自動氣象觀測技術在航空氣象中的應用

牛睿華

【摘 要】自動氣象監(jiān)測技術的發(fā)展對航空飛行發(fā)揮著重要作用，本文從自動氣象觀測技術的工作原理和技術特點出發(fā)，分析探討了自動氣象觀測技術在航空氣象觀測中的應用和注意事項。

【關鍵詞】氣象觀測；無線通信；航空

氣象條件對飛機的起飛、航行、降落以及其他各種飛行活動有不同的影響。自動氣象觀測技術可以通過無線網絡實時地觀測氣溫、氣壓、濕度、風速、風向、降雨量等氣象信息。利用基于無線網絡的自動氣象觀測技術可以實現(xiàn)通過智能網絡化實時進行航空氣象監(jiān)測，保證了監(jiān)測的氣象數(shù)據的完整性和安全性，從而確保飛行任務的安全進行。

一、自動氣象觀測技術的工作原理

自動氣象觀測技術是利用計算機技術和無線網絡技術，通過傳感器智能地監(jiān)測氣象條件并且利用無線網絡實現(xiàn)氣象監(jiān)測數(shù)據的傳輸，為天氣預報，氣候分析，飛行氣象情報以及氣象學科學研究提供重要依據。其工作原理是通過無線傳感器網絡實現(xiàn)在無人監(jiān)管的情況下通過設置在不同位置的各個傳感器實時地完成對地面氣象要素信息如溫度、濕度、氣壓、雨量、風速和風向的采集，并以無線方式發(fā)送到網關節(jié)點[1]。網關節(jié)點可通過串行通信和GPRS通信方式將采集的氣象數(shù)據實時傳輸?shù)缴衔粰C以進行后期處理。通過計算機編程實現(xiàn)對采集的氣象數(shù)據的統(tǒng)計學分析，求取多次測量數(shù)據的平均值和方差，對異常數(shù)據和誤差原因進行診斷，排除由于儀器精度漂移以及氣象觀測干擾因素造成的異常記錄，并對數(shù)據處理結果進行歸一化處理，使測量結果更準確更可靠。經處理的氣象信息數(shù)據保存在氣象控制中心的計算機存儲設備中，并且通過顯示器設備和無線傳輸設備進行顯示和輸出。

二、自動氣象觀測系統(tǒng)的基本配置

自動氣象觀測系統(tǒng)是一種能自動探測和存儲氣象觀測數(shù)據的電子設備，主要由系統(tǒng)電源模塊、傳感器數(shù)據采集模塊、無線通訊接口、數(shù)據處理通信模塊等組成。系統(tǒng)整體設計分為硬件和軟件兩部分，硬件部分利用計算機集成芯片設計完成，軟件部分主要是實現(xiàn)無線網絡的建立，包括網關節(jié)點選擇合適的信道建立網絡，傳感器節(jié)點尋找并加入網絡、傳感器芯片的工作以及數(shù)據的無線收發(fā)，實現(xiàn)了對風壓及其相關量的采集、模數(shù)轉換、風速風向計算、液晶顯示等功能[2]。整個系統(tǒng)作為航空氣象系統(tǒng)無線傳感網絡中的一個節(jié)點，能夠與采集模塊協(xié)同工作，并通過無線網絡實現(xiàn)和協(xié)調節(jié)點的通信，將氣象數(shù)據匯總到航空氣象系統(tǒng)數(shù)據庫。系統(tǒng)采用電池供電，適合無線自動氣象系統(tǒng)在復雜地形的工作情況。無線自動氣象系統(tǒng)具有安裝簡單，擴展容易，提高工作效率等優(yōu)點，是自動氣象系統(tǒng)發(fā)展的趨勢。該無線傳輸方式具有功耗低、成本低、數(shù)據安全性高等特點，不僅適用于氣象數(shù)據的采集傳輸，還可以應用于航空通信等領域。

三、自動氣象觀測技術在航空氣象監(jiān)測中的應用

機場自動氣象觀測系統(tǒng)，是指設置在機場內的一種由微型電子計算機控制的地面氣象無線遙感監(jiān)測儀器，是利用基于無線網絡的自動氣象觀測技術研發(fā)的一種航空氣象監(jiān)測設備。該無線遙感監(jiān)測儀器的探測部分安裝在飛機跑道附近，能自動測量風向、風速、氣溫、氣壓、濕度、云冪高、飛機跑道視程等氣象要素。該儀器能自動地處理各種氣象要素觀測值，并利用無線網絡傳輸將結果傳送至氣象控制中心顯示出來或進行報警。航空管理服務部門安裝與該機場自動氣象觀測系統(tǒng)連接的顯示器，人們便可坐在室內掌握機場的天氣情況。由此可見，基于無線網絡的自動氣象觀測技術使得飛行氣象觀測更加方便快捷，易于操作，所獲取的氣象觀測要素的準確性和實時性都明顯提高，克服了傳統(tǒng)的有線網絡布線費用高、施工麻煩且易受到場合的限制。

在實際工作中，航空氣象的主要任務是保障在不同的氣象條件下的飛行安全，提高航行效率。機場的氣象觀測主要是對云（量、狀、高），有效能見度，跑道視程，天氣現(xiàn)象，風向，風速，氣壓，溫度，濕度，降水量和積雪深度等天氣對飛機起降影響進行評估。一般通用機場氣象觀測主要包含要在跑道上飛機著陸點附近，一般在下滑臺后面，設置測量跑道視程的大氣透射計，以及測風和氣溫、露點溫度等測量裝置；在中指點標臺附近裝置云高測量設備。同時，對強對流天氣的監(jiān)測主要依靠氣象雷達對起降航道范圍內的雷暴、冰雹、降水以及積雨云層的距離、方位、高度、云層厚度和變化情況進行監(jiān)測預警，通用機場也可以依靠所在區(qū)域的氣象局設立的雷達進行輔助[3]。由于通用機場受到所在區(qū)域局地氣象因子影響較多，相關數(shù)據還得根據實地氣象調研按照標準進行評估后進行相關氣象設施的建設。

【參考文獻】

[1] 瞿雷，胡咸斌等.ZigBee技術及應用 [M].北京： 北京航空航天大學出版社，2007：15-18.

[2]薛偉，董辛旻等.基于無線傳感器網絡技術的設備振動數(shù)據采集節(jié)點設計[J].機床與液壓，2013（3）：16.

[3]廖正聰.航空上低能見度探測及影響研究現(xiàn)狀[J].中國科技信息，2012（7）： 27.