في مجال رصد الغلاف الجوي، تُعدّ السحب بمثابة «بارومتر» للتغيرات الجوية. ويرتبط الحصول الدقيق على بيانات مثل الارتفاع والسماكة والغطاء السحابي ارتباطًا مباشرًا باتخاذ القرارات العلمية في مجالات عديدة مثل سلامة الطيران والتنبؤ بالطقس ومراقبة البيئة. وباعتباره جهاز ليدار للتشتت الخلفي يعتمد مبدأ تشتت المقياس المتقدم، يتمتع مقياس السحب الليزري المحمول 1G بأداء قوي في هيكل مدمج، مما يتجاوز القيود المكانية والحواجز التشغيلية لمعدات قياس السحب التقليدية، ويصبح «أداة فك الشفرة» للطقس على ارتفاعات عالية في مختلف المواقف.
1. المبدأ التقني الأساسي: استخدام الليزر كقلم لرسم خريطة السحب

تعتمد منطقية العمل الأساسية لمقياس السحاب الليزري المحمول من الجيل الأول على المبادئ الناضجة المتمثلة في تشتت القياس وطريقة زمن العبور للليزر. يصدر الجهاز نبضات ليزر تحت الحمراء عالية الاستقرار إلى ارتفاعات عالية. وعندما يمر الشعاع عبر الغلاف الجوي ويصطدم بجزيئات مثل قطرات السحب والهباء الجوي، فإنه سيولد إشارات متناثرة عائدة. وتقوم أجهزة استقبال ضوئية عالية الحساسية بالتقاط هذه الإشارات الضعيفة بدقة وتحويلها إلى إشارات كهربائية. يستخدم وحدة التوقيت الدقيقة لقياس الفرق الزمني بين انبعاث الليزر واستقبال الصدى، ومن ثم يتم استنتاج طول المسار ذهابًا وإيابًا بناءً على ثابت سرعة الضوء. وبعد تصحيح الخوارزمية، يتم الحصول على الارتفاع الرأسي لقاعدة السحاب، مما يحقق معالجة آلية شاملة من «التقاط الإشارة» وحتى «إخراج البيانات».

بالمقارنة مع الفحص البصري التقليدي أو المعدات الثابتة، يتمتع هذا الجهاز بقدرات قياس متعددة الطبقات من خلال اختراق السحب. يمكن لنبضة الليزر أن تخترق السحب المنخفضة وتواصل التفاعل مع السحب العالية. ومن خلال تحليل شدة وفارق الزمن لمجموعات متعددة من إشارات الصدى، يستطيع الجهاز تحديد حدود السحب المتعددة وسمكها وأنماط توزيعها في آنٍ واحد. كما يمكنه رصد ما يصل إلى 5 طبقات من بنية السحب، مما يجعل من الممكن إجراء عمليات رصد ثلاثية الأبعاد في ظروف جوية معقدة. وفي الوقت نفسه، يتيح خوارزمية المعايرة الديناميكية المدمجة التعويض عن عوامل التشويش مثل معامل الانكسار الجوي وتغير درجة الحرارة في الوقت الحقيقي، لضمان اتساق البيانات وموثوقيتها في بيئات مختلفة.

2. الميزات الأساسية للمنتج: طفرتان في القابلية للحمل والأداء

باعتباره جهازًا محمولًا، تم تصميم مقياس سحابة الليزر من الجيل الأول ليأخذ في الاعتبار تمامًا قابلية التنقل والتكيف مع البيئة. كما أنه مزود بعدد من التقنيات المتطورة لتحقيق تحسين شامل في الأداء.

1. محمول للغاية ومرن في النشر

تتميز المعدات بتصميم هيكلي خفيف الوزن. يبلغ وزن الجهاز بأكمله ≤12 كجم، ويبلغ وزن جزء الكشف فقط ≤6 كجم. تبلغ أبعاد الجسم 320 مم × 200 مم × 380 مم، بينما تبلغ أبعاد التغليف الداعم 520 مم × 360 مم × 430 مم. من السهل على الباحثين العلميين حملها معهم إلى المناطق النائية مثل المناطق البرية والمناطق الجبلية والهضاب، كما يمكن نشرها بسرعة في نقاط المراقبة المؤقتة. سواء تم نقلها بالمركبة أو حملها سيرًا على الأقدام، فإنها تُقلل بشكل كبير من تكاليف العمالة وتتجاوز القيود المكانية للمعدات الثابتة.

2. رصد عالي الدقة، يومًا وليلًا دون قلق

مزوّد بمكونات بصرية عالية الحساسية وفلاتر ضيقة النطاق، يمكنه إخماد التداخل البصري مثل أشعة الشمس والتشتت الجوي بشكل فعّال، وتحقيق قياس دقيق دون انقطاع على مدار 24 ساعة يوميًا وليليًا، مع دقة أخذ عينات تصل إلى 5 أمتار. ضمن نطاق الرصد من 15 مترًا إلى 12 كيلومترًا، يتم التحكم في دقة القياس بشكل متدرج حسب المسافة: يبلغ الخطأ أقل من 150 مترًا ≤±20 مترًا، ويبلغ الخطأ بين 150-300 متر ≤±10%، ويبلغ الخطأ فوق 300 متر ≤±20%. كما أن دقة قياس الأهداف الصلبة يمكن أن تصل إلى ±10 أمتار، مما يلبي تمامًا احتياجات السيناريوهات العالية الدقة مثل الطيران والبحوث العلمية.

3. قابلية للتكيف في جميع الأحوال الجوية، مستقرة وموثوقة

بالنسبة للبيئات الخارجية المعقدة، تم تجهيز المعدات بقشرة معدنية محكمة الإغلاق ونظام تدفئة أوتوماتيكي للنوافذ، وهو قادر على تحمل درجات حرارة متطرفة تتراوح من -45°C إلى 50°C، ورطوبة عالية تتراوح من 5% إلى 100% RH، وتغيرات في ضغط الهواء من 450 إلى 1060 hPa. كما أنها لا تتأثر بالطقس السيئ مثل الضباب والأمطار والتجميد وغيرها، مما يضمن تشغيلًا مستمرًا في جميع الأحوال الجوية. ويتيح التصميم المبتكر ذو العدستين إمكانية الفحص الذاتي بين العدسات، مما يقلل إلى أدنى حد من أخطاء القياس الناجمة عن تلوث العدسات ويحد من تكرار عمليات الصيانة.

4. سهل الاستخدام، فعال وقابل للتحكم في التكلفة

واجهة التشغيل بسيطة وودية، ويمكنك البدء بسرعة دون الحاجة إلى تدريب احترافي. بعد بدء التشغيل بنقرة واحدة، يمكن إكمال العملية الكاملة للقياس ومعالجة البيانات وإرسالها تلقائيًا. لا تحتوي المعدات على مكونات استهلاكية، كما أن عملية الصيانة بسيطة، مما يقلل بشكل كبير من تكاليف التشغيل والصيانة اللاحقة. يمكن ضبط دورة القياس بمرونة بين 15 ثانية و300 ثانية، وهذا لا يلبي فقط متطلبات التردد العالي للمراقبة في الوقت الحقيقي، بل يتكيف أيضًا مع وضع استهلاك الطاقة المنخفض لرصد طويل الأمد. يبلغ استهلاك الطاقة ≤15 واط في حالة عدم التسخين، و≤100 واط في حالة التسخين. تدعم المعدات التوافق المزدوج مع مصدر طاقة تيار متردد من 100 إلى 250 فولت، ومصدر طاقة تيار مستمر من 9 إلى 36 فولت، وهي مناسبة لمعدات الإمداد بالطاقة المحمولة في الميدان.

3. المعلمات التقنية الرئيسية: التكيف بدقة مع احتياجات سيناريوهات متعددة

يمكن لجهاز قياس الغيوم الليزري المحمول من الجيل الأول تلبية احتياجات الرصد المتنوعة بفضل إعداداته الشاملة للبارامترات. وتتمثل البارامترات التقنية الأساسية فيما يلي:

- نطاق القياس: ارتفاع السحب والرؤية العمودية من 15 إلى 12000 متر، يمكنه التقاط معلومات دقيقة عن السحب متعددة الطبقات المنخفضة والمتوسطة والعالية؛

- معلمات القياس: يمكنها إخراج بيانات متعددة في وقت واحد مثل ملف تعريف الهباء الجوي، وارتفاع قاعدة السحاب، وسمك طبقة السحب، وعدد طبقات السحب، والرؤية العمودية، ونسبة الغطاء السحابي المنخفض/المتوسط/العالي/الإجمالي، والغطاء السحابي المتكامل، وغيرها، كما تدعم قياس السحب متعددة الطبقات والسحب الرقيقة.

- نقل البيانات: واجهة RS232 القياسية، واجهة RS485 اختيارية، تدعم المنفذ التسلسلي والألياف البصرية ونظام بيدو والاتصالات اللاسلكية وغيرها من طرق النقل. يتوافق تنسيق البيانات مع بروتوكول MODBUS وبروتوكول ASCII وشكل قاموس بيانات إدارة الأرصاد الجوية الصينية، كما يدعم التخصيص من قبل المستخدم؛

- الوظائف المساعدة: يمكن لبرنامج التصور الاختياري تحقيق عرض البيانات في الوقت الحقيقي، ورسم المخططات، ومراجعة البيانات التاريخية، مما يسهّل التحليل السريع واتخاذ القرارات.

4. تطبيقات متعددة المجالات: من البحث العلمي إلى التنفيذ العملي للقيمة

بفضل مزاياها الأساسية المتمثلة في القابلية للحمل والدقة العالية والاستقرار، بات جهاز قياس الليزر السحابي المحمول من الجيل الأول مستخدمًا على نطاق واسع في العديد من المجالات، وأصبح معدّلاً أساسيًا لضمان السلامة ودعم البحث العلمي.

1. سلامة وأمن الطيران

في سيناريوهات مثل الطيران العام، والإنقاذ بواسطة المروحيات، والطيران على ارتفاعات منخفضة، يمكن للمعدات توفير بيانات فورية ودقيقة عن ارتفاع السحاب والرؤية العمودية بسرعة، لمساعدة الطيارين في تقييم ظروف الإقلاع والهبوط وتخطيط المسارات. خاصة في المناطق التي لا توجد بها نقاط رصد جوي ثابتة، مثل المناطق الجبلية والمناطق البرية، فإنها توفر دعمًا مهمًا لتجنب مخاطر السحب وضمان سلامة الرحلة.

2. ملاحظات الأرصاد الجوية والبحوث العلمية

يوفر بيانات قياسية عالية الدقة للبحوث العلمية في الغلاف الجوي وتحسين نماذج المناخ، ويمكنه إجراء ملاحظات خاصة لتوزيع الهباء الجوي وتطور السحب وغيرها في المناطق النائية لسدّ نقاط التغطية العمياء لشبكات محطات الطقس التقليدية. وفي مشاريع مثل البحوث العلمية على هضبة تشينغهاي-التبت، ومراقبة مسارات الأعاصير، وتتبع مصادر تلوث الهباء الجوي، فإن قابليته للنقل وقدراته الشاملة للقياس يمكن أن تحسّن بشكل كبير كفاءة الرصد وسلامة البيانات.

3. الرصد البيئي والطاقة الجديدة

في مجال الوقاية من تلوث الهواء ومكافحته، يمكن رصد التوزيع الرأسي وأنماط انتشار الهباء الجوي بدقة لتوفير دعم بيانات لاتخاذ قرارات فعالة في مكافحة التلوث؛ وفي إنشاء مزارع الرياح وتشغيلها وصيانتها، يمكن تحسين استراتيجيات تشغيل توربينات الرياح من خلال مراقبة التغيرات في ارتفاع السحب لتجنب الأضرار التي قد تلحق بالمعدات بسبب الطقس القاسي، وتسهيل الاستخدام الفعال للطاقة الجديدة.

4. الدعم الطارئ والعسكري

في سيناريوهات الإنقاذ الطارئة مثل حرائق الغابات والفيضانات، يمكن نشرها بسرعة لتزويد مروحيات الإنقاذ ببيانات سحابية في الوقت الحقيقي وتخطيط طرق إنقاذ آمنة؛ وفي التدريبات العسكرية والمهام الميدانية، يمكن أن توفر للقوات دعمًا أرصاديًا دقيقًا لضمان سير المهمة بسلاسة.

5. قيمة الصناعة وآفاق التطوير

حاليًا، تمر صناعة مقاييس الارتفاع الليزري في الصين بمرحلة تطوير تسارع فيها الاستبدال المحلي وتتعمق فيها عمليات دمج التقنيات. وبوصفه منتجًا رائدًا للمعدات المحمولة المحلية، لا يسد مقياس الارتفاع الليزري المحمول من النوع 1G فجوة السوق لمعدات قياس السحب الخفيفة والدقيقة فحسب، بل يتوافق أيضًا مع التوجه السياسي المتمثل في «بناء نظام رصد دقيق» الوارد في «المخطط العام للتنمية عالية الجودة للأرصاد الجوية (2022-2035)». كما أن التصميم المحلي للمكونات الأساسية والخوارزميات المستخدمة فيه يقلل بشكل أكبر الاعتماد على المعدات المستوردة ويعزز السيطرة المستقلة على سلسلة صناعة معدات الرصد الجوي.

في المستقبل، ومع التكامل العميق بين الذكاء الاصطناعي وتقنية إنترنت الأشياء، من المتوقع أن تحقق أجهزة النوع 1G ترقيات ذكية، وأن تتمكن من التعرف الآلي على أنواع السحب، والتنبؤ الديناميكي بالطقس، والتحذير الذكي المبكر من أعطال المعدات عبر خوارزميات مدمجة للتعلم الآلي. وفي الوقت نفسه، وبفضل دفع هدف «الكربون المزدوج»، ستتوسع حالات استخدامها بشكل أكبر لتشمل مجالات ناشئة مثل قياس مصارف الكربون ومراقبة المناخ. وباعتباره عينًا متنقلة لتفسير الرموز الجوية على ارتفاعات عالية، سيواصل جهاز قياس السحب الليزري المحمول من النوع 1G إعطاء دفعة قوية للتحديث في مجال الأرصاد الجوية، والسلامة العامة، وإدارة البيئة الإيكولوجية.