Page 271 - 生态环境监测技术与环境污染防治研究

第九章 土地管理与现代气象要素的有关思考

作中的人造卫星，但是对于气象、地质、航空、海洋等掌握的数据仍然十分有限。无
人机的物料成本以及发射和运营成本远低于卫星，讯号失联较少，运载量较高，具备

持续动力，可执行多种任务。得益于技术进步和资本推动，近年来消费级无人机呈现
出前所未有的发展，中国深圳的大疆占据着全球消费级无人机市场 70% 的份额，在
航拍、货物递送、户外急救等领域得到了应用。然而，由于电池续航瓶颈约束，当前
无人机在空中停留时间在 15~20min，限制了其在更广泛领域的应用。由光启研发的

U-1 悬浮站在多项功能上都有无人机有重叠，U-1 的核心设计理念集中体现在其超长
的驻空悬停时间和超强的载荷搭载能力，其有效航时可长达 10h，产品尺寸在 5~15m
之间实现定制化设计，可搭载 10~100kg 载荷。U-1 在设计上极其强调平台的应用适
配性，能够在众多领域提供全方位、多元化服务，包括边境巡逻、海上应用、森林防护、

自动化放牧、赛事直播、交通检测、巡逻等专业化等行业应用。
使用无人机进行气象探测需要无人机和地面站进行有效配合。无人机有以下几个
必要参数：第一，无人机飞行平台包括机体、动力和操纵控制系统，用于产生无人机

飞行所需的升力、推力和保障飞行的其他机载设备。第二，无人机导航，正确地引导
无人机沿着预定的航线，以要求的精度，在指定的时间内将其引导至目的地。现已使
用的卫星导航系统有美国的 GPS 系统，俄罗斯的 GLONASS 系统和中国的北斗二代
卫星导航系统。第三，任务载荷设备系统是指无人机用来执行指定任务使用的各种设
备，是真正完成指定任务必须依托无人机上的任务设备系统。第四，机载通信设备和

地面站组成的数据链路系统，按照数据传输方向的不同，可以分为上行链路和下行链
路。上行链路主要完成地面站至无人机的遥控指令的发送和接收；下行链路主要完成
无人机至地面终端的遥测数据以及载荷数据的传输。地面站系统是整个无人机系统的

控制部分，负责整个无人机系统的协调工作，包括：第一，任务的规划功能。制定飞
行计划，围绕飞行计划利用导航和定位功能对无人机的飞行航迹进行有效规划；第二，
在飞行过程中对无人机进行操作，在飞行过程中向无人机传递航线数据、监视无人机
的位置、控制无人机的姿态、控制有效载荷的工作等。
3. 无人机在气象服务中的应用

国外利用气象无人机已经有十多年的历史，但集中于研究探索领域，和大规模的
气象服务相去甚远。美国能源部、国家科学基金会和科罗拉多大小于 1999—2005 年
期间多次进行北极地区气象和生物观测。为了调查东太平洋热带气旋生成源地，2005

年美国国家航空航天局与哥斯达黎加合作，开展热带云系生产过程研究，完善热带气
旋生成模式。美国海洋大气局大西洋气象实验室用气象无人机对 Ophelia 飓风进行了
长时间的观测飞行。Aerosonde 无人机公司与日本气象厅合作利用无人机在日本南部
开展锋面降水系统研究，验证和改进非流体静力模型。

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