[發明專利]一種基于飛行器的云層高度測量系統及云層高度測量方法

有效

• 申請號: 201310452951.8
• 申請日: 2013-09-27
• 公開（公告）號: CN103453882A
• 公開（公告）日: 2013-12-18
• 發明（設計）人: 王敏;周樹道;陳曉穎;黃峰;劉志華;劉鳳;徐四林;文滋木;曹瑞明
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍理工大學
• 主分類號: G01C5/00
• 分類號: G01C5/00
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 許方

技術領域

本發明涉及一種基于飛行器的云層高度測量系統及云層高度測量方法。

背景技術

云底高度作為重要的云物理特征參量，對包括空氣質量、酸雨、日照率、農業干旱、邊界層湍流都有著重要的影響。細致了解不同類型云層以及不同動力條件下云底高度及其演變規律不僅有助于對天氣系統的監測預報，有助于對全球氣候變化的研究，更是人工影響天氣作業條件識別和效果檢驗的重要判據。

目前為止，對云底高度的確定主要有以下五種方式。通過激光云高儀直接觀測得到云底高度；利用衛星遙感資料反演得到云底高度；利用毫米波雷達或激光雷達探測云底高度；通過計算的抬升凝結高度近似云底高度；地面觀測系統中人工觀測方式獲得的云底高度。雖然獲取云底高度的方法很多,目前為止公認的較為準確的方法是用激光云高儀觀測得到的結果，可是由于激光云高儀相對昂貴的價格，以及單點觀測視場狹窄這些弊端，在地面觀測站大范圍的應用則比較困。而現在較為普遍的通過衛星遙感反演云底高度的方法，由于衛星從上向下觀測，云頂高度反演較為準確，而云底的信息則相對誤差較大。而目前大多數地面氣象站都采用人工觀測的方式，人工觀測云底高度有很大的不確定性，受到能見度的影響很大，尤其在夜晚，在光照不足的情況下，要借助云幕燈輔助觀測，這更加加大了觀測的誤差，因此人工觀測的云底高度值誤差很大。

發明內容

針對上述技術問題，本發明所要解決的技術問題是提供一種結構簡單，測量方式多樣，不僅能準確測量云底高度，而且能準確測量云頂高度的基于飛行器的云層高度測量系統。

本發明為了解決上述技術問題采用以下技術方案：本發明設計了一種基于飛行器的云層高度測量系統，包括空中測量裝置和地面控制裝置，所述空中測量裝置包括飛行器、以及設置在飛行器上的第一控制模塊、定位模塊、機上通訊模塊、圖像拍攝裝置；其中，定位模塊、機上通訊模塊和圖像拍攝裝置分別與第一控制模塊相連接，圖像拍攝裝置以拍攝方向垂直向上地設置在飛行器表面；所述地面控制模塊包括第二控制模塊、以及分別與第二控制模塊相連接的地面通訊模塊、信息輸出裝置；空中測量裝置和地面控制裝置之間通過機上通訊模塊、地面通訊模塊進行相互通信。

作為本發明的一種優選技術方案：所述圖像拍攝裝置為全景圖像拍攝裝置。

作為本發明的一種優選技術方案：所述第一控制模塊和第二控制模塊為AT91SAM9G45處理器。

作為本發明的一種優選技術方案：所述飛行器為無人機。

本發明所述一種基于飛行器的云層高度測量系統采用以上技術方案與現有技術相比，具有以下技術效果：

（1）本發明設計的基于飛行器的云層高度測量系統，結構簡單，采用飛行器對云層進行拍照，并與地面控制裝置通信獲取云層高度，能夠根據測量要求，靈活準確測量出云頂高度或者云底高度，有效提高測量工作效率；

（2）本發明設計的基于飛行器的云層高度測量系統中，針對圖像拍攝裝置采用全景圖像拍攝裝置，能夠大幅提高云層高度的測量工作效率；

（3）本發明設計的基于飛行器的云層高度測量系統中，針對飛行器采用無人機，有效保證了云層高度測量過程中的安全性。

與此相應，針對上述技術問題，本發明所要解決的技術問題是提供一種基于本發明設計的云層高度測量系統，能夠方便準確地測量出云頂高度或者云底高度，且有效提高測量效率的云層高度測量方法。

本發明為了解決上述技術問題采用以下技術方案：本發明設計了一種云層高度測量方法，包括云頂高度測量或云底高度測量，包括如下步驟：

步驟001.所述圖像拍攝裝置在云層之上或者云層之下，基于同一高度的不同位置，以垂直拍攝角度，拍攝兩張尺寸相同、且重合度大于零的云層圖像，并獲取圖像拍攝裝置兩次拍攝位置之間的距離d，以及圖像拍攝裝置拍攝時的高度h_拍攝；

步驟002.針對兩張云層圖像的重合區域，至少獲得一個云層點分別位于兩張云層圖像中的位置；

步驟003.將兩張云層圖像沿圖像邊緣為基準進行重合，獲取步驟002中其中一個云層點分別位于兩張云層圖像中的位置之間的距離l₁；

步驟004.根據圖像拍攝裝置的焦距f和獲得拍攝時，云層面向圖像拍攝裝置的一面與圖像拍攝裝置之間的垂直高度h_{拍攝-云層}；