基于半球鏡面原理的主導(dǎo)能見度自動觀測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及大氣探測領(lǐng)域，具體涉及基于半球鏡面原理的主導(dǎo)能見度自動觀測方法。
【背景技術(shù)】
[0002]主導(dǎo)能見度對于民用航空運行具有重要的意義。民用航空業(yè)務(wù)運行中通常所說的“能見度”就是指的主導(dǎo)能見度。主導(dǎo)能見度應(yīng)用于機場最低運行標(biāo)準(zhǔn)、飛行計劃最低標(biāo)準(zhǔn)、精密進近著陸的運行分類標(biāo)準(zhǔn)等諸多方面。主導(dǎo)能見度的準(zhǔn)確觀測對于飛機正常的起飛和降落具有重要意義。當(dāng)前行業(yè)中，該值的觀測目前完全采用人工觀測。人工觀測主導(dǎo)能見度雖然容易做到全角度360觀測，但該方式容易受到很多因素的影響。不同觀測員在不同地點、不同時間、不同季節(jié)、不同天氣條件下對能見度變化規(guī)律的認(rèn)識不同，其視覺對比感閾也不同，對“剛好能見”和“輪廓清晰”有不同理解，能見度人工觀測真實值確定的主觀性太大。
[0003]在氣象探測領(lǐng)域，云、能見度和天氣現(xiàn)象的自動觀測始終是難于解決的問題。本發(fā)明要解決的是“主導(dǎo)能見度”(地方氣象部門稱“有效水平能見度”)的自動觀測問題。
[0004]中國民用航空局的規(guī)章《中國民用航空氣象工作規(guī)則》中，主導(dǎo)能見度定義為:觀測到的至少在四周一半?yún)^(qū)域或機場地面一半的范圍內(nèi)所達(dá)到的最大能見度值。
[0005]中國氣象局的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(QXT47-2007)《地面氣象觀測規(guī)范第3部分氣象能見度觀測》中，有效水平氣象能見度是指:在人工觀測氣象能見度中，四周視野中二分之一以上的范圍能看到的目標(biāo)物的最大水平距離。
[0006]在氣象探測領(lǐng)域，能見度的自動觀測方面，現(xiàn)在行業(yè)上主要有大氣透射儀、前向散射儀、攝像式能見度儀和后向散射式能見度儀(激光雷達(dá))4種方法。然而這幾種儀器只能夠觀測某一個點或者某一個方向上的能見度，無法觀測到360°范圍內(nèi)的能見度的覆蓋情況。而在機場范圍內(nèi)，飛機從四面八方各個方向飛來，這種360°范圍內(nèi)一半以上的能見度情況，即主導(dǎo)能見度，恰恰是民用航空所需要的?，F(xiàn)在行業(yè)中該值完全使用人工觀測，迫切需要主導(dǎo)能見度的自動觀測儀器。
[0007]由此可見，常規(guī)的能見度觀測儀器無法解決觀測點四周一半或一半以上范圍內(nèi)能達(dá)到的能見度。也就是說現(xiàn)有的能見度觀測儀器無法解決主導(dǎo)能見度和有效能見度的自動觀測問題。
[0008]專利“一種具有多方位全景拍攝功能的能見度天氣現(xiàn)象監(jiān)測儀”(授權(quán)公告號:CN203037878U)與本發(fā)明之間的區(qū)別在于:
[0009]1、全景拍攝的實現(xiàn)部件不同。上述實用新型專利使用的是帶有角度調(diào)整機構(gòu)的攝像機，采用電動云臺(或步進電機)調(diào)整機構(gòu)調(diào)整攝像頭旋轉(zhuǎn)。本次申請的專利是使用球形鏡面，直接獲取360°范圍內(nèi)的全景圖像。
[0010]2、處理算法不同。上述實用新型專利的帶有角度調(diào)整機構(gòu)的攝像機是為了針對能見度變化迅速、區(qū)域分布不均情況下對周圍變動和分布差異的細(xì)分。而本發(fā)明采用的是針對360°范圍內(nèi)的能見度情況，根據(jù)主導(dǎo)能見度的定義，計算出主導(dǎo)能見度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明的目的主要是為了解決上述技術(shù)問題，而提供基于半球鏡面原理的主導(dǎo)能見度自動觀測方法。
[0012]本發(fā)明一種半球鏡面式能見度自動觀測儀包括底座、半球鏡面、支撐臂、CMOS攝像機和數(shù)據(jù)處理控制模塊，所述半球鏡面的鏡面朝上安裝在底座上，所述支撐臂的一端固定安裝在底座的一側(cè)，所述CMOS攝像機通過支架安裝在支撐臂的另一端，且CMOS攝像機的鏡頭朝下正對半球鏡面的頂點，所述數(shù)據(jù)處理控制模塊內(nèi)置安裝在底座內(nèi)，并通過數(shù)據(jù)線與CMOS攝像機通訊相連。
[0013]所述支撐臂是C型支撐臂，且支撐臂的豎桿是伸縮調(diào)節(jié)桿。
[0014]所述數(shù)據(jù)處理控制模塊由數(shù)字信號輸入模塊、微型處理芯片、模擬信號輸出模塊和結(jié)果輸出用顯示屏組成，所述微型處理芯片通過數(shù)字信號輸入模塊與CMOS攝像機1通訊相連，微型處理芯片通過模擬信號輸出模塊與結(jié)果輸出用顯示屏通訊相連。
[0015]利用半球鏡面式能見度自動觀測儀進行自動觀測的方法包括以下步驟:
[0016]A.半球鏡面式能見度自動觀測儀的CMOS攝像機實時拍攝半球鏡面反射的被觀測區(qū)域全景圖像；
[0017]B.數(shù)據(jù)處理控制模塊從步驟A所獲得的全景圖像中提取被觀測區(qū)域的光亮度數(shù)據(jù)；
[0018]C.數(shù)據(jù)處理控制模塊從步驟A所獲得的全景圖像中提取被觀測區(qū)域目標(biāo)物特征數(shù)據(jù)；
[0019]D.數(shù)據(jù)處理控制模塊根據(jù)步驟A、B、C所獲取數(shù)據(jù)，計算360°范圍內(nèi)的每1°扇形范圍內(nèi)的目標(biāo)物能見度值，共360組數(shù)據(jù)；
[0020]E.數(shù)據(jù)處理控制模塊對360組能見度數(shù)據(jù)按照從大到小排序，第180個能見度值即為“主導(dǎo)能見度”，第181個能見度值即為“有效水平能見度”。并用顯示屏輸出顯示。
[0021]本發(fā)明優(yōu)點是:本發(fā)明首次實現(xiàn)了主導(dǎo)能見度的自動觀測，對民用航空行業(yè)具有重要意義；本發(fā)明兼?zhèn)溆腥炜赵屏績x的功能；本發(fā)明通過半球鏡面反射的方式對全天空的全景圖像進行拍攝，可以得到當(dāng)前天空背景亮度的閾值。背景光亮度對于準(zhǔn)確的計算各角度的能見度具有重要意義；本發(fā)明與過去的能見度儀相比，并非只得到某個點或者線的能見度值，而是能得到整個面的能見度值。
【附圖說明】
[0022]圖1是本發(fā)明半球鏡面式能見度自動觀測儀結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖2是本發(fā)明扇形區(qū)域能見距離比例模擬示意圖。
[0024]圖中:1、CMOS攝像機；2、半球鏡面；3、支撐臂；4、底座。
【具體實施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步說明。
[0026]如圖1、2所示，本發(fā)明一種半球鏡面式能見度自動觀測儀包括底座4、半球鏡面2、支撐臂3、CMOS攝像機1和數(shù)據(jù)處理控制模塊，所述半球鏡面2的鏡面朝上安裝在底座4上，所述支撐臂3的一端固定安裝在底座4的一側(cè)，所述CMOS攝像機1通過支架安裝在支撐臂3的另一端，且CMOS攝像機1的鏡頭朝下正對半球鏡面2的頂點，所述數(shù)據(jù)處理控制模塊內(nèi)置安裝在底座4內(nèi)，并通過數(shù)據(jù)線與CMOS攝像機1通訊相連。
[0027]所述支撐臂3是C型支撐臂，且支撐臂3的豎桿是伸縮調(diào)節(jié)桿。
[0028]所述數(shù)據(jù)處理控制模塊由數(shù)字信號輸入模塊、微型處理芯片、模擬信號輸出模塊和結(jié)果輸出用顯示屏組成，所述微型處理芯片通過數(shù)字信號輸入模塊與CMOS攝像機1通訊相連，微型處理芯片通過模擬信號輸出模塊與結(jié)果輸出用顯示屏通訊相連。
[0029]利用半球鏡面式能見度自動觀測儀進行自動觀測的方法包括以下步驟:
[0030]A.半球鏡面式能見度自動觀測儀的CMOS攝像機1實時拍攝半球鏡面2反射的被觀測區(qū)域全景圖像；
[0031]B.數(shù)據(jù)處理控制模塊從步驟A所獲得的全景圖像中提取被觀測區(qū)域的光亮度數(shù)據(jù)；
[0032]C.數(shù)據(jù)處理控制模塊從步驟A所獲得的全景圖像中提取被觀測區(qū)域目標(biāo)物特征數(shù)據(jù)；
[0033]D.數(shù)據(jù)處理控制模塊根據(jù)步驟A、B、C所獲取數(shù)據(jù)，計算360°范圍內(nèi)的每1°扇形范圍內(nèi)的目標(biāo)物能見度值，共360組數(shù)據(jù)；
[0034]E.數(shù)據(jù)處理控制模塊對360組能見度數(shù)據(jù)按照從大到小排序，第180個能見度值即為“主導(dǎo)能見度”，第181個能見度值即為“有效水平能見度”。并用顯示屏輸出顯示。
[0035]工作方式及原理:主導(dǎo)能見度是指的360°范圍內(nèi)一半或一半以上能夠達(dá)到的區(qū)域。假設(shè)一個觀測人員在觀測點周圍觀測到的能見度的情況如圖2，則主導(dǎo)能見度的報告值應(yīng)當(dāng)從高往低開始尋找，具體過程為:首先找到能見度最高的扇形區(qū)域，為4km，其覆蓋扇形不夠180°，因此再找比其小一些的能見度的扇形區(qū)，即3.5km，可以發(fā)現(xiàn)，3.5km的扇形區(qū)域和4km的扇形區(qū)域的角度之和仍然不夠180°。因此急需找再小一些的扇形區(qū)域，SP3km。可以發(fā)現(xiàn)，3km、3.5km和4km這三個扇形區(qū)域的角度之和已經(jīng)超過了 180°。因此，此次觀測過程可以報告主導(dǎo)能見度為3km。
[0036]本發(fā)明采用以上原理，利用CMOS攝像機1通過半球鏡面2反射的方式對全天空的全景圖像進行拍攝，并通過數(shù)據(jù)線和數(shù)字信號輸入模塊實時傳輸給微型處理芯片，微型處理芯片根據(jù)實時的全景圖像分別提取光亮度數(shù)據(jù)和被觀測區(qū)域目標(biāo)物的特征信息，通過所提取的信息以1°為單位計算各扇形范圍內(nèi)目標(biāo)物反演能見度值，最后對360組每1°的能見度值進行排序，計算輸出主導(dǎo)能見度和有效水平能見度的具體值，并通過模擬信號輸出模塊輸出，用顯示屏顯示主導(dǎo)能見度結(jié)果。
【主權(quán)項】
1.一種半球鏡面式能見度自動觀測儀，其特征在于它包括底座(4)、半球鏡面(2)、支撐臂(3)、CM0S攝像機(1)和數(shù)據(jù)處理控制模塊，所述半球鏡面(2)的鏡面朝上安裝在底座(4)上，所述支撐臂(3)的一端固定安裝在底座(4)的一側(cè)，所述CMOS攝像機(1)通過支架安裝在支撐臂(3)的另一端，且CMOS攝像機(1)的鏡頭朝下正對半球鏡面(2)的頂點，所述數(shù)據(jù)處理控制模塊內(nèi)置安裝在底座(4)內(nèi)，并通過數(shù)據(jù)線與CMOS攝像機(1)通訊相連。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種半球鏡面式能見度自動觀測儀，其特征在于所述支撐臂(3)是C型支撐臂，且支撐臂(3)的豎桿是伸縮調(diào)節(jié)桿。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種半球鏡面式能見度自動觀測儀，其特征在于所述數(shù)據(jù)處理控制模塊由數(shù)字信號輸入模塊、微型處理芯片、模擬信號輸出模塊和結(jié)果輸出用顯示屏組成，所述微型處理芯片通過數(shù)字信號輸入模塊與CMOS攝像機(1)通訊相連，微型處理芯片通過模擬信號輸出模塊與結(jié)果輸出用顯示屏通訊相連。4.利用半球鏡面式能見度自動觀測儀進行自動觀測的方法，其特征在于它包括以下步驟: A.半球鏡面式能見度自動觀測儀的CMOS攝像機(1)實時拍攝半球鏡面(2)反射的被觀測區(qū)域全景圖像； B.數(shù)據(jù)處理控制模塊從步驟A所獲得的全景圖像中提取被觀測區(qū)域的光亮度數(shù)據(jù)； C.數(shù)據(jù)處理控制模塊從步驟A所獲得的全景圖像中提取被觀測區(qū)域目標(biāo)物特征數(shù)據(jù)； D.數(shù)據(jù)處理控制模塊根據(jù)步驟A、B、C所獲取數(shù)據(jù)，計算360°范圍內(nèi)的每1°扇形范圍內(nèi)的目標(biāo)物能見度值，共360組數(shù)據(jù)； E.數(shù)據(jù)處理控制模塊對360組能見度數(shù)據(jù)按照從大到小排序，第180個能見度值即為“主導(dǎo)能見度”，第181個能見度值即為“有效水平能見度”。并用顯示屏輸出顯示。
【專利摘要】基于半球鏡面原理的主導(dǎo)能見度自動觀測方法，涉及大氣探測領(lǐng)域，一種半球鏡面式能見度自動觀測儀，其特征在于它包括底座(4)、半球鏡面(2)、支撐臂(3)、CMOS攝像機(1)和數(shù)據(jù)處理控制模塊，所述半球鏡面(2)的鏡面朝上安裝在底座(4)上，所述支撐臂(3)的一端固定安裝在底座(4)的一側(cè)；利用半球鏡面式能見度自動觀測儀進行自動觀測的方法包括以下步驟：獲得被觀測區(qū)域全景圖像；提取被觀測區(qū)域的光亮度數(shù)據(jù)；提取被觀測區(qū)域目標(biāo)物特征數(shù)據(jù)；根據(jù)背景光亮度及目標(biāo)物特征，計算每1°范圍內(nèi)的目標(biāo)物能見度值；綜合處理360組能見度值，得到主導(dǎo)能見度值。首次實現(xiàn)了主導(dǎo)能見度的自動觀測；兼?zhèn)溆腥炜赵屏績x和有效水平能見度的自動觀測功能；能得到整個面的能見度值。
【IPC分類】G01N21/84, G01N21/01
【公開號】CN105277563
【申請?zhí)枴緾N201510799195
【發(fā)明人】臺宏達(dá), 莊子波
【申請人】中國民航大學(xué)
【公開日】2016年1月27日
【申請日】2015年11月19日