专利名称：同步双成像云底风速测量方法
技术领域：
本发明涉及一种风速的测量方法，特别是一种云底风速的测量方法。
背景技术：
云底风速的测量对于航空航天领域具有重要意义，云底风速对于飞机的安全飞行有着直接影响。传统的风速测量设备有机械式风速仪、热敏式风速仪、超声波风速仪等。高空的风向和风速常采用气象气球来测量，在气球下面悬挂无线电讯号回答器，再用地面雷达快算出气球所在高度上的风向和风速。但以上地面及高空风速测量设备均难于用于云底风速的测量。
发明内容
本发明提供一种同步双成像云底风速测量方法，要解决云底风速难于测量问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是 这种同步双成像云底风速测量方法，其特征在于测量步骤如下 步骤1将两图像采集器相隔一距离设置，使两图像采集器能拍摄到云的同一区域，并得到图像采集器1的焦点B与图像采集器2的焦点C之连线为基线BC，两图像采集器镜头垂直对天，图像采集器的成像平面长轴或短轴与基线平行； 步骤2图像采集器1和图像采集器2同时拍摄云的同一个区域，分别得到照片P1和照片P2； 步骤3假设在图像采集器1和图像采集器2共同拍摄区的云底有一A点，在照片P1和照片P2中分别找到A点在图像采集器1和图像采集器2所在焦平面的垂直投影点D，分别测量D点和B点连线与基线BC的夹角∠DBC，以及D点和C点连线与基线BC的夹角∠DCB； 步骤4A与图像采集器1焦点B和图像采集器2焦点C构成了三角形ABC，A的垂直投影点D与B点和C点之间构成了三角形DBC，测得两图像采集器之间的距离BC，并从图像采集器1和图像采集器2的照片上测出∠DBC和∠DCB，通过几何公式计算出BD和CD； 步骤5以B点为坐标原点，计算出A点分别在X轴、Y轴的横向及纵向坐标， X＝BD×sin(DBC)， Y＝BD×COS(DBC)； 步骤6在间隔时间t后，再按上述步骤1～5中的方法得到云中D点的水平及竖直坐标X1，Y1； 步骤7按如下公式计算出风速及风向值 风速V＝((X-X1)2+(Y-Y1)2)0.5/t 风向D＝arctg((X-X1)/(Y-Y1))。
上述云图像采集器可以是可见光图像采集器或是红外成像装置。
上述可见光图像采集器可为相机或摄像机。
上述步骤4中可通过如下几何公式计算出BD和CD， BD×COS(DBC)+DC×COS(DCB)＝BC； BD×sin(DBC)＝DC×sin(DCB)。
本发明的有益效果如下 本发明的同步双成像云底风速测量方法是采用两个相机相隔一定距离(基线)，可相隔大于200米。同时拍摄同一云，得到同一时刻两张照片P1和P2，在两张照片上找到云的一个特征点A在两张照片上的像点A1和A2，分别在P1、P2上测量照片中心(相机光轴)到A1和A2的距离以及与基线的夹角，通过立体三角的原理计算A地面垂直投影D的X、Y坐标。在间隔时间t后，再按上述方法得到云中A点地面垂直投影D的X1、Y1坐标。通过计算公式可得云底风速和风向。本方法的测量步骤较为简单，且测量结果准确。以较低的成本解决了云底风速的测量问题，可广泛应用于航空、航天、气象等领域。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是实施例一步骤1和步骤2的示意图。
图2是实施例一步骤3～5的示意图。
附图标记1—图像采集器1、2—图像采集器2、3—云底、4—成像平面、 A云底一点、B图像采集器1焦点、C图像采集器2焦点、DA点在图像采集器1和图像采集器2所在焦平面的垂直投影点、ED点与X轴垂直线交点。
图1中W为图像采集器1和图像采集器2共同成像范围。
图2中X、Y、Z为坐标轴。
具体实施例方式 实施例一 步骤1参见图1所示将两图像采集器相隔一定距离设置，使图像采集器1和图像采集器2能拍摄到云同一区域的距离，并得到基线BC，BC可在200米以上，B为图像采集器1焦点，C为图像采集器2焦点，两图像采集器镜头垂直对天，图像采集器成像平面长轴或短轴与基线平行； 步骤2图像采集器1和图像采集器2同时拍摄云的同一个区域，分别得到照片P1和照片P2； 步骤3参见图2所示假设在图像采集器1和图像采集器2共同拍摄区的云底有一A点，在照片P1和照片P2中分别找到A点在图像采集器1和图像采集器2所在焦平面的垂直投影点D，分别测量D点和B点连线与基线BC的夹角∠DBC，以及D点和C点连线与基线BC的夹角∠DCB； 步骤4A与图像采集器1焦点B和图像采集器2焦点C构成了三角形ABC，A的垂直投影点D与B点和C点之间构成了三角形DBC，测得两图像采集器之间的距离BC，并从图像采集器1和图像采集器2的照片上测出∠DBC和∠DCB，通过正弦定理和余弦定理计算出BD和CD； BD×COS(DBC)+DC×COS(DCB)＝BC； BD×sin(DBC)＝DC×sin(DCB)； 步骤5计算出D点的水平及竖直坐标X、Y， X＝DE＝BD×sin(DBC)， Y＝BE＝BD×COS(DBC)； 步骤6在间隔时间t后，再按上述步骤1～5中的方法得到云中D点的水平及竖直坐标X1，Y1； 步骤7按如下公式计算出风速及风向值 风速V＝((X-X1)2+(Y-Y1)2)0.5/t 风向D＝arctg((X-X1)/(Y-Y1))。
上述云图像采集器是可见光图像采集器或是红外成像装置。可见光图像采集器为相机或摄像机。
实施例二与实施例一不同的是，上述两图像采集器镜头光轴还可水平平行设置，图像采集器成像平面长轴或短轴与基线平行。
实施例三与实施例一不同的是，上述两图像采集器成像平面还可同时垂直一个平面，两镜头光轴成一定交角。
权利要求
权利要求1一种同步双成像云底风速测量方法，其特征在于测量步骤如下
步骤1将两图像采集器相隔一距离设置，使两图像采集器能拍摄到云的同一区域，并得到图像采集器1的焦点B与图像采集器2的焦点C之连线为基线BC，两图像采集器镜头垂直对天，图像采集器的成像平面长轴或短轴与基线平行；
步骤2图像采集器1和图像采集器2同时拍摄云的同一个区域，分别得到照片P1和照片P2；
步骤3假设在图像采集器1和图像采集器2共同拍摄区的云底有一A点，在照片P1和照片P2中分别找到A点在图像采集器1和图像采集器2所在焦平面的垂直投影点D，分别测量D点和B点连线与基线BC的夹角∠DBC，以及D点和C点连线与基线BC的夹角∠DCB；
步骤4A与图像采集器1焦点B和图像采集器2焦点C构成了三角形ABC，A的垂直投影点D与B点和C点之间构成了三角形DBC，测得两图像采集器之间的距离BC，并从图像采集器1和图像采集器2的照片上测出∠DBC和∠DCB，通过几何公式计算出BD和CD；
步骤5以B点为坐标原点，计算出A点分别在X轴、Y轴的横向及纵向坐标，
X＝BD×sin(DBC)，
Y＝BD×COS(DBC)；
步骤6在间隔时间t后，再按上述步骤1～5中的方法得到云中D点的水平及竖直坐标X1，Y1；
步骤7按如下公式计算出风速及风向值
风速V＝((X-X1)2+(Y-Y1)2)0.5/t
风向D＝arctg((X-X1)/(Y-Y1))。
权利要求2根据权利要求1所述的同步双成像云底风速测量方法，其特征在于上述云图像采集器是可见光图像采集器或是红外成像装置。
权利要求3根据权利要求2所述的同步双成像云底风速测量方法，其特征在于上述可见光图像采集器为相机或摄像机。
权利要求4根据权利要求1或2所述的同步双成像云底风速测量方法，其特征在于上述步骤4中可通过如下几何公式计算出BD和CD，
BD×COS(DBC)+DC×COS(DCB)＝BC；
BD×sin(DBC)＝DC×sin(DCB)。
全文摘要
一种同步双成像云底风速测量方法，测量步骤如下步骤1将两图像采集器相隔一距离设置；步骤2同时拍摄云的同一个区域；步骤3假设云底有一A点，在照片P1和照片P2中分别找到A点在图像采集器1和图像采集器2所在焦平面的垂直投影点D，分别测量D点和B点连线与基线BC的夹角∠DBC，以及D点和C点连线与基线BC的夹角∠DCB；步骤4通过几何公式计算出BD和CD；步骤5计算出A点分别在X轴、Y轴的横向及纵向坐标，步骤6在间隔时间t后，得到云中D点的水平及竖直坐标X1，Y1；步骤7按公式计算出风速及风向值。本方法的测量步骤较为简单，且测量结果准确，可广泛应用于航空、航天、气象等领域。
文档编号G01C11/00GK101545918SQ20091030197
公开日2009年9月30日 申请日期2009年4月29日 优先权日2009年4月29日
发明者马舒庆 申请人:中国气象局气象探测中心