14T20；b 2019-12-15T08)

隨著系統(tǒng)不斷東移，15日上午11：50淄川區(qū)開(kāi)始出現(xiàn)降水，其中12：00—13：50及15：30—17：30出現(xiàn)了兩段近2小時(shí)的降水間歇期(圖3)。從淄川區(qū)逐10分鐘的降水量圖看，隨著西南暖濕氣流與北風(fēng)冷槽的結(jié)合，18時(shí)以后降水量開(kāi)始增大，將對(duì)無(wú)人機(jī)飛行表演造成較大影響。

圖3 淄川區(qū)氣象站2019-12-15T11—19實(shí)況降水量

2 賽事氣象服務(wù)的關(guān)鍵點(diǎn)和難點(diǎn)

本次大賽的賽程為：12月14日09：30開(kāi)幕式，14日10：00—15日12：00無(wú)人機(jī)技能比賽，15日14：00室內(nèi)座談會(huì)、頒獎(jiǎng)，15日18：00無(wú)人機(jī)編隊(duì)飛行表演。氣象服務(wù)主要有兩個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)：一是無(wú)人機(jī)操控比賽階段，為14日10：00—15日12：00；二是15日晚間無(wú)人機(jī)編隊(duì)飛行表演階段，由于表演要以夜幕為背景借助無(wú)人機(jī)自帶的燈光，所以需在天黑后進(jìn)行，當(dāng)日淄川區(qū)日落時(shí)間為16：46，天黑時(shí)間為17：22，因此組委會(huì)把表演時(shí)間定為18：00。

根據(jù)氣象資料分析，比賽首日天氣晴好，風(fēng)力2級(jí)左右，溫度適宜，完全滿足比賽氣象條件要求，因此，氣象服務(wù)簡(jiǎn)單明了。比賽次日，有一次明顯降水過(guò)程影響賽區(qū)。省、市氣象臺(tái)首次預(yù)報(bào)賽區(qū)15日早晨開(kāi)始出現(xiàn)小雨，并持續(xù)到16日。經(jīng)與大賽組委會(huì)溝通后，認(rèn)為小雨對(duì)賽事關(guān)鍵點(diǎn)之一的無(wú)人機(jī)操控比賽影響不大，因?yàn)楸荣愑脽o(wú)人機(jī)在小雨天氣可以飛行，降雨雖然會(huì)對(duì)選手的發(fā)揮造成影響，但也更加考驗(yàn)選手的心態(tài)和操控能力，更能賽出水平。大賽組委會(huì)比較關(guān)心的是賽事關(guān)鍵點(diǎn)之二，即小雨對(duì)無(wú)人機(jī)編隊(duì)表演的影響。如果能夠找到降雨的空窗期，利用降雨間歇進(jìn)行無(wú)人機(jī)表演，才能更好的呈現(xiàn)出無(wú)人機(jī)表演和觀賞效果，這是氣象服務(wù)重點(diǎn)和難點(diǎn)。

3 氣象服務(wù)技巧初探

3.1 服務(wù)過(guò)程綜述

在大賽開(kāi)始的7天前，氣象服務(wù)人員便開(kāi)始關(guān)注大賽舉辦地淄川區(qū)的天氣，于12月8日給出了預(yù)報(bào)結(jié)論，并根據(jù)最新氣象資料進(jìn)行逐日訂正。表1是12月8—13日逐日給出的淄川賽區(qū)14—15日的天氣預(yù)報(bào)結(jié)論。即：大賽舉辦期間會(huì)有小雨天氣，可能會(huì)對(duì)大賽造成一定的影響，15日的天氣需要重點(diǎn)關(guān)注是否會(huì)出現(xiàn)降雨過(guò)程。期間，12月10日上午，大賽組委會(huì)與氣象服務(wù)人員探討了如果15日的降雨影響太大，無(wú)人機(jī)飛行表演改為14日晚上進(jìn)行的可行性。

表1 2019年12月8—13日所作淄川區(qū)14、15日天氣預(yù)報(bào)結(jié)論

13日氣象資料顯示，從12月14日20時(shí)開(kāi)始，天氣形勢(shì)向有利于降水的方向轉(zhuǎn)變，預(yù)測(cè)12月15日08時(shí)開(kāi)始，淄川將出現(xiàn)降水，量級(jí)為小雨。氣象服務(wù)人員再次對(duì)接了大賽組委會(huì)，給出了氣象預(yù)報(bào)指導(dǎo)建議，即14—15日，溫度、風(fēng)，這兩個(gè)氣象要素不會(huì)給賽事和無(wú)人機(jī)編隊(duì)表演帶來(lái)影響，但降雨是關(guān)鍵點(diǎn)。鑒于賽時(shí)的天氣條件，降水對(duì)無(wú)人機(jī)賽場(chǎng)的影響較小，甚至可以忽略；但對(duì)大賽后的無(wú)人機(jī)編隊(duì)表演，會(huì)造成一定的影響，且降水會(huì)帶來(lái)霧氣，低能見(jiàn)度會(huì)影響視覺(jué)效果。因此，氣象服務(wù)關(guān)注的重點(diǎn)是降水和能見(jiàn)度。難點(diǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)閷ふ?5日晚間的降水間歇時(shí)間段。

15日11：40淄川開(kāi)始降水，氣象服務(wù)人員及時(shí)啟動(dòng)了臨近預(yù)報(bào)流程，借助氣象部門(mén)自主研發(fā)的“齊魯風(fēng)云”手機(jī)APP，查看天氣形勢(shì)，利用雷達(dá)拼圖等觀測(cè)資料，進(jìn)行降水間歇期的預(yù)測(cè)，最終找到降水空窗期為15日的15：30—17：30。結(jié)合無(wú)人機(jī)編隊(duì)飛行表演需要在天黑后借助燈光表演的特點(diǎn)，于15日15時(shí)向大賽組委會(huì)提出：建議無(wú)人機(jī)編隊(duì)飛行表演提前1小時(shí)進(jìn)行，時(shí)間段改為17：00—17：30，既可以兼顧天黑滿足燈光效果，又可以避免在雨中飛行。同時(shí)，這一建議也滿足無(wú)人機(jī)飛行表演提前2個(gè)小時(shí)準(zhǔn)備的條件，因此，組委會(huì)采納了氣象服務(wù)人員的建議，提前開(kāi)始了準(zhǔn)備工作。

表2給出了淄川區(qū)12月14日、15日兩天的天氣實(shí)況，由此可以看出，這兩天的氣象服務(wù)準(zhǔn)確、及時(shí)、有效，也得到了大賽組委會(huì)和參賽選手的充分肯定。

表2 2019年12月14、15日淄川區(qū)天氣實(shí)況

3.2 氣象服務(wù)技巧分析

氣象服務(wù)不僅僅是把預(yù)報(bào)結(jié)論告訴用戶，更要從用戶的角度把氣象信息的作用發(fā)揮到極致；因此，氣象服務(wù)人員必須充分掌握用戶信息和準(zhǔn)確的氣象信息，站在用戶的角度提出氣象服務(wù)產(chǎn)品使用建議。

(1)掌握用戶心理，用技術(shù)與經(jīng)驗(yàn)為用戶決策提供支持。本次氣象服務(wù)特點(diǎn)是，氣象服務(wù)人員成為了大賽組委會(huì)成員，充分掌握了組委會(huì)的決策心理。針對(duì)12月10日組委會(huì)決策層提出的無(wú)人機(jī)飛行表演提前一天進(jìn)行的可能性，在充分征求有經(jīng)驗(yàn)的預(yù)報(bào)員意見(jiàn)，掌握天氣變化規(guī)律的情況下，提出了維持原計(jì)劃不變的建議被組委會(huì)采納，且最后結(jié)果讓各方滿意。主要依據(jù)是：從氣象角度，本次天氣過(guò)程是南支槽與北支槽結(jié)合的降水，開(kāi)始是西南暖濕氣流下的降水，后期是西南暖濕氣流與北支槽結(jié)合的冷鋒降水。如果15日早上開(kāi)始下雨，到傍晚已有10多個(gè)小時(shí)，山東冬初的降水維持10個(gè)小時(shí)的概率小，即使降水持續(xù)，雨勢(shì)也應(yīng)該減弱；如果午后開(kāi)始降水，西南氣流與北方冷空氣結(jié)合前一定會(huì)有間歇期。從舉辦方考慮，如果無(wú)人機(jī)飛行表演改期，考慮賽事參與人員特別是有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)蒞臨指導(dǎo)的時(shí)間，14日進(jìn)行飛行表演會(huì)改變賽事活動(dòng)舉辦方的部分初衷，大大削弱活動(dòng)的社會(huì)影響力。

(2)讓有經(jīng)驗(yàn)的預(yù)報(bào)員參與決策，為氣象服務(wù)成功護(hù)航?，F(xiàn)今預(yù)報(bào)員面臨氣象數(shù)據(jù)爆發(fā)式增長(zhǎng)，面對(duì)用戶需求，往往是按照預(yù)報(bào)的技術(shù)流程，參考數(shù)值預(yù)報(bào)模式，來(lái)確定預(yù)報(bào)結(jié)論，但這種客觀的預(yù)報(bào)方法，在進(jìn)行重大活動(dòng)，特別是賽事活動(dòng)服務(wù)時(shí)，局限性很大。如果給組委會(huì)提供的預(yù)報(bào)結(jié)論太籠統(tǒng)，往往讓賽事組委會(huì)無(wú)法進(jìn)行決策；因此，氣象服務(wù)人員必須主客觀融合，以用戶需求為出發(fā)點(diǎn)進(jìn)行精細(xì)氣象服務(wù)，特別是要充分發(fā)揮預(yù)報(bào)員的經(jīng)驗(yàn)，去嘗試并探索利用不斷更新的實(shí)時(shí)探測(cè)資料，去推測(cè)和尋找降水預(yù)報(bào)過(guò)程中可能出現(xiàn)的間歇期，讓氣象服務(wù)真正能幫助用戶進(jìn)行決策。重大活動(dòng)氣象服務(wù)保障過(guò)程中，預(yù)報(bào)員的經(jīng)驗(yàn)豐富與否非常關(guān)鍵，直接影響到整個(gè)氣象服務(wù)的成敗。

(3)重視短時(shí)臨近氣象服務(wù)訂正，往往能夠提升用戶滿意度。多普勒天氣雷達(dá)是探測(cè)降水系統(tǒng)的主要手段之一，也是短時(shí)臨近預(yù)報(bào)訂正的主要手段。本次大賽降水間歇期的準(zhǔn)確推斷主要是利用多普勒天氣雷達(dá)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。通過(guò)把握雷達(dá)回波的移動(dòng)速度、方向和落區(qū)，可以對(duì)預(yù)報(bào)地點(diǎn)給出準(zhǔn)確率較高的降水強(qiáng)度、時(shí)間、落區(qū)的臨近預(yù)報(bào)，由此可見(jiàn)多普勒天氣雷達(dá)資料在短時(shí)臨近預(yù)報(bào)中作用是至關(guān)重要的。氣象服務(wù)人員通過(guò)及時(shí)向組委會(huì)提供雷達(dá)回波信息，促成組委會(huì)下決心提前1小時(shí)進(jìn)行無(wú)人機(jī)飛行表演，避免了降水對(duì)飛行的影響，取得了滿意的效果。

(4)氣象服務(wù)心理學(xué)幫助用戶走進(jìn)氣象，提升氣象服務(wù)成效。好的氣象服務(wù)是以技術(shù)為基礎(chǔ)，打造用心服務(wù)的過(guò)程。氣象服務(wù)的過(guò)程涉及多方面的人員心理活動(dòng)，包括天氣預(yù)報(bào)員的心理、用戶的心理和氣象服務(wù)人員的心理。預(yù)報(bào)員關(guān)心的是預(yù)報(bào)的降水實(shí)際發(fā)生即成功，用戶的心理是關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)不下雨即成功，氣象服務(wù)人員的心理是為用戶預(yù)測(cè)的降水間歇期不下雨即成功。三者的心理訴求是不同的，氣象服務(wù)人員作為一個(gè)紐帶和橋梁，連接著預(yù)報(bào)員和用戶，既要權(quán)衡預(yù)報(bào)員、用戶兩者的心理，又要將不同的訴求融為一體綜合分析再去服務(wù)，因此，在氣象服務(wù)的整個(gè)過(guò)程中，服務(wù)人員在克服自身服務(wù)壓力的情況下，還需去化解預(yù)報(bào)員和用戶的心理壓力，盡心提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)保障，才能給用戶全新的氣象服務(wù)體驗(yàn)。在氣象服務(wù)的過(guò)程中，所有參與者的體會(huì)和心里獲得感，都是一次次的心理活動(dòng)過(guò)程，特別是用戶的心理活動(dòng)會(huì)影響到最后的服務(wù)效果；因此，氣象服務(wù)心理學(xué)貫穿了整個(gè)氣象服務(wù)的始終[9-12]，氣象服務(wù)更要側(cè)重考慮用戶的困惑、疑慮和壓力，做好服務(wù)、釋疑、解釋工作，才能獲得用戶更高的服務(wù)認(rèn)可。

4 結(jié)語(yǔ)

氣象服務(wù)工作比較艱辛，需要艱難抉擇，但只要認(rèn)真分析用戶需求，抓住氣象服務(wù)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，利用氣象服務(wù)技巧，合理剖析用戶心理訴求，就能成功實(shí)現(xiàn)精細(xì)氣象服務(wù)并獲得用戶認(rèn)可。山東省首屆無(wú)人機(jī)大賽決賽組委會(huì)氣象服務(wù)的成功案例，為如何更好的開(kāi)展氣象服務(wù)工作積累了經(jīng)驗(yàn)。準(zhǔn)確的氣象預(yù)報(bào)產(chǎn)品是氣象服務(wù)精細(xì)化的基礎(chǔ)，努力提升氣象預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率是氣象部門(mén)永恒的主題。百分之百準(zhǔn)確的氣象預(yù)報(bào)很難實(shí)現(xiàn)，但百分之百的精細(xì)氣象服務(wù)是很有可能做到的，氣象服務(wù)者需要真正融入到用戶之中，從用戶角度看氣象服務(wù)。氣象服務(wù)人員的服務(wù)心理與氣象用戶的消費(fèi)心理是不同的，氣象服務(wù)技巧與氣象服務(wù)心理學(xué)關(guān)系密切。