气象要素对多旋翼无人机飞行的影响

陈婷，杨泓，李亚玲

（四川省气象服务中心，四川 成都 610071）

无人机是利用无线遥控和程序控制来执行特定航空任务的飞行器，或者由车载计算机完全地间隙地自主地操作。根据操控方式的不同，无人机分为多旋翼无人机、固定翼无人机、无人直升机等。

现阶段对边界层的气象和环境要素观测主要是靠探空气象站、空气质量监测站等进行。探测方式成本高，探测要素比较单一，空间和时间分辨率较小，随着无人机边界层探测系统的试飞成功，将若干多旋翼无人机组成的机群分布在大气边界层指定区域的空间网络格点上，探测大气边界层的各气象要素和环境要素的新的探测模式被提出。

无人机可以观测气象和环境要素，同时无人机飞行任务能否顺利实施也受到天气影响。2008 年中国气象局第 1 次利用无人机获取台风内部气象要素资料。2013台风“尤特”登陆后利用无人机对当地渔业造成的损害情况进行了遥感观测及评估，但多旋翼无人机在灾害性天气中可以发挥的作用和应用局限目前尚属空白。从无人机多次应用于灾害天气中说明可以利用无人机对台风等恶劣天气进行气象要素探测。

1 气象要素对无人机飞行的影响

多旋翼无人机体未作防雨防雷处理，所以当出现雨雪、雷暴等天气时，原则上不能执行飞行任务，但也可视情况而定，较小的雨雪对无人机损伤较为轻微，应急情况下可短时穿越雨雪区域，这就对气象保障与预报提出了新的要求。无人机的飞行活动和气象条件之间的关系正从气象条件决定能否飞行转变为复杂气象条件下如何飞行安全，如何为无人机飞行提供可靠的气象保障。

1.1 低云

对于无人机飞行的影响最大的低云主要是指云底距地面距离在300m以下的云。低云对多旋翼无人机飞行的影响主要来自于低云所伴随的强天气。其中对多旋翼无人机影响最大的是的积雨云和浓积云引起的。积雨云云底高度一般在400～1000m，云顶高可达对流层顶（8000～12000m），受性能影响多旋翼无人机无法爬升到云顶之上，只能采取避开措施。

1.2 低能见度

多旋翼无人机上升阶段离地面很近，一旦出现强风切变、侧风和强下沉气流时，将造成飞机失速、掉高等情况出现，应对时间非常短。因此对于能见度要求很高，同时能见度也是影响能否正常飞行时的一个决定因素。

1.3 雷电

雷电既可能使无人机遭雷击，又使无线电通信和电子设备受到干扰，雷电可能同时还伴有冰雹、下击暴流、龙卷等强天气。

1.4 风

风对多旋翼无人机飞行安全的影响主要来自低空风切变 。出现强风切变天气时，飞控员首先应随时注意多旋翼无人机的对地速度与偏航情况，及时修正航线并计算航行时间，确保多旋翼无人机能顺利往返；其次应该根据风向适当变更航线，避免多旋翼无人机在较大侧风切变情况下飞行，保证飞行安全。

1.5 气温

温度过高或者过低都可能对多旋翼无人机电子设备的正常运行产生影响。

1.6 气压

多旋翼无人机对地高度测量多采用的是飞机海拔高度与地面海拔高度差值计算而得，飞行过程中区域气压的强烈变化也会对标定飞行高度造成影响，特别是在多旋翼无人机回收阶段，标定高度错误可能会造成比较严重的后果。

1.7 积冰

积冰会改变多旋翼无人机动力，加大多旋翼无人机的操纵难度，甚至发生事故。当多旋翼无人机上发生积冰时，除了对多旋翼无人机进行回收外，也可选择将多旋翼无人机高度提升将积冰冲开，同时应注意在空气湿度较大时进行飞行，且飞行时尽量避开云层。

2 结语

基于气象要素对多旋翼无人机的影响，保障多旋翼无人机飞行安全应该从以下几个方面着手：一是为无人机提供高准确率的精细化预报，包括强天气、降水、低云高度、能见度、风速、风向、气温、气压、湿度的预报；二是应该根据多旋翼无人机性能，为多旋翼无人机制定一套最低气象条件，所谓最低气象条件是指，多旋翼无人机飞行的最低阈值，当气象条件低于此阈值多旋翼无人机不允许放飞，对正在飞行的多旋翼无人机应采取回收等措施；三是加强无人机操作人员的培训，应该具有一定的气象知识，能应对多旋翼无人机进入恶劣天气区域等突发情况。

[1]沈怀荣，邵琼玲，王盛军等.无人机气象探测技术[M].北京:清华大学出版社，2010.

[2]罗琦等.多旋翼无人机群自主探测大气边界层气象要素的模式分析[J].南京信息工程大学学报: 自然科学版，2014,6（2）:121-128.

[3]马舒庆，汪改，潘毅.微型无人驾驶飞机探空初步试验研究[J].南京气象学院学报，1997,20（2）:171-177.

[4]马舒庆，汪改，潘毅等.微型探空飞机解析测风方法[J].大气科学， 1999, 23（3）:377-384.

[5]马舒庆，郑国光，汪改等.一种人工影响天气微型无人驾驶飞机及初步试验[J].地球科学进展，2006,21（5）:545-550.

[6]谭骏，刘旭楠，文仁强.无人机遥感在台风灾情监测中的应用-以海水养殖蚝排灾情监测为例[J].中国渔业经济，2014,32（2）:98-102.

[7]王柯等.无人机在湛江电网台风应急巡检中的应用[J].广东电力，2015,28（9）:107-118.

[8]李杨等.利用无人机探测台风海鸥的气象要素特征[J].应用气象学报，2009,20（5）:579-584.

[9]易哲菁等.中短程无人机飞行气象要素影响及应急措施研究[J].中国新技术新产品，2016,9（2）:141-142.

[10]章澄昌.产业工程气象学[M].北京:气象出版社，1997.