無人機氣象觀測系統(tǒng)是一種利用無人機對氣象數據采集的系統(tǒng)。它將無人機與氣象傳感器、數據采集技術相結合，可以飛行到不同的高度和位置，尤其是在難以接觸的偏遠地區(qū)（如山脈、極地、海洋等），實時獲取大氣中的風溫濕壓等數據。在大范圍的氣象數據采集任務中，傳統(tǒng)的測量方法往往存在時間滯后和空間分布不均的問題，而無人機可以通過高精度傳感器和實時數據傳輸，快速采集局部區(qū)域的氣象數據。

      無人機在氣象行業(yè)的應用具有巨大的潛力，它可以用于高空氣象觀測、氣象災害監(jiān)測、氣候研究、環(huán)境監(jiān)測等多個領域。無人機的高精度數據采集能力、快速部署和高機動性使其成為現(xiàn)代氣象研究和災害預警中不可或缺的工具。

       隨著無人機技術的進一步發(fā)展和氣象傳感器的不斷升級，未來無人機在氣象行業(yè)的應用將更加廣泛，并為氣象預測、災害預警和環(huán)境保護提供大量基礎觀測數據支撐。

01系統(tǒng)組成

模塊：功能描述

數據采集器：數據處理與任務協(xié)調，負責傳感器接口與數據傳輸

機載氣象要素傳感器：采集風溫濕壓等氣象數據

無人機：提供高精度的飛行控制和定位能力

 1.1 數據采集器

      數據采集器采用功能強大的嵌入式平臺，具備高度的靈活性和可擴展性。可以訪問并控制載荷硬件，獲取傳感器數據，與飛行控制系統(tǒng)進行通信等。能夠高速、穩(wěn)定的采集實時氣象數據并按照需求存儲數據，可以將實時氣象數據通過無線網絡鏈路傳輸到地面站同步顯示。

1.2 機載氣象要素傳感器

      相較于傳統(tǒng)的氣象探測設備，機載氣象要素傳感器尺寸小、重量輕，傳感器的靈敏度和響應速度較快，能夠實時反映氣象變化，適用于動態(tài)變化較大的氣象監(jiān)測任務，同時具備較強的抗干擾能力和高可靠性，能夠在極端環(huán)境下（如高溫、低溫、風速較大的地區(qū)）穩(wěn)定工作，使得它能夠方便地搭載在無人機、小型飛機等平臺上。這為高空氣象測量、航空氣象監(jiān)測提供了極大的便利，特別適合用于低空飛行或難以到達的區(qū)域。同時其具有較低的功耗，能夠在長時間的任務中穩(wěn)定運行，減少了對電池續(xù)航的依賴，使得它適用于長時間、遠距離的氣象監(jiān)測任務。

1.3 無人機

     無人機在氣象行業(yè)的應用日益廣泛，尤其是在高精度氣象數據采集、天氣預報、災害監(jiān)測等領域。無人機的高機動性、快速部署、低成本以及能夠到達傳統(tǒng)觀測設備難以觸及的區(qū)域，使得它成為現(xiàn)代氣象監(jiān)測中的重要工具。傳統(tǒng)氣象探測通常依賴于氣象氣球、雷達或衛(wèi)星，尤其在高空的氣象觀測上較為有限。無人機可以通過自主飛行，進入難以到達的高空或極地區(qū)域，具備更高的機動性，可以在多個點進行觀測，從而獲得更準確的數據。

圖片

02數據處理

       將采集到的溫濕度數據通過無線電信號傳送回地面控制站或指定的數據中心，地面控制站或據中心使用氣象數據處理軟件對收集的數據進行處理和分析，生成溫濕度曲線圖。

      無人機通過航線規(guī)劃軟件，使其能夠在預定的航線上穩(wěn)定飛行和懸停，并能根據飛行計劃自動執(zhí)行任務。

 03系統(tǒng)特點

靈活性、機動性：多旋翼無人機可以在近地區(qū)域進行靈活的觀測，覆蓋范圍廣，適用于各種復雜地形。

準確性：搭載高精度傳感器，能夠提供準確、快速響應的溫濕度數據。

即時性：溫濕度數據可以即時傳送至地面。

易用性：操作相對簡單，易于控制和維護。

 04技術參數

溫度傳感器

測量范圍：-90 to + 50 ℃

響應時間：1s

精度：±0.3℃

分辨率：0.01℃

濕度傳感器

測量范圍：0 - 100% RH

響應時間：1s

精度：±5% RH

分辨率：0.1% RH

無人機

尺寸：尺寸（展開，不包含槳葉）：810mm(長) x 670mm（寬）x 430mm（高）

重量：空機重量（含雙電池）：6.3 kg

懸停精度:（P-GPS）  垂直：±0.1 m（視覺定位正常工作時）;±0.5 m（GPS 正常工作時）;±0.1 m（RTK 定位正常工作時）

水平：±0.3 m（視覺定位正常工作時）;±1.5 m（GPS 正常工作時）;±0.1 m（RTK 定位正常工作時）

RTK 位置精度：在 RTK FIX 時：1 cm+1 ppm（水平）;1.5 cm + 1 ppm（垂直）

上升速度：S模式：6 m/s , P模式：5 m/s

下降速度（垂直）：S 模式：5 m/s , P模式：4 m/s

飛行海拔高度達：5000 m（2110 槳葉，起飛重量≤7 kg）,7000 m（2195 高原靜音槳葉，起飛重量≤7 kg）

可承受風速達：12m/s

可飛行時間長：55 min

防護等級：IP45

工作環(huán)境溫度：-20°C 至 50°C

數據采集器

硬件接口：UART

采集頻率：1Hz

存儲：16GB

05工作流程

1確定區(qū)域：確定需要觀測的區(qū)域和目標區(qū)域。確保觀測區(qū)域海拔滿足航測無人機的作業(yè)要求。

2飛行計劃：根據觀測區(qū)域和目標要求，規(guī)劃無人機的飛行計劃，包括起飛點、航線、觀測高度、飛行速度等參數。

3確定時間：考慮天氣狀況和目標要求，選擇適宜的觀測時間。

4設備檢查：對所有的設備進行檢查，主要包括飛機性能的檢查、電池電量、傳感器固定、數據采集、數據傳輸等功能正常。

5設備起飛：將無人機放置在安 全的起飛點，啟動飛行控制系統(tǒng)，并確保無人機和傳感器狀態(tài)正常。

6數據采集：飛行過程中，無人機搭載的溫濕度傳感器會實時測量周圍空氣的溫度和濕度數據。

根據飛行計劃，無人機在預定高度和位置進行航線飛行，收集不同位置、高度的溫濕度數據。

7數據傳輸：采集到的溫濕度數據通過無線數據傳輸傳送回地面控制站或指定的數據中心。

數據傳輸應確保穩(wěn)定和可靠，以便后續(xù)處理和分析。

8數據分析：地面控制站或數據中心使用氣象數據處理軟件對收集的數據進行處理和分析。

9生成報告：根據處理和分析的數據，生成溫濕度廓線數據表、時間趨勢圖、對比圖等。

10結束任務：無人機完成任務后，安 全降落并進行必要的維護和檢查。

飛行測試數據示例

06項目執(zhí)行情況

地點：內蒙古呼倫貝爾市滿洲里西郊機場

應用：為國產民航大飛機飛行試驗提供環(huán)境梯度氣象數據

現(xiàn)場圖片：

國產民航大飛機

機載氣象觀測系統(tǒng)