Vị trí gắn cảm biến quyết định độ chính xác đo khí quyển bằng drone đa rotor
Drone đa rotor có thể đo khí quyển chính xác hơn nếu cảm biến được đặt đúng vị trí. Một thử nghiệm thực địa với 98 chuyến bay cho thấy các cảm biến nhiệt độ và hơi nước không có vỏ che vẫn cho dữ liệu sử dụng được, nhưng sai số phụ thuộc mạnh vào nơi chúng được gắn trên thân máy bay.
Nhóm nghiên cứu sử dụng một drone sáu rotor DJI Matrice 600 Pro và cảm biến iMet XQ để đo nhiệt độ, áp suất và độ ẩm tương đối ở tần suất 1 Hz. Các phép đo được đối chiếu với một tháp thông lượng có gắn thiết bị và một hệ khí cầu neo mang cảm biến tương tự, được xem là mốc tham chiếu. Tổng cộng có tám vị trí cảm biến được thử nghiệm trên drone, với khoảng 15 giờ dữ liệu từ 82 chuyến bay cạnh khí cầu neo và 16 chuyến bay cạnh tháp thông lượng. Chín chuyến bay được thực hiện vào ban đêm nhằm tách ảnh hưởng của bức xạ Mặt Trời khỏi tác động do chính nền tảng đa rotor gây ra.
Kết quả cho thấy vị trí tốt nhất không nằm sát thân chính của drone, nơi có pin, máy tính bay và các nguồn nhiệt tiềm tàng. Cảm biến hoạt động tốt hơn khi được đặt ở khu vực có luồng không khí đủ mạnh, chẳng hạn gần cánh quạt đang quay nhưng không nằm ngay bên dưới cánh quạt. Ở vị trí tối ưu, sai số nhiệt độ ban ngày trong khoảng tin cậy 95% nằm từ -0,83 đến +0,61 K, còn ban đêm nhỏ hơn, từ -0,28 đến +0,48 K. Sai số tỷ số trộn hơi nước nằm trong khoảng -0,22 đến +0,66 g/kg.
Phát hiện này có ý nghĩa với các chiến dịch quan trắc tầng khí quyển thấp, nơi drone đa rotor ngày càng được dùng nhờ khả năng cất hạ cánh thẳng đứng, bay treo, cơ động nhanh và chi phí thấp. Không phải nhiệm vụ nào cũng đủ tải trọng hoặc không gian để lắp ống hút, vỏ che bức xạ hay cụm cảm biến chuyên dụng. Điều này đặc biệt đúng với các ứng dụng “đi nhờ” trên drone vốn phục vụ nhiệm vụ khác, như giao hàng, hoặc các đội hình drone mini và micro bay theo đàn.
Nghiên cứu cho thấy cảm biến không che chắn không nên được xem là lựa chọn cắm-vào-là-dùng nếu cần dữ liệu khí tượng đáng tin cậy. Cách bố trí cảm biến có thể làm thay đổi sai số nhiệt độ và hơi nước, nhất là trong điều kiện ban ngày có bức xạ. Với các đội vận hành UAV, khuyến nghị thực tế là đặt cảm biến xa thân chính và tận dụng luồng khí quanh cánh quạt một cách có kiểm soát. Điều này có thể giúp mở rộng quan trắc khí quyển bằng drone mà không phải lúc nào cũng cần phần cứng che chắn cồng kềnh.