淺談無人機技術在氣象服務中的作用

劉宣

（內蒙古自治區(qū)喀喇沁旗氣象局，內蒙古 赤峰 024000）

氣象和民生、國家安全息息相關。提高氣象對國家公共安全、生態(tài)安全、資源安全等領域的氣象水平，必須加強氣象及相關災害監(jiān)測，及時獲得更準確的氣象資料。而無人機因其具有成本低、體積小、重量輕、操作方便、靈活性高、適應性強、安全穩(wěn)定、易于隱蔽等優(yōu)點，因此，其在氣象服務中發(fā)揮著重要作用。

一、無人機和無人機技術

無人機是一種遙控無人駕駛的飛機，包括飛行構造、遙控操作程序、自動駕駛器和導航系統(tǒng)等。無人機可依據其用途和系統(tǒng)配備不同的儀器，與傳統(tǒng)飛機相比，無人機成本低，消耗的人、物、財力資源少，通過遠程控制及無線通信，可很好控制無人機的飛行及運作，不需駕駛員駕駛，這在一定程度上避免了人身安全事故，確保了更大的安全性。無人機不需專門的機場起飛及降落，在一定程度上抵抗了復雜地形的影響。因此，無人機以其獨特的優(yōu)勢在許多領域得到了廣泛運用。

二、氣象服務概述

氣象服務是以氣象為主要對象的服務，可分為決策氣象服務、公眾氣象服務、專業(yè)氣象服務、科技服務。氣象服務根據其屬性屬于公共服務范疇。其中，決策氣象服務是指各級政府與有關部門的氣象決策服務；公眾氣象服務是公眾的日常氣象服務；專業(yè)氣象服務是各行業(yè)需要的氣象服務；科技服務是專門為用戶提供的一種特殊氣象服務。這四者構成了覆蓋全社會的綜合氣象服務網。

三、無人機技術在氣象服務中的意義

（一）提高氣象監(jiān)測準確性。在當前的氣象監(jiān)測范圍內，有些氣象監(jiān)測只能由地面設備進行，從而造成許多氣象監(jiān)測失誤。而利用無人機技術，可在高空進行采樣，進而使氣象監(jiān)測服務更好地發(fā)揮作用。

（二）為社會經濟的發(fā)展做出更好的貢獻。無人機較便捷，且經濟實惠，無人機技術的進一步發(fā)展，能為氣象服務的發(fā)展作出更大貢獻，從而促進社會經濟的發(fā)展。

（三）為無人機技術的更新做出貢獻。目前，由于人們對氣象服務要求的不斷增加，這也要求氣象服務更加精確，促進無人機技術的不斷更新，使無人機能繼續(xù)服務于氣象服務工作，以此提高氣象服務質量。

四、低空無人機的發(fā)展和應用

雖然人類已掌握了觀察地球的各種科技手段，然而，關于氣象、地質、航空等方面的現(xiàn)有數據仍非常有限。無人機的設備、發(fā)射、運行成本都比衛(wèi)星低得多，信號失聯(lián)少，運載量高，功率恒定，可執(zhí)行各種任務。由于技術的進步及資本推動，近年來，無人機的使用發(fā)生了前所未有的變化，我國深圳大疆公司占全球消費級無人機市場的約70%，并已應用于航拍、貨運、戶外急救等領域。但因電池壽命的限制，無人機目前在空中的停留時間為15～20min，從而限制了無人機在更廣泛領域的使用。而光啟研發(fā)的U-1 懸浮站具有重疊式無人機的多功能，U-1 的基本設計理念是其超長的駐空懸停時間及超高的承載能力。U-1 的設計非常重視平臺對應用程序的適應性，能在許多領域提供全面和多樣化的服務，包括邊防巡邏、海上應用、森林防護等行業(yè)應用。

無人機用于氣象探測需要無人機與地面站的有效配合。無人機必要參數為：①無人機飛行平臺包括機體、動力、操控系統(tǒng)，用于產生無人機飛行所需的升力和推力，以及用于支持飛行的其他機載設備；②無人機導航是按預定路線正確引導，達到要求的精度，并在規(guī)定的時間內引至目的地?，F(xiàn)有衛(wèi)星導航系統(tǒng)包括全球定位系統(tǒng)等；③任務載荷設備系統(tǒng)是指無人機用于執(zhí)行特定任務時的相關設備，

依靠無人機的任務設備系統(tǒng)完成指定的任務；④一種數據鏈路系統(tǒng)，包括機載通信設備及地面站，根據數據傳輸方向的不同，可分為上、下行鏈路。其中，上行鏈路主要負責從地面站向無人機傳送和接收遙控指令；而下行鏈路主要用于無人機向地面終端傳輸遙測數據和載荷數據。地面站系統(tǒng)是無人機系統(tǒng)的控制部分，保證整個系統(tǒng)的協(xié)調，包括：①任務規(guī)劃功能。制定飛行計劃，并圍繞該計劃運用導航與定位功能，有效規(guī)劃無人機飛行航跡；②在飛行中控制無人機，將航線數據傳送給無人機，監(jiān)視無人機位置，控制其姿態(tài)和有效載荷等。

五、無人機在氣象服務中的應用

無人機雖然已用于氣象觀測多年，但大多集中在探索領域，這與大規(guī)模氣象服務有所差距。比如：美國很早就得到了政府的資助，利用無人機對某些地區(qū)的自然狀況進行科學研究。美國宇航局還與其他國家政府合作，通過無人機來進一步提高對某項科學現(xiàn)象的研究。因而在政府的主導下，無人機已在有些科學領域得到了應用，然而，這些無人機只在政府資助的少數領域使用，并未廣泛應用于社會的各行各業(yè)。

近年來，我國出現(xiàn)了低空氣象服務，這些低空氣象服務使用無人機進行氣象觀測。比如：我國一些航天集團和高校聯(lián)合開發(fā)了一些無人機氣象探測技術，用于測量飛行區(qū)域內的溫濕度和氣壓等?；馂氖钦麄€森林系統(tǒng)中最具破壞性的災害之一，并且很難早期發(fā)現(xiàn)。若在偏遠山區(qū)部署無人機，森林火情可及時發(fā)現(xiàn)，有利于快速掌握火災的發(fā)展勢態(tài)，并幫助消防人員隨時了解各種信息。與有人機相比，無人機具有許多優(yōu)勢，特別是在森林防火方面。因此，無人機可搭載紅外熱線，再利用其光源生成清晰的圖像，清晰地顯示火情，并24h 全天監(jiān)控火情。我國一些高等院校從2011 年開始研制無人機，其重點是霧霾檢測。當前，我國很多地區(qū)都在地面進行大氣污染的檢測工作，屬于定點檢測，很難了解高空霧霾的分布情況，并且也很難獲取外地霧霾的輸出情況。通過使用無人機的先進觀測儀器，研究人員能實時了解高空霧霾情況和外地霧霾輸出情況。

綜上所述，隨著無人機技術的發(fā)展，其在氣象、農業(yè)、林業(yè)等領域的應用日益增多，它解決了低空環(huán)境下的監(jiān)測、探測、信息采集等問題。此外，無人機是一種先進的信息技術，將其應用于氣象服務中，能更好地提高氣象服務質量，為社會經濟發(fā)展提供更好的第一手資料，具有重要的現(xiàn)實意義。