自动气象观测技术在航空气象中的应用

　　【摘要】自动气象监测技术的发展对航空飞行发挥着重要作用，本文从自动气象观测技术的工作原理和技术特点出发，分析探讨了自动气象观测技术在航空气象观测中的应用和注意事项。
　　【关键词】气象观测；无線通信；航空
　　气象条件对飞机的起飞、航行、降落以及其他各种飞行活动有不同的影响。自动气象观测技术可以通过无线网络实时地观测气温、气压、湿度、风速、风向、降雨量等气象信息。利用基于无线网络的自动气象观测技术可以实现通过智能网络化实时进行航空气象监测，保证了监测的气象数据的完整性和安全性，从而确保飞行任务的安全进行。
　　一、自动气象观测技术的工作原理
　　自动气象观测技术是利用计算机技术和无线网络技术，通过传感器智能地监测气象条件并且利用无线网络实现气象监测数据的传输，为天气预报，气候分析，飞行气象情报以及气象学科学研究提供重要依据。其工作原理是通过无线传感器网络实现在无人监管的情况下通过设置在不同位置的各个传感器实时地完成对地面气象要素信息如温度、湿度、气压、雨量、风速和风向的采集，并以无线方式发送到网关节点〔1〕。网关节点可通过串行通信和GPRS通信方式将采集的气象数据实时传输到上位机以进行后期处理。通过计算机编程实现对采集的气象数据的统计学分析，求取多次测量数据的平均值和方差，对异常数据和误差原因进行诊断，排除由于仪器精度漂移以及气象观测干扰因素造成的异常记录，并对数据处理结果进行归一化处理，使测量结果更准确更可靠。经处理的气象信息数据保存在气象控制中心的计算机存储设备中，并且通过显示器设备和无线传输设备进行显示和输出。
　　二、自动气象观测系统的基本配置
　　自动气象观测系统是一种能自动探测和存储气象观测数据的电子设备，主要由系统电源模块、传感器数据采集模块、无线通讯接口、数据处理通信模块等组成。系统整体设计分为硬件和软件两部分，硬件部分利用计算机集成芯片设计完成，软件部分主要是实现无线网络的建立，包括网关节点选择合适的信道建立网络，传感器节点寻找并加入网络、传感器芯片的工作以及数据的无线收发，实现了对风压及其相关量的采集、模数转换、风速风向计算、液晶显示等功能〔2〕。整个系统作为航空气象系统无线传感网络中的一个节点，能够与采集模块协同工作，并通过无线网络实现和协调节点的通信，将气象数据汇总到航空气象系统数据库。系统采用电池供电，适合无线自动气象系统在复杂地形的工作情况。无线自动气象系统具有安装简单，扩展容易，提高工作效率等优点，是自动气象系统发展的趋势。该无线传输方式具有功耗低、成本低、数据安全性高等特点，不仅适用于气象数据的采集传输，还可以应用于航空通信等领域。
　　三、自动气象观测技术在航空气象监测中的应用
　　机场自动气象观测系统，是指设置在机场内的一种由微型电子计算机控制的地面气象无线遥感监测仪器，是利用基于无线网络的自动气象观测技术研发的一种航空气象监测设备。该无线遥感监测仪器的探测部分安装在飞机跑道附近，能自动测量风向、风速、气温、气压、湿度、云幂高、飞机跑道视程等气象要素。该仪器能自动地处理各种气象要素观测值，并利用无线网络传输将结果传送至气象控制中心显示出来或进行报警。航空管理服务部门安装与该机场自动气象观测系统连接的显示器，人们便可坐在室内掌握机场的天气情况。由此可见，基于无线网络的自动气象观测技术使得飞行气象观测更加方便快捷，易于操作，所获取的气象观测要素的准确性和实时性都明显提高，克服了传统的有线网络布线费用高、施工麻烦且易受到场合的限制。
　　在实际工作中，航空气象的主要任务是保障在不同的气象条件下的飞行安全，提高航行效率。机场的气象观测主要是对云（量、状、高），有效能见度，跑道视程，天气现象，风向，风速，气压，温度，湿度，降水量和积雪深度等天气对飞机起降影响进行评估。一般通用机场气象观测主要包含要在跑道上飞机着陆点附近，一般在下滑台后面，设置测量跑道视程的大气透射计，以及测风和气温、露点温度等测量装置；在中指点标台附近装置云高测量设备。同时，对强对流天气的监测主要依靠气象雷达对起降航道范围内的雷暴、冰雹、降水以及积雨云层的距离、方位、高度、云层厚度和变化情况进行监测预警，通用机场也可以依靠所在区域的气象局设立的雷达进行辅助〔3〕。由于通用机场受到所在区域局地气象因子影响较多，相关数据还得根据实地气象调研按照标准进行评估后进行相关气象设施的建设。
　　【参考文献】
　　〔1〕瞿雷，胡咸斌等。ZigBee技术及应用〔M〕。北京：北京航空航天大学出版社，2007：1518。
　　〔2〕薛伟，董辛旻等。基于无线传感器网络技术的设备振动数据采集节点设计〔J〕。机床与液压，2013（3）：16。
　　〔3〕廖正聪。航空上低能见度探测及影响研究现状〔J〕。中国科技信息，2012（7）：27。