一种半球镜面式能见度自动观测仪的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及大气探测领域，具体涉及一种半球镜面式能见度自动观测仪。
【背景技术】
[0002]主导能见度对于民用航空运行具有重要的意义。民用航空业务运行中通常所说的“能见度”就是指的主导能见度。主导能见度应用于机场最低运行标准、飞行计划最低标准、精密进近着陆的运行分类标准等诸多方面。主导能见度的准确观测对于飞机正常的起飞和降落具有重要意义。当前行业中，该值的观测主要采用人工观测。人工观测主导能见度虽然容易做到全角度360观测，但该方式容易受到很多因素的影响。不同观测员在不同地点、不同时间、不同季节、不同天气条件下对能见度变化规律的认识不同，其视觉对比感阈也不同，对“刚好能见”和“轮廓清晰”有不同理解，能见度人工观测真实值确定的主观性太大。
[0003]在气象探测领域，云、能见度和天气现象的自动观测始终是难于解决的问题。本发明要解决的是“主导能见度”(地方气象部门称“有效能见度”)的自动观测问题。
[0004]中国民用航空局的规章《中国民用航空气象工作规则》中，主导能见度定义为:观测到的至少在四周一半区域或机场地面一半的范围内所达到的最大能见度值。
[0005]中国气象局的行业标准(QXT47-2007)《地面气象观测规范第3部分气象能见度观测》中，有效水平气象能见度是指:在人工观测气象能见度中，四周视野中二分之一以上的范围能看到的目标物的最大水平距离。
[0006]在气象探测领域，能见度的自动观测方面，现在行业上主要有大气透射仪、前向散射仪、摄像式能见度仪和后向散射式能见度仪(激光雷达)4种方法。然而这几种仪器只能够观测某一个点或者某一个方向上的能见度，无法观测到360°范围内的能见度的覆盖情况。而在机场范围内，飞机从四面八方各个方向飞来，这种360°范围内一半以上的能见度情况，即主导能见度，恰恰是民用航空所需要的。现在行业中该值完全使用人工观测，迫切需要主导能见度的自动观测仪器。
[0007]由此可见，常规的能见度观测仪器无法解决观测点四周一半或一半以上范围内能达到的能见度。也就是说现有的能见度观测仪器无法解决主导能见度和有效能见度的自动观测问题。
[0008]专利“一种具有多方位全景拍摄功能的能见度天气现象监测仪”(授权公告号:CN203037878U)与本发明之间的区别在于:
[0009]1、全景拍摄的实现部件不同。上述实用新型专利使用的是带有角度调整机构的摄像机，采用电动云台(或步进电机)调整机构调整摄像头旋转。本次申请的专利是使用球形镜面，直接获取360°范围内的全景图像。
[0010]2、处理算法不同。上述实用新型专利的带有角度调整机构的摄像机是为了针对能见度变化迅速、区域分布不均情况下对周围变动和分布差异的细分。而本发明采用的是针对360°范围内的能见度情况，根据主导能见度的定义，计算出主导能见度。
【发明内容】
[0011]本发明的目的主要是为了解决上述技术问题，而提供一种半球镜面式能见度自动观测仪。
[0012]本发明一种半球镜面式能见度自动观测仪包括底座、半球镜面、支撑臂、CMOS摄像机和数据处理控制模块，所述半球镜面的镜面朝上安装在底座上，所述支撑臂的一端固定安装在底座的一侧，所述CMOS摄像机通过支架安装在支撑臂的另一端，且CMOS摄像机的镜头朝下正对半球镜面的顶点，所述数据处理控制模块内置安装在底座内，并通过数据线与CMOS摄像机通讯相连。
[0013]所述支撑臂是C型支撑臂，且支撑臂的竖杆是伸缩调节杆。
[0014]所述数据处理控制模块由数字信号输入模块、微型处理芯片、模拟信号输出模块和结果输出用显示屏组成，所述微型处理芯片通过数字信号输入模块与CMOS摄像机1通讯相连，微型处理芯片通过模拟信号输出模块与结果输出用显示屏通讯相连。
[0015]利用半球镜面式能见度自动观测仪进行自动观测的方法包括以下步骤:
[0016]A.半球镜面式能见度自动观测仪的CMOS摄像机实时拍摄半球镜面反射的被观测区域全景图像；
[0017]B.数据处理控制模块从步骤A所获得的全景图像中提取被观测区域的光亮度数据；
[0018]C.数据处理控制模块从步骤A所获得的全景图像中提取被观测区域目标物特征数据；
[0019]D.数据处理控制模块根据步骤A、B、C所获取数据，以1°为单位计算各扇形范围内目标物能见度值；
[0020]E.数据处理控制模块的结果输出用显示屏输出主导能见度值。
[0021]本发明优点是:本发明首次实现了主导能见度的自动观测，对民用航空行业具有重要意义;本发明兼备有全天空云量仪的功能;本发明通过半球镜面反射的方式对全天空的全景图像进行拍摄，可以得到当前天空背景亮度的阈值。背景光亮度对于准确的计算各角度的能见度具有重要意义;本发明与过去的能见度仪相比，并非只得到某个点或者线的能见度值，而是能得到整个面的能见度值。
【附图说明】
[0022]图1是本发明半球镜面式能见度自动观测仪结构示意图。
[0023]图2是本发明扇形区域能见距离比例模拟示意图。
[0024]图中:1、CMOS摄像机;2、半球镜面;3、支撑臂;4、底座。
【具体实施方式】
[0025]下面结合附图对本发明做进一步说明。
[0026]如图1、2所示，本发明一种半球镜面式能见度自动观测仪包括底座4、半球镜面2、支撑臂3、CM0S摄像机1和数据处理控制模块，所述半球镜面2的镜面朝上安装在底座4上，所述支撑臂3的一端固定安装在底座4的一侧，所述CMOS摄像机1通过支架安装在支撑臂3的另一端，且CMOS摄像机1的镜头朝下正对半球镜面2的顶点，所述数据处理控制模块内置安装在底座4内，并通过数据线与CMOS摄像机1通讯相连。
[0027]所述支撑臂3是C型支撑臂，且支撑臂3的竖杆是伸缩调节杆。
[0028]所述数据处理控制模块由数字信号输入模块、微型处理芯片、模拟信号输出模块和结果输出用显示屏组成，所述微型处理芯片通过数字信号输入模块与CMOS摄像机1通讯相连，微型处理芯片通过模拟信号输出模块与结果输出用显示屏通讯相连。
[0029]利用半球镜面式能见度自动观测仪进行自动观测的方法包括以下步骤:
[0030]A.半球镜面式能见度自动观测仪的CMOS摄像机1实时拍摄半球镜面2反射的被观测区域全景图像；
[0031]B.数据处理控制模块从步骤A所获得的全景图像中提取被观测区域的光亮度数据:
[0032]C.数据处理控制模块从步骤A所获得的全景图像中提取被观测区域目标物特征数据；
[0033]D.数据处理控制模块根据步骤A、B、C所获取数据，以1°为单位计算各扇形范围内目标物能见度值；
[0034]E.数据处理控制模块的结果输出用显示屏输出主导能见度值。
[0035]工作方式及原理:主导能见度是指的360°范围内一半或一半以上能够达到的区域。假设一个观测人员在观测点周围观测到的能见度的情况如图2，则主导能见度的报告值应当从高往低开始寻找，具体过程为:首先找到能见度最高的扇形区域，为4km，其覆盖扇形不够180°，因此再找比其小一些的能见度的扇形区，S卩3.5km，可以发现，3.5km的扇形区域和4km的扇形区域的角度之和仍然不够180°。因此急需找再小一些的扇形区域，S卩3km。可以发现，3km、3.5km和4km这三个扇形区域的角度之和已经超过了 180°。因此，此次观测过程可以报告主导能见度为3km。
[0036]本发明采用以上原理，利用CMOS摄像机1通过半球镜面2反射的方式对全天空的全景图像进行拍摄，并通过数据线和数字信号输入模块实时传输给微型处理芯片，微型处理芯片根据实时的全景图像分别提取光亮度数据和被观测区域目标物的特征信息，通过所提取的信息以1°为单位计算各扇形范围内目标物反演能见度值，最后通过计算输出主导能见度具体值，并通过模拟信号输出模块传输给结果输出用显示屏显示主导能见度结果。
【主权项】
1.一种半球镜面式能见度自动观测仪，其特征在于它包括底座(4)、半球镜面(2)、支撑臂(3)、CM0S摄像机(1)和数据处理控制模块，所述半球镜面(2)的镜面朝上安装在底座(4)上，所述支撑臂(3)的一端固定安装在底座(4)的一侧，所述CMOS摄像机(1)通过支架安装在支撑臂(3)的另一端，且CMOS摄像机(1)的镜头朝下正对半球镜面(2)的顶点，所述数据处理控制模块内置安装在底座(4)内，并通过数据线与CMOS摄像机(1)通讯相连。2.根据权利要求1所述的一种半球镜面式能见度自动观测仪，其特征在于所述支撑臂(3)是C型支撑臂，且支撑臂(3)的竖杆是伸缩调节杆。3.根据权利要求1所述的一种半球镜面式能见度自动观测仪，其特征在于所述数据处理控制模块由数字信号输入模块、微型处理芯片、模拟信号输出模块和结果输出用显示屏组成，所述微型处理芯片通过数字信号输入模块与CMOS摄像机(1)通讯相连，微型处理芯片通过模拟信号输出模块与结果输出用显示屏通讯相连。
【专利摘要】一种半球镜面式能见度自动观测仪，涉及大气探测领域，其特征在于它包括底座(4)、半球镜面(2)、支撑臂(3)、CMOS摄像机(1)和数据处理控制模块，所述半球镜面(2)的镜面朝上安装在底座(4)上，所述支撑臂(3)的一端固定安装在底座(4)的一侧；首次实现了主导能见度的自动观测；兼备有全天空云量仪的功能；能得到整个面的能见度值。
【IPC分类】G01N21/84, G01N21/01
【公开号】CN205103172
【申请号】CN201520924439
【发明人】台宏达, 庄子波
【申请人】中国民航大学
【公开日】2016年3月23日
【申请日】2015年11月19日