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實(shí)現(xiàn)垂直探測數(shù)據(jù)更加精準(zhǔn)，邊界層氣象探測無人機(jī)在江蘇問世

2021-06-04 13:27 性質(zhì)：轉(zhuǎn)載 作者：交匯點(diǎn) 來源：交匯點(diǎn)
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近日，江蘇蘇省金壇國家綜合氣象觀測專項(xiàng)試驗(yàn)外場（交通氣象），一架旋翼式無人機(jī)緩緩上升，搭載著氣象探測傳感器，對(duì)邊界層氣象環(huán)境進(jìn)行探測。這是江蘇省氣象科...

近日，江蘇蘇省金壇國家綜合氣象觀測專項(xiàng)試驗(yàn)外場（交通氣象），一架旋翼式無人機(jī)緩緩上升，搭載著氣象探測傳感器，對(duì)邊界層氣象環(huán)境進(jìn)行探測。

這是江蘇省氣象科學(xué)研究所（以下簡稱省氣科所） 自主研發(fā)的邊界層氣象探測無人機(jī)，選用了輕型化、小型化，符合邊界層氣象探測高分辨率、高靈敏度、高準(zhǔn)確度要求的集成氣象傳感器，不僅適用于交通氣象觀測領(lǐng)域，還可以根據(jù)不同的觀測需求“定制”不同的飛行模式。

江蘇省氣科所高級(jí)工程師吳泓介紹，利用無人機(jī)進(jìn)行邊界層探測可以“無視”風(fēng)的影響，實(shí)現(xiàn)真正的垂直探測，確保采集的數(shù)據(jù)更加精準(zhǔn)。江蘇的無人機(jī)氣象觀測始于2016年。此前開展氣球探測時(shí)，需確保多地同一時(shí)間施放，人工操作導(dǎo)致的誤差使得實(shí)驗(yàn)結(jié)果難以滿足實(shí)際需求。于是，吳泓產(chǎn)生了“把傳感器放在無人機(jī)上，通過聯(lián)網(wǎng)操控確保起飛時(shí)間一致”的想法。在通過可行性研究后，省氣科所迅速組建研究團(tuán)隊(duì)開始技術(shù)研發(fā)。

很快，研究團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)的無人機(jī)邊界層氣象探測系統(tǒng)經(jīng)過設(shè)計(jì)、研發(fā)、飛行試驗(yàn)以及風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)和氣動(dòng)仿真實(shí)驗(yàn)等技術(shù)攻關(guān)，完成定型。與此同時(shí)，一個(gè)頂著尖尖腦袋（傳感器），形似六爪蜘蛛（飛行旋翼） 的大型無人機(jī)系統(tǒng)也研制成功。

在研發(fā)設(shè)計(jì)以及應(yīng)用過程中，無人機(jī)的功能不斷完善，團(tuán)隊(duì)研制了兼具高靈敏度和高準(zhǔn)確度的無人機(jī)邊界層氣象探測專用傳感器；無人機(jī)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了飛行高度大于3000米的設(shè)計(jì)目標(biāo)，不僅滿足平原地區(qū)邊界層探測使用，還可以在高原地區(qū)使用，且飛行高度可達(dá)2000米。多次探測飛行試驗(yàn)證明，無人機(jī)的水平定位精度進(jìn)入0.5米范疇，空載續(xù)航時(shí)間超過70分鐘，抗風(fēng)等級(jí)大于等于15米/秒。

全新的氣象觀測無人機(jī)能夠應(yīng)對(duì)多種復(fù)雜氣象環(huán)境，豐富了氣象觀測數(shù)據(jù)的應(yīng)用場景，提升了探測數(shù)據(jù)的使用價(jià)值。正因如此，2020年夏天，作為解決四川地區(qū)高原與盆地復(fù)雜地形探測難題的手段之一，該無人機(jī)在四川進(jìn)行了針對(duì)性探測試飛，為四川氣象觀測提供了優(yōu)化方案。

針對(duì)實(shí)際應(yīng)用過程中，無人機(jī)旋翼轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的風(fēng)對(duì)精確測風(fēng)有較大影響，研究團(tuán)隊(duì)通過大量風(fēng)洞試驗(yàn)、流場仿真等手段，獲得了針對(duì)無人機(jī)的傳感器架設(shè)高度以及此高度上流場影響定量分析結(jié)果，使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和修正方法有了大量數(shù)據(jù)支撐；結(jié)合不同風(fēng)傳感器自身特性，融合實(shí)時(shí)無人機(jī)姿態(tài)數(shù)據(jù)，以流場仿真結(jié)果為基礎(chǔ)，建立了修正算法模型。

江蘇省氣象局牽頭在鹽城地區(qū)建設(shè)了以射陽、大豐、建湖、阜寧、濱海等地氣象局為主的無人機(jī)邊界層氣象觀測探測基地，并于2018年和2019年開展探測示范應(yīng)用。其中，2019年7月還啟動(dòng)了集中組網(wǎng)觀測試驗(yàn)，獲取了無人機(jī)、載荷等性能數(shù)據(jù)和邊界層探測數(shù)據(jù)。

經(jīng)過長達(dá)數(shù)月、每日5次的連續(xù)業(yè)務(wù)運(yùn)行實(shí)踐，江蘇氣象部門自主研發(fā)的無人機(jī)邊界層探測裝備驗(yàn)證了多點(diǎn)組網(wǎng)、協(xié)同作業(yè)的工作模式，實(shí)現(xiàn)了省級(jí)中心控制、異地多站點(diǎn)組網(wǎng)同時(shí)觀測作業(yè)，數(shù)據(jù)集中處理、存儲(chǔ)與共享，從而保證了數(shù)據(jù)的可比性，這也為推動(dòng)全國無人機(jī)氣象探測業(yè)務(wù)化奠定了可行性基礎(chǔ)。

當(dāng)前，該無人機(jī)已經(jīng)在中國氣象局氣象探測中心、中國氣象局成都高原氣象科學(xué)研究所、陜西省氣象探測中心、江蘇省氣象探測中心等單位開展延伸科學(xué)試驗(yàn)應(yīng)用。

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