浅谈无人机技术在气象服务中的作用

刘宣

（内蒙古自治区喀喇沁旗气象局，内蒙古 赤峰 024000）

气象和民生、国家安全息息相关。提高气象对国家公共安全、生态安全、资源安全等领域的气象水平，必须加强气象及相关灾害监测，及时获得更准确的气象资料。而无人机因其具有成本低、体积小、重量轻、操作方便、灵活性高、适应性强、安全稳定、易于隐蔽等优点，因此，其在气象服务中发挥着重要作用。

一、无人机和无人机技术

无人机是一种遥控无人驾驶的飞机，包括飞行构造、遥控操作程序、自动驾驶器和导航系统等。无人机可依据其用途和系统配备不同的仪器，与传统飞机相比，无人机成本低，消耗的人、物、财力资源少，通过远程控制及无线通信，可很好控制无人机的飞行及运作，不需驾驶员驾驶，这在一定程度上避免了人身安全事故，确保了更大的安全性。无人机不需专门的机场起飞及降落，在一定程度上抵抗了复杂地形的影响。因此，无人机以其独特的优势在许多领域得到了广泛运用。

二、气象服务概述

气象服务是以气象为主要对象的服务，可分为决策气象服务、公众气象服务、专业气象服务、科技服务。气象服务根据其属性属于公共服务范畴。其中，决策气象服务是指各级政府与有关部门的气象决策服务；公众气象服务是公众的日常气象服务；专业气象服务是各行业需要的气象服务；科技服务是专门为用户提供的一种特殊气象服务。这四者构成了覆盖全社会的综合气象服务网。

三、无人机技术在气象服务中的意义

（一）提高气象监测准确性。在当前的气象监测范围内，有些气象监测只能由地面设备进行，从而造成许多气象监测失误。而利用无人机技术，可在高空进行采样，进而使气象监测服务更好地发挥作用。

（二）为社会经济的发展做出更好的贡献。无人机较便捷，且经济实惠，无人机技术的进一步发展，能为气象服务的发展作出更大贡献，从而促进社会经济的发展。

（三）为无人机技术的更新做出贡献。目前，由于人们对气象服务要求的不断增加，这也要求气象服务更加精确，促进无人机技术的不断更新，使无人机能继续服务于气象服务工作，以此提高气象服务质量。

四、低空无人机的发展和应用

虽然人类已掌握了观察地球的各种科技手段，然而，关于气象、地质、航空等方面的现有数据仍非常有限。无人机的设备、发射、运行成本都比卫星低得多，信号失联少，运载量高，功率恒定，可执行各种任务。由于技术的进步及资本推动，近年来，无人机的使用发生了前所未有的变化，我国深圳大疆公司占全球消费级无人机市场的约70%，并已应用于航拍、货运、户外急救等领域。但因电池寿命的限制，无人机目前在空中的停留时间为15～20min，从而限制了无人机在更广泛领域的使用。而光启研发的U-1 悬浮站具有重叠式无人机的多功能，U-1 的基本设计理念是其超长的驻空悬停时间及超高的承载能力。U-1 的设计非常重视平台对应用程序的适应性，能在许多领域提供全面和多样化的服务，包括边防巡逻、海上应用、森林防护等行业应用。

无人机用于气象探测需要无人机与地面站的有效配合。无人机必要参数为：①无人机飞行平台包括机体、动力、操控系统，用于产生无人机飞行所需的升力和推力，以及用于支持飞行的其他机载设备；②无人机导航是按预定路线正确引导，达到要求的精度，并在规定的时间内引至目的地。现有卫星导航系统包括全球定位系统等；③任务载荷设备系统是指无人机用于执行特定任务时的相关设备，

依靠无人机的任务设备系统完成指定的任务；④一种数据链路系统，包括机载通信设备及地面站，根据数据传输方向的不同，可分为上、下行链路。其中，上行链路主要负责从地面站向无人机传送和接收遥控指令；而下行链路主要用于无人机向地面终端传输遥测数据和载荷数据。地面站系统是无人机系统的控制部分，保证整个系统的协调，包括：①任务规划功能。制定飞行计划，并围绕该计划运用导航与定位功能，有效规划无人机飞行航迹；②在飞行中控制无人机，将航线数据传送给无人机，监视无人机位置，控制其姿态和有效载荷等。

五、无人机在气象服务中的应用

无人机虽然已用于气象观测多年，但大多集中在探索领域，这与大规模气象服务有所差距。比如：美国很早就得到了政府的资助，利用无人机对某些地区的自然状况进行科学研究。美国宇航局还与其他国家政府合作，通过无人机来进一步提高对某项科学现象的研究。因而在政府的主导下，无人机已在有些科学领域得到了应用，然而，这些无人机只在政府资助的少数领域使用，并未广泛应用于社会的各行各业。

近年来，我国出现了低空气象服务，这些低空气象服务使用无人机进行气象观测。比如：我国一些航天集团和高校联合开发了一些无人机气象探测技术，用于测量飞行区域内的温湿度和气压等。火灾是整个森林系统中最具破坏性的灾害之一，并且很难早期发现。若在偏远山区部署无人机，森林火情可及时发现，有利于快速掌握火灾的发展势态，并帮助消防人员随时了解各种信息。与有人机相比，无人机具有许多优势，特别是在森林防火方面。因此，无人机可搭载红外热线，再利用其光源生成清晰的图像，清晰地显示火情，并24h 全天监控火情。我国一些高等院校从2011 年开始研制无人机，其重点是雾霾检测。当前，我国很多地区都在地面进行大气污染的检测工作，属于定点检测，很难了解高空雾霾的分布情况，并且也很难获取外地雾霾的输出情况。通过使用无人机的先进观测仪器，研究人员能实时了解高空雾霾情况和外地雾霾输出情况。

综上所述，随着无人机技术的发展，其在气象、农业、林业等领域的应用日益增多，它解决了低空环境下的监测、探测、信息采集等问题。此外，无人机是一种先进的信息技术，将其应用于气象服务中，能更好地提高气象服务质量，为社会经济发展提供更好的第一手资料，具有重要的现实意义。