【型號(hào)推薦：云境天合TH-F2無(wú)人機(jī)氣象儀】傳統(tǒng)的氣象觀測(cè)主要依賴于地面氣象站和探空氣球。地面站受限于固定位置，無(wú)法反映空間上的氣象變化差異;探空氣球雖能獲取垂直廓線數(shù)據(jù)，但無(wú)法回收、成本較高，且無(wú)法在特定區(qū)域進(jìn)行懸停或機(jī)動(dòng)探測(cè)。隨著無(wú)人機(jī)技術(shù)的成熟，將氣象傳感器“搬上"無(wú)人機(jī)，實(shí)現(xiàn)低成本、高時(shí)效、可重復(fù)的立體氣象觀測(cè)，已成為氣象與環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的重要趨勢(shì)。云境天合無(wú)人機(jī)氣象儀，正是順應(yīng)這一趨勢(shì)而設(shè)計(jì)的小型化、高集成度機(jī)載氣象監(jiān)測(cè)模塊。它能夠搭載于多旋翼或固定翼無(wú)人機(jī)上，在飛行過(guò)程中實(shí)時(shí)測(cè)量溫度、濕度、氣壓、風(fēng)速、風(fēng)向等關(guān)鍵氣象參數(shù)，并將數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)傳鏈路實(shí)時(shí)回傳至地面站，為精細(xì)化氣象服務(wù)、環(huán)境監(jiān)測(cè)和科研提供寶貴的三維數(shù)據(jù)支撐。

　　工作原理與技術(shù)特點(diǎn)

　　無(wú)人機(jī)氣象儀的測(cè)量原理與地面氣象站基本相同，但針對(duì)無(wú)人機(jī)平臺(tái)的特殊性(空間有限、功耗受限、存在飛行擾動(dòng))，在工程實(shí)現(xiàn)上做了大量針對(duì)性優(yōu)化：小型化高精度傳感器采用MEMS(微機(jī)電系統(tǒng))技術(shù)，將溫度、濕度、氣壓傳感器集成在拇指大小的芯片上，大幅降低體積和功耗，同時(shí)保持足夠的精度。超聲風(fēng)速測(cè)量(推薦)傳統(tǒng)機(jī)械風(fēng)杯/風(fēng)向標(biāo)因體積和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量問(wèn)題，不適合無(wú)人機(jī);無(wú)人機(jī)氣象儀通常采用超聲波時(shí)差法測(cè)量風(fēng)速風(fēng)向——通過(guò)多對(duì)超聲波探頭間的聲波傳播時(shí)間差，推算二維或三維風(fēng)速矢量，無(wú)機(jī)械磨損，響應(yīng)快，適合飛行中動(dòng)態(tài)測(cè)量。主動(dòng)吸氣防輻射機(jī)載溫度傳感器在陽(yáng)光直射下極易因輻射加熱產(chǎn)生0.5~2℃的正偏差。配備微型主動(dòng)吸氣風(fēng)扇，在傳感器周圍形成持續(xù)氣流，有效降低輻射誤差。無(wú)人機(jī)在飛行中會(huì)俯仰、橫滾、偏航，這些姿態(tài)變化會(huì)干擾風(fēng)向風(fēng)速測(cè)量。儀器通過(guò)接入飛控的姿態(tài)角數(shù)據(jù)(IMU)，實(shí)時(shí)進(jìn)行坐標(biāo)變換和風(fēng)場(chǎng)解算，輸出地速風(fēng)向而非“機(jī)頭風(fēng)向"。

　　典型應(yīng)用場(chǎng)景與數(shù)據(jù)價(jià)值

　　無(wú)人機(jī)氣象儀賦予了氣象探測(cè)新的空間維度，其在以下領(lǐng)域具有顯著價(jià)值：氣象邊界層探測(cè)與數(shù)值預(yù)報(bào)資料同化核心價(jià)值大氣邊界層(地面至約1~2km高度)是熱量、動(dòng)量和水汽交換的區(qū)域，也是天氣預(yù)報(bào)模式中最難準(zhǔn)確描述的部分。無(wú)人機(jī)氣象儀可獲取高垂直分辨率的溫、濕、風(fēng)廓線數(shù)據(jù)，為數(shù)值天氣預(yù)報(bào)(NWP)模式提供寶貴的現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)資料，有助于改善模式初始場(chǎng)，提升降水、霧霾等預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率。大氣污染擴(kuò)散研究與應(yīng)急監(jiān)測(cè)核心價(jià)值在發(fā)生化工廠泄漏、核事故、森林火災(zāi)等突發(fā)事件時(shí)，快速了解污染物擴(kuò)散方向與速度是決策的關(guān)鍵。無(wú)人機(jī)氣象儀可快速升空，測(cè)量泄漏源附近的風(fēng)場(chǎng)和大氣穩(wěn)定度，為擴(kuò)散模型提供實(shí)時(shí)輸入，幫助應(yīng)急指揮部劃定疏散范圍。常規(guī)監(jiān)測(cè)在重污染天氣(霧霾)過(guò)程中，獲取邊界層逆溫層強(qiáng)度和高度數(shù)據(jù)，解析污染累積的氣象成因。核心價(jià)值農(nóng)作物的蒸散發(fā)、農(nóng)藥噴灑漂移、病蟲害傳播都與低層風(fēng)場(chǎng)密切相關(guān)。無(wú)人機(jī)氣象儀可在農(nóng)田上方50~300米高度實(shí)測(cè)風(fēng)速風(fēng)向，為精準(zhǔn)噴灑和農(nóng)業(yè)災(zāi)害預(yù)警提供局地氣象依據(jù)。衛(wèi)星遙感反演的地表溫度、土壤濕度等產(chǎn)品，常需與近地面氣象參數(shù)進(jìn)行交叉驗(yàn)證。無(wú)人機(jī)氣象儀可快速獲取與衛(wèi)星過(guò)境時(shí)刻同步的地面和低空氣象數(shù)據(jù)，輔助真實(shí)性檢驗(yàn)工作。風(fēng)電資源評(píng)估與場(chǎng)址勘測(cè)風(fēng)電場(chǎng)選址需要了解場(chǎng)址上空風(fēng)切變指數(shù)和湍流強(qiáng)度。傳統(tǒng)方法需要建設(shè)測(cè)風(fēng)塔(成本高、周期長(zhǎng))，而無(wú)人機(jī)氣象儀可在數(shù)小時(shí)內(nèi)完成多高度層的風(fēng)廓線測(cè)量，為風(fēng)資源快速預(yù)評(píng)估提供經(jīng)濟(jì)高效的解決方案。城市微氣候與熱島效應(yīng)研究城市化導(dǎo)致的熱島效應(yīng)在垂直方向上的表現(xiàn)(如夜間城市上空存在“暖蓋")是城市氣候研究的熱點(diǎn)。無(wú)人機(jī)氣象儀能夠在城市復(fù)雜環(huán)境下靈活穿梭，獲取地面站無(wú)法觸及的立體熱力結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)。

　　飛行測(cè)量操作流程與關(guān)鍵技術(shù)要點(diǎn)

　　為確保數(shù)據(jù)質(zhì)量，無(wú)人機(jī)氣象測(cè)量需遵循特殊的操作規(guī)范：安裝位置優(yōu)化傳感器應(yīng)安裝在無(wú)人機(jī)前方或上方探桿上，盡可能遠(yuǎn)離旋翼下洗氣流(旋翼產(chǎn)生的向下氣流)影響區(qū)。一般要求距旋翼平面至少1.5~2倍旋翼直徑的距離。飛行模式選擇進(jìn)行氣象廓線測(cè)量時(shí)，建議采用垂直爬升/下降模式，速度控制在1~3m/s，以獲得足夠的垂直分辨率。測(cè)量固定高度層風(fēng)場(chǎng)時(shí)，可采用懸停模式，懸停時(shí)間建議≥1分鐘以獲取穩(wěn)定平均值。數(shù)據(jù)質(zhì)量控制(關(guān)鍵) 剔除機(jī)翼擾動(dòng)數(shù)據(jù)無(wú)人機(jī)轉(zhuǎn)彎、加速、減速期間的氣象數(shù)據(jù)受飛行狀態(tài)強(qiáng)烈干擾，應(yīng)予標(biāo)記或剔除。時(shí)間平均處理單個(gè)瞬時(shí)值可能存在較大噪聲，建議對(duì)連續(xù)10~30秒的數(shù)據(jù)進(jìn)行滑動(dòng)平均，獲得更具代表性的均值。與地面站同步對(duì)比每次飛行前/后，在地面靜止?fàn)顟B(tài)下與標(biāo)準(zhǔn)氣象站進(jìn)行1~2分鐘的對(duì)比測(cè)量，以驗(yàn)證儀器是否在運(yùn)輸和裝機(jī)過(guò)程中發(fā)生變化。應(yīng)在無(wú)降水、無(wú)雷暴、風(fēng)速小于無(wú)人機(jī)最大抗風(fēng)能力的天氣條件下作業(yè)。避免在濃霧中飛行，因濕氣可能凝結(jié)在傳感器表面影響讀數(shù)。