一種半球鏡面式能見度自動觀測儀的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及大氣探測領(lǐng)域，具體涉及一種半球鏡面式能見度自動觀測儀。
【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(jìn)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，該值的觀測主要采用人工觀測。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(jìn)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，而提供一種半球鏡面式能見度自動觀測儀。
[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(jìn)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)，以1°為單位計算各扇形范圍內(nèi)目標(biāo)物能見度值；
[0020]E.數(shù)據(jù)處理控制模塊的結(jié)果輸出用顯示屏輸出主導(dǎo)能見度值。
[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(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(jìn)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、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。
[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(jìn)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)，以1°為單位計算各扇形范圍內(nèi)目標(biāo)物能見度值；
[0034]E.數(shù)據(jù)處理控制模塊的結(jié)果輸出用顯示屏輸出主導(dǎo)能見度值。
[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)，S卩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，S卩3km。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(jìn)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，最后通過計算輸出主導(dǎo)能見度具體值，并通過模擬信號輸出模塊傳輸給結(jié)果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。
【專利摘要】一種半球鏡面式能見度自動觀測儀，涉及大氣探測領(lǐng)域，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)；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的功能；能得到整個面的能見度值。
【IPC分類】G01N21/84, G01N21/01
【公開號】CN205103172
【申請?zhí)枴緾N201520924439
【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3月23日
【申請日】2015年11月19日