【监测技术新动向】智能机器人取代气象仪器提供更及时的监测服务-北极星环境监测网

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气候环境的变化距离日常生活有多远?2000年以前，“雾霾”还只是环境气象学教科书上的一个名词而已。虽然沙尘暴总在春天问候北方的城市，但防护林已经挡住了最可怕的部分。十几年后的今天，环境已经成为城市居民最关心的事情之一。监测仪器得到的各项环境指标数据，从气象站流向了智能手机的应用端口。面对需求变化，智能机器人开始取代传统气象仪器，以提供更及时的监测服务。

相比人工取样，田野机器人大大提高了工作效率

据“机器人中心”科技网站报道，随着智能机器人的发展，环境监测进入热门智能应用的队伍。虽然最初机器人的监测范围仅限于家庭房屋内部，但如今却可以上天遁地，无所不“测”。

为测量土壤中一氧化二氮含量的变化，挪威大学生命科学学院的科学家们制作出一款名为“磁通”的田野机器人。它的外表纯白，高度超过两米，底盘上装有三个轮子，在田野中行动时不会轻易陷入泥土。机器人上部为杠杆设计，横在两个支架上方的为机器大臂。大臂的顶部装有移动天线和信号发射器等装备，而大臂两端则装有两个对称的采样器。

夜间活动时，采样器能够向下发出灯光，照亮采样地表。机器人底盘中间的上方是进行化学分析的主机。分析结果出来后，会直接通过通信装置上传到电脑云端，达到及时更新数据，并同步最新分析结果的目的。

与一氧化二氮相比，大众媒体让人们更熟悉二氧化碳对气候变化的影响，然而一氧化二氮使全球变暖的效力，比二氧化碳高出约300倍。在土壤板结或大雨连绵的情况下，土壤无法很好地暴露在空气中，此时其中的细菌等微生物就会使用氮氧化物取代氧化物进行呼吸，从而产生一氧化二氮。

拉斯˙巴肯是挪威大学的微生物生态学家，他表示，为了测量出一片试验田中一氧化二氮的排放量，必须要在这块地上进行反复不断的测量。相比人工取样，田野机器人大大提高了这项测量工作的效率。一块土地原本需要27个小时的人工测量，“磁通”机器人只需一小时就能全部完成。

仪器与飞行器的结合，有助于了解气候变化和解决气象问题

除了基于地面检测的机器人之外，云端之上的机器人气象监测也已成真。历史上在19世纪末期就已经出现具有良好伸张率的气象橡胶气球。等到20世纪大气科学爆发性发展时，气象飞机和无线电探空仪都已是垂直探测大气的成熟工具。

在此基础之上，如今各国科学家们为监测大气气溶胶颗粒物的状况，使用最新的飞行器搭载远程传感器，用来检测云层何时会形成降水。这与使用能见度仪来测气溶胶不同，后者外形如旗杆一样，是只能被固定安装在地面监测站内的气象仪器。飞行器却可以自由在云层中穿梭往返，直到获得各个气象层的全部数据为止。

在欧洲，“大气遥感初步培训”简称ITaRS，就是一项旨在使用智能飞行器进行气象探测的项目。该项目由欧盟的“玛丽-居里行动组”创建，为德国科隆大学所主导，曾得到欧盟第七框架计划EP7的技术与资金支持。EP7的时间跨度为2007至2013年，是欧盟投资最多的全球性科技开发计划，也是世界上最大的官方重大科技合作计划，总预算超过505亿欧元。

在ITaRS项目中，诸如辐射线测定和激光雷达的相关仪器，在监测大气成分和研究气象动力学方面有着巨大的应用潜力。这类仪器与飞行器的结合，有助于了解气候变化和解决气象问题。而这些问题都是数值天气预报和大气污染领域的重要课题，甚至从更深层次来说，与军事气象都有着密切联系。

气象研究正在逐步与机器人的智能系统相融合

地面的机器人的高效监测为研究者提供最新数据，而空中检测技术精确度的提升又拓展了研究空间。风暴是如何形成的?需要怎样的条件?不同维度和地域上空的云层，需要怎样的湿度、压力和凝结核才可以形成降雨?这些研究都在逐步与机器人的智能系统相融合。

玛丽亚˙巴雷拉是ITaRS项目组的专家之一，她认为，现有大气层模型中的一个主要不确定性在于，大气层中云层和气溶胶胶质的相互作用方式。现有知识不足以回答云层形成的细节问题。而ITaRS项目发明的飞行器技术不仅能够增强科学家对大气层运动的理解，还能帮助减少气象预测模型中的不确定性，从而更好地理解气候变化。研究者在得到大气状态的实时反馈后，通过模型计算就可以得到更精准的预测结果。

当然，专业化发展并不是环境监测机器人发展的唯一方向，可随身携带的天气监测设备也受到不少消费者的欢迎。比如美国“湿度实验室”研究团队推出的一款名为“天气点”的手机配件，外形看上去像一把造型奇特的钥匙，但却能帮助用户通过手机应用App及时了解所在地的环境状况。

可以说，依托机器人硬件，智能系统的发展拉近了气象环境与科学研究之间的距离，也拉近了环境问题与日常生活的距离。在人们通过各种端口获得气象环境数据，了解环境变化的同时，环境保护的重要性也将更加深入人心。

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我国环境监测技术存在的问题及对策

“十三五” 规划将研发水气土和新型污染物监测仪器

原标题：为监测气象环境留下一双“机器之眼”

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