基于半球鏡面原理的主導(dǎo)能見(jiàn)度自動(dòng)觀測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及大氣探測(cè)領(lǐng)域，具體涉及基于半球鏡面原理的主導(dǎo)能見(jiàn)度自動(dòng)觀測(cè)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]主導(dǎo)能見(jiàn)度對(duì)于民用航空運(yùn)行具有重要的意義。民用航空業(yè)務(wù)運(yùn)行中通常所說(shuō)的“能見(jiàn)度”就是指的主導(dǎo)能見(jiàn)度。主導(dǎo)能見(jiàn)度應(yīng)用于機(jī)場(chǎng)最低運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)、飛行計(jì)劃最低標(biāo)準(zhǔn)、精密進(jìn)近著陸的運(yùn)行分類標(biāo)準(zhǔn)等諸多方面。主導(dǎo)能見(jiàn)度的準(zhǔn)確觀測(cè)對(duì)于飛機(jī)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(cè)目前完全采用人工觀測(cè)。人工觀測(cè)主導(dǎo)能見(jiàn)度雖然容易做到全角度360觀測(cè)，但該方式容易受到很多因素的影響。不同觀測(cè)員在不同地點(diǎn)、不同時(shí)間、不同季節(jié)、不同天氣條件下對(duì)能見(jiàn)度變化規(guī)律的認(rèn)識(shí)不同，其視覺(jué)對(duì)比感閾也不同，對(duì)“剛好能見(jiàn)”和“輪廓清晰”有不同理解，能見(jiàn)度人工觀測(cè)真實(shí)值確定的主觀性太大。
[0003]在氣象探測(cè)領(lǐng)域，云、能見(jiàn)度和天氣現(xiàn)象的自動(dòng)觀測(cè)始終是難于解決的問(wèn)題。本發(fā)明要解決的是“主導(dǎo)能見(jiàn)度”(地方氣象部門稱“有效水平能見(jiàn)度”)的自動(dòng)觀測(cè)問(wèn)題。
[0004]中國(guó)民用航空局的規(guī)章《中國(guó)民用航空氣象工作規(guī)則》中，主導(dǎo)能見(jiàn)度定義為:觀測(cè)到的至少在四周一半?yún)^(qū)域或機(jī)場(chǎng)地面一半的范圍內(nèi)所達(dá)到的最大能見(jiàn)度值。
[0005]中國(guó)氣象局的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(QXT47-2007)《地面氣象觀測(cè)規(guī)范第3部分氣象能見(jiàn)度觀測(cè)》中，有效水平氣象能見(jiàn)度是指:在人工觀測(cè)氣象能見(jiàn)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(cè)領(lǐng)域，能見(jiàn)度的自動(dòng)觀測(cè)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(jiàn)度儀和后向散射式能見(jiàn)度儀(激光雷達(dá))4種方法。然而這幾種儀器只能夠觀測(cè)某一個(gè)點(diǎn)或者某一個(gè)方向上的能見(jiàn)度，無(wú)法觀測(cè)到360°范圍內(nèi)的能見(jiàn)度的覆蓋情況。而在機(jī)場(chǎng)范圍內(nèi)，飛機(jī)從四面八方各個(gè)方向飛來(lái)，這種360°范圍內(nèi)一半以上的能見(jiàn)度情況，即主導(dǎo)能見(jiàn)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(cè)，迫切需要主導(dǎo)能見(jiàn)度的自動(dòng)觀測(cè)儀器。
[0007]由此可見(jiàn)，常規(guī)的能見(jiàn)度觀測(cè)儀器無(wú)法解決觀測(cè)點(diǎn)四周一半或一半以上范圍內(nèi)能達(dá)到的能見(jiàn)度。也就是說(shuō)現(xiàn)有的能見(jiàn)度觀測(cè)儀器無(wú)法解決主導(dǎo)能見(jiàn)度和有效能見(jiàn)度的自動(dòng)觀測(cè)問(wèn)題。
[0008]專利“一種具有多方位全景拍攝功能的能見(jiàn)度天氣現(xiàn)象監(jiān)測(cè)儀”(授權(quán)公告號(hào):CN203037878U)與本發(fā)明之間的區(qū)別在于:
[0009]1、全景拍攝的實(shí)現(xiàn)部件不同。上述實(shí)用新型專利使用的是帶有角度調(diào)整機(jī)構(gòu)的攝像機(jī)，采用電動(dòng)云臺(tái)(或步進(jìn)電機(jī))調(diào)整機(jī)構(gòu)調(diào)整攝像頭旋轉(zhuǎn)。本次申請(qǐng)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(shí)用新型專利的帶有角度調(diào)整機(jī)構(gòu)的攝像機(jī)是為了針對(duì)能見(jiàn)度變化迅速、區(qū)域分布不均情況下對(duì)周圍變動(dòng)和分布差異的細(xì)分。而本發(fā)明采用的是針對(duì)360°范圍內(nèi)的能見(jiàn)度情況，根據(jù)主導(dǎo)能見(jiàn)度的定義，計(jì)算出主導(dǎo)能見(jiàn)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(wèn)題，而提供基于半球鏡面原理的主導(dǎo)能見(jiàn)度自動(dòng)觀測(cè)方法。
[0012]本發(fā)明一種半球鏡面式能見(jiàn)度自動(dòng)觀測(cè)儀包括底座、半球鏡面、支撐臂、CMOS攝像機(jī)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(jī)通過(guò)支架安裝在支撐臂的另一端，且CMOS攝像機(jī)的鏡頭朝下正對(duì)半球鏡面的頂點(diǎn)，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(guò)數(shù)據(jù)線與CMOS攝像機(jī)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(hào)輸入模塊、微型處理芯片、模擬信號(hào)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(guò)數(shù)字信號(hào)輸入模塊與CMOS攝像機(jī)1通訊相連，微型處理芯片通過(guò)模擬信號(hào)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(jiàn)度自動(dòng)觀測(cè)儀進(jìn)行自動(dòng)觀測(cè)的方法包括以下步驟:
[0016]A.半球鏡面式能見(jiàn)度自動(dòng)觀測(cè)儀的CMOS攝像機(jī)實(shí)時(shí)拍攝半球鏡面反射的被觀測(cè)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(cè)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(cè)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(jì)算360°范圍內(nèi)的每1°扇形范圍內(nèi)的目標(biāo)物能見(jiàn)度值，共360組數(shù)據(jù)；
[0020]E.數(shù)據(jù)處理控制模塊對(duì)360組能見(jiàn)度數(shù)據(jù)按照從大到小排序，第180個(gè)能見(jiàn)度值即為“主導(dǎo)能見(jiàn)度”，第181個(gè)能見(jiàn)度值即為“有效水平能見(jiàn)度”。并用顯示屏輸出顯示。
[0021]本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)是:本發(fā)明首次實(shí)現(xiàn)了主導(dǎo)能見(jiàn)度的自動(dòng)觀測(cè)，對(duì)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(jī)x的功能；本發(fā)明通過(guò)半球鏡面反射的方式對(duì)全天空的全景圖像進(jìn)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(duì)于準(zhǔn)確的計(jì)算各角度的能見(jiàn)度具有重要意義；本發(fā)明與過(guò)去的能見(jiàn)度儀相比，并非只得到某個(gè)點(diǎn)或者線的能見(jiàn)度值，而是能得到整個(gè)面的能見(jiàn)度值。
【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1是本發(fā)明半球鏡面式能見(jiàn)度自動(dòng)觀測(cè)儀結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖2是本發(fā)明扇形區(qū)域能見(jiàn)距離比例模擬示意圖。
[0024]圖中:1、CMOS攝像機(jī)；2、半球鏡面；3、支撐臂；4、底座。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。
[0026]如圖1、2所示，本發(fā)明一種半球鏡面式能見(jiàn)度自動(dòng)觀測(cè)儀包括底座4、半球鏡面2、支撐臂3、CMOS攝像機(jī)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(jī)1通過(guò)支架安裝在支撐臂3的另一端，且CMOS攝像機(jī)1的鏡頭朝下正對(duì)半球鏡面2的頂點(diǎn)，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(guò)數(shù)據(jù)線與CMOS攝像機(jī)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(hào)輸入模塊、微型處理芯片、模擬信號(hào)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(guò)數(shù)字信號(hào)輸入模塊與CMOS攝像機(jī)1通訊相連，微型處理芯片通過(guò)模擬信號(hào)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(jiàn)度自動(dòng)觀測(cè)儀進(jìn)行自動(dòng)觀測(cè)的方法包括以下步驟:
[0030]A.半球鏡面式能見(jiàn)度自動(dòng)觀測(cè)儀的CMOS攝像機(jī)1實(shí)時(shí)拍攝半球鏡面2反射的被觀測(cè)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(cè)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(cè)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(jì)算360°范圍內(nèi)的每1°扇形范圍內(nèi)的目標(biāo)物能見(jiàn)度值，共360組數(shù)據(jù)；
[0034]E.數(shù)據(jù)處理控制模塊對(duì)360組能見(jiàn)度數(shù)據(jù)按照從大到小排序，第180個(gè)能見(jiàn)度值即為“主導(dǎo)能見(jiàn)度”，第181個(gè)能見(jiàn)度值即為“有效水平能見(jiàn)度”。并用顯示屏輸出顯示。
[0035]工作方式及原理:主導(dǎo)能見(jiàn)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(gè)觀測(cè)人員在觀測(cè)點(diǎn)周圍觀測(cè)到的能見(jiàn)度的情況如圖2，則主導(dǎo)能見(jiàn)度的報(bào)告值應(yīng)當(dāng)從高往低開(kāi)始尋找，具體過(guò)程為:首先找到能見(jiàn)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(jiàn)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?？梢园l(fā)現(xiàn)，3km、3.5km和4km這三個(gè)扇形區(qū)域的角度之和已經(jīng)超過(guò)了 180°。因此，此次觀測(cè)過(guò)程可以報(bào)告主導(dǎo)能見(jiàn)度為3km。
[0036]本發(fā)明采用以上原理，利用CMOS攝像機(jī)1通過(guò)半球鏡面2反射的方式對(duì)全天空的全景圖像進(jìn)行拍攝，并通過(guò)數(shù)據(jù)線和數(shù)字信號(hào)輸入模塊實(shí)時(shí)傳輸給微型處理芯片，微型處理芯片根據(jù)實(shí)時(shí)的全景圖像分別提取光亮度數(shù)據(jù)和被觀測(cè)區(qū)域目標(biāo)物的特征信息，通過(guò)所提取的信息以1°為單位計(jì)算各扇形范圍內(nèi)目標(biāo)物反演能見(jiàn)度值，最后對(duì)360組每1°的能見(jiàn)度值進(jìn)行排序，計(jì)算輸出主導(dǎo)能見(jiàn)度和有效水平能見(jiàn)度的具體值，并通過(guò)模擬信號(hào)輸出模塊輸出，用顯示屏顯示主導(dǎo)能見(jiàn)度結(jié)果。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種半球鏡面式能見(jiàn)度自動(dòng)觀測(cè)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(jī)(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(jī)(1)通過(guò)支架安裝在支撐臂(3)的另一端，且CMOS攝像機(jī)(1)的鏡頭朝下正對(duì)半球鏡面(2)的頂點(diǎn)，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(guò)數(shù)據(jù)線與CMOS攝像機(jī)(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(jiàn)度自動(dòng)觀測(cè)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(jiàn)度自動(dòng)觀測(cè)儀，其特征在于所述數(shù)據(jù)處理控制模塊由數(shù)字信號(hào)輸入模塊、微型處理芯片、模擬信號(hào)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(guò)數(shù)字信號(hào)輸入模塊與CMOS攝像機(jī)(1)通訊相連，微型處理芯片通過(guò)模擬信號(hào)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(jiàn)度自動(dòng)觀測(cè)儀進(jìn)行自動(dòng)觀測(cè)的方法，其特征在于它包括以下步驟: A.半球鏡面式能見(jiàn)度自動(dòng)觀測(cè)儀的CMOS攝像機(jī)(1)實(shí)時(shí)拍攝半球鏡面(2)反射的被觀測(cè)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(cè)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(cè)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(jì)算360°范圍內(nèi)的每1°扇形范圍內(nèi)的目標(biāo)物能見(jiàn)度值，共360組數(shù)據(jù)； E.數(shù)據(jù)處理控制模塊對(duì)360組能見(jiàn)度數(shù)據(jù)按照從大到小排序，第180個(gè)能見(jiàn)度值即為“主導(dǎo)能見(jiàn)度”，第181個(gè)能見(jiàn)度值即為“有效水平能見(jiàn)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(jiàn)度自動(dòng)觀測(cè)方法，涉及大氣探測(cè)領(lǐng)域，一種半球鏡面式能見(jiàn)度自動(dòng)觀測(cè)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(jī)(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(jiàn)度自動(dòng)觀測(cè)儀進(jìn)行自動(dòng)觀測(cè)的方法包括以下步驟：獲得被觀測(cè)區(qū)域全景圖像；提取被觀測(cè)區(qū)域的光亮度數(shù)據(jù)；提取被觀測(cè)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(jì)算每1°范圍內(nèi)的目標(biāo)物能見(jiàn)度值；綜合處理360組能見(jiàn)度值，得到主導(dǎo)能見(jiàn)度值。首次實(shí)現(xiàn)了主導(dǎo)能見(jiàn)度的自動(dòng)觀測(cè)；兼?zhèn)溆腥炜赵屏績(jī)x和有效水平能見(jiàn)度的自動(dòng)觀測(cè)功能；能得到整個(gè)面的能見(jiàn)度值。
【IPC分類】G01N21/84, G01N21/01
【公開(kāi)號(hào)】CN105277563
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510799195
【發(fā)明人】臺(tái)宏達(dá), 莊子波
【申請(qǐng)人】中國(guó)民航大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年1月27日
【申請(qǐng)日】2015年11月19日