劉宣

（內(nèi)蒙古自治區(qū)喀喇沁旗氣象局，內(nèi)蒙古 赤峰 024000）

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

一、無人機(jī)和無人機(jī)技術(shù)

無人機(jī)是一種遙控?zé)o人駕駛的飛機(jī)，包括飛行構(gòu)造、遙控操作程序、自動駕駛器和導(dǎo)航系統(tǒng)等。無人機(jī)可依據(jù)其用途和系統(tǒng)配備不同的儀器，與傳統(tǒng)飛機(jī)相比，無人機(jī)成本低，消耗的人、物、財(cái)力資源少，通過遠(yuǎn)程控制及無線通信，可很好控制無人機(jī)的飛行及運(yùn)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(jī)不需專門的機(jī)場起飛及降落，在一定程度上抵抗了復(fù)雜地形的影響。因此，無人機(jī)以其獨(dú)特的優(yōu)勢在許多領(lǐng)域得到了廣泛運(yùn)用。

二、氣象服務(wù)概述

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

三、無人機(jī)技術(shù)在氣象服務(wù)中的意義

（一）提高氣象監(jiān)測準(zhǔn)確性。在當(dāng)前的氣象監(jiān)測范圍內(nèi)，有些氣象監(jiān)測只能由地面設(shè)備進(jìn)行，從而造成許多氣象監(jiān)測失誤。而利用無人機(jī)技術(shù)，可在高空進(jìn)行采樣，進(jìn)而使氣象監(jiān)測服務(wù)更好地發(fā)揮作用。

（二）為社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展做出更好的貢獻(xiàn)。無人機(jī)較便捷，且經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，無人機(jī)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，能為氣象服務(wù)的發(fā)展作出更大貢獻(xiàn)，從而促進(jìn)社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

（三）為無人機(jī)技術(shù)的更新做出貢獻(xiàn)。目前，由于人們對氣象服務(wù)要求的不斷增加，這也要求氣象服務(wù)更加精確，促進(jìn)無人機(jī)技術(shù)的不斷更新，使無人機(jī)能繼續(xù)服務(wù)于氣象服務(wù)工作，以此提高氣象服務(wù)質(zhì)量。

四、低空無人機(jī)的發(fā)展和應(yīng)用

雖然人類已掌握了觀察地球的各種科技手段，然而，關(guān)于氣象、地質(zhì)、航空等方面的現(xiàn)有數(shù)據(jù)仍非常有限。無人機(jī)的設(shè)備、發(fā)射、運(yùn)行成本都比衛(wèi)星低得多，信號失聯(lián)少，運(yùn)載量高，功率恒定，可執(zhí)行各種任務(wù)。由于技術(shù)的進(jìn)步及資本推動，近年來，無人機(jī)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(fèi)級無人機(jī)市場的約70%，并已應(yīng)用于航拍、貨運(yùn)、戶外急救等領(lǐng)域。但因電池壽命的限制，無人機(jī)目前在空中的停留時(shí)間為15～20min，從而限制了無人機(jī)在更廣泛領(lǐng)域的使用。而光啟研發(fā)的U-1 懸浮站具有重疊式無人機(jī)的多功能，U-1 的基本設(shè)計(jì)理念是其超長的駐空懸停時(shí)間及超高的承載能力。U-1 的設(shè)計(jì)非常重視平臺對應(yīng)用程序的適應(yīng)性，能在許多領(lǐng)域提供全面和多樣化的服務(wù)，包括邊防巡邏、海上應(yīng)用、森林防護(hù)等行業(yè)應(yīng)用。

無人機(jī)用于氣象探測需要無人機(jī)與地面站的有效配合。無人機(jī)必要參數(shù)為：①無人機(jī)飛行平臺包括機(jī)體、動力、操控系統(tǒng)，用于產(chǎn)生無人機(jī)飛行所需的升力和推力，以及用于支持飛行的其他機(jī)載設(shè)備；②無人機(jī)導(dǎo)航是按預(yù)定路線正確引導(dǎo)，達(dá)到要求的精度，并在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)引至目的地?，F(xiàn)有衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)包括全球定位系統(tǒng)等；③任務(wù)載荷設(shè)備系統(tǒng)是指無人機(jī)用于執(zhí)行特定任務(wù)時(shí)的相關(guān)設(shè)備，

依靠無人機(jī)的任務(wù)設(shè)備系統(tǒng)完成指定的任務(wù)；④一種數(shù)據(jù)鏈路系統(tǒng)，包括機(jī)載通信設(shè)備及地面站，根據(jù)數(shù)據(jù)傳輸方向的不同，可分為上、下行鏈路。其中，上行鏈路主要負(fù)責(zé)從地面站向無人機(jī)傳送和接收遙控指令；而下行鏈路主要用于無人機(jī)向地面終端傳輸遙測數(shù)據(jù)和載荷數(shù)據(jù)。地面站系統(tǒng)是無人機(jī)系統(tǒng)的控制部分，保證整個(gè)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)，包括：①任務(wù)規(guī)劃功能。制定飛行計(jì)劃，并圍繞該計(jì)劃運(yùn)用導(dǎo)航與定位功能，有效規(guī)劃無人機(jī)飛行航跡；②在飛行中控制無人機(jī)，將航線數(shù)據(jù)傳送給無人機(jī)，監(jiān)視無人機(jī)位置，控制其姿態(tài)和有效載荷等。

五、無人機(jī)在氣象服務(wù)中的應(yīng)用

無人機(jī)雖然已用于氣象觀測多年，但大多集中在探索領(lǐng)域，這與大規(guī)模氣象服務(wù)有所差距。比如：美國很早就得到了政府的資助，利用無人機(jī)對某些地區(qū)的自然狀況進(jìn)行科學(xué)研究。美國宇航局還與其他國家政府合作，通過無人機(jī)來進(jìn)一步提高對某項(xiàng)科學(xué)現(xiàn)象的研究。因而在政府的主導(dǎo)下，無人機(jī)已在有些科學(xué)領(lǐng)域得到了應(yīng)用，然而，這些無人機(jī)只在政府資助的少數(shù)領(lǐng)域使用，并未廣泛應(yīng)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(wù)，這些低空氣象服務(wù)使用無人機(jī)進(jìn)行氣象觀測。比如：我國一些航天集團(tuán)和高校聯(lián)合開發(fā)了一些無人機(jī)氣象探測技術(shù)，用于測量飛行區(qū)域內(nèi)的溫濕度和氣壓等?；馂?zāi)是整個(gè)森林系統(tǒng)中最具破壞性的災(zāi)害之一，并且很難早期發(fā)現(xiàn)。若在偏遠(yuǎn)山區(qū)部署無人機(jī)，森林火情可及時(shí)發(fā)現(xiàn)，有利于快速掌握火災(zāi)的發(fā)展勢態(tài)，并幫助消防人員隨時(shí)了解各種信息。與有人機(jī)相比，無人機(jī)具有許多優(yōu)勢，特別是在森林防火方面。因此，無人機(jī)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(jī)，其重點(diǎn)是霧霾檢測。當(dāng)前，我國很多地區(qū)都在地面進(jìn)行大氣污染的檢測工作，屬于定點(diǎn)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(jī)的先進(jìn)觀測儀器，研究人員能實(shí)時(shí)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(jī)技術(shù)的發(fā)展，其在氣象、農(nóng)業(yè)、林業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)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(jī)是一種先進(jìn)的信息技術(shù)，將其應(yīng)用于氣象服務(wù)中，能更好地提高氣象服務(wù)質(zhì)量，為社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供更好的第一手資料，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。