[發明專利]一種基于激光折射原理的區域降雨均勻度測量系統及方法

在審

• 申請號: 201710094153.0
• 申請日: 2017-02-21
• 公開（公告）號: CN106770038A
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發明（設計）人: 龔家國;趙勇;王英;李海紅;王慶明;丁相毅;邵薇薇;楊朝暉
• 申請（專利權）人: 中國水利水電科學研究院
• 主分類號: G01N21/41
• 分類號: G01N21/41;G01W1/14
• 代理公司: 北京潤澤恒知識產權代理有限公司11319
• 代理人: 蘇培華

技術領域

本發明涉及人工降雨參數測定或噴灌器材參數測定技術領域，尤其涉及一種基于激光折射原理的區域降雨均勻度測量系統及方法。

背景技術

當前測量降雨均勻度的方法主要有以下幾種：一種是采用多個雨量計在指定區域內按照一定的形式布設，測定一段時間后折算降雨均勻度，如目前廣泛應用的下噴式人工降雨裝置。該種降雨測量裝置是通過多個不同流量段噴頭組合形成，可以模擬一定強度和均勻度的降雨，不同的噴頭形成的降雨區域均是圓形，但是不同高度或同一高度時圓形區域內的強度分布存在差異，因此測量結果的準確度低。另一種測量方法是采用激光雨滴譜儀對指定小區域內的雨滴分布進行測量。

針對上述兩種現有技術，存在一些弊端。第一種方式由于雨量計的布設位置是人為設定，因此整個裝置在布局時存在較大的主觀因素，而雨量計的擺布位置就對均勻度的計算有較大影響，因此，會造成測量數據不準確。不僅如此，該方法很難測定不同高度位置的降雨均勻度，僅能針對特定平面的水滴分布進行測量。同時采用此類方法時測定過程中占用試驗區場地，往往在測定完成后需要關閉降雨器，重新布設試驗區域等，增加試驗過程中的不確定性，影響試驗效率。另一種方法由于受測量原理限制，測定的區域非常小，一般只用來測定雨滴直徑的組成，難以實現較大區域內降雨均勻度的測量。

綜上所述，現有的測量降雨的均勻度的方法，由于測量設備以及測量原理等因素的影響，難以對不同平面的水滴分布進行快速、精確測量。

發明內容

本發明提供一種基于激光折射原理的區域降雨均勻度測量系統及方法，以解決現有中由于測量設備以及測量原理等因素，難以對不同平面的水滴分布進行快速、精確測量。

為了解決上述問題，本發明公開了一種基于激光折射原理的區域降雨均勻度測量系統，所述系統包括：一字激光發生器、高速同步器、圖像校正標志、數字圖像處理器以及一個攝影器；所述一字激光發生器水平對準待測區域設置，所述攝影器位于所述待測區域后方與所述一字激光發生器相對設置、且緊鄰所述待測區域；所述高速同步器分別與所述一字激光發生器和攝影器連接；所述圖像校正標志設置在所述攝影器的拍攝視場內，并且所述數字圖像處理器中記錄有各圖像校正標志之間的距離和位置坐標；所述高速同步器按照預設時間間隔，控制所述一字激光發生器發出光束，同時控制所述攝影器對所述待測區域進行圖像拍攝，所述一字激光發生器發出的光束經所述待測區域中的雨滴折射后，在所述攝影器拍攝的圖像中成像；所述攝影器拍攝預設數量組圖像，所述數字圖像處理器對所述攝影器拍攝的圖像進行分析，得到區域降雨均勻度空間分布圖。

優選地，所述一字激光發生器所發光出光束水平穿過所述待測區域，所述光束為紅光或綠光。

優選地，所述一字激光發生器與所述待測區域之間的距離，等于所述攝影器與所述待測區域之間的垂直距離。

優選地，所述數字圖像處理器包括：校正單元、非線性增強單元、光斑提取單元、疊加單元以及空間分布圖生成單元；所述校正單元對各圖像分別進行幾何校正，得到校正后的圖像；所述非線性增強單元對校正后的各圖像，進行非線性增強處理，得到增強后的圖像；所述光斑提取單元從各增強后的圖像中提取雨滴圖像對應的光斑，每個光斑對應一個點位；所述疊加單元將提取的全部光斑進行疊加，得到相同待測區域、同一點位的光斑疊加個數；所述空間分布圖生成單元依據疊加得到的相同待測區域、同一點位的光斑疊加個數，生成區域降雨均勻度空間分布圖。

優選地，所述數字圖像處理器還包括：二值化處理單元；所述二值化處理單元將增強后的圖像進行二值化處理，以供所述光斑提取單元從二值化處理后的圖像中提取雨滴圖像對應的光斑。

為了解決上述問題，本發明還公開了一種基于激光折射原理的區域降雨均勻度測量方法，所述方法包括：對一字激光發生器進行調整，使所述一字激光發生器所發出光束水平穿過待測區域；記錄各圖像校正標志之間的距離和位置坐標；進行降雨均勻度測量時，由高速同步器按照預設時間間隔控制所述一字激光發生器發出光束，同時控制攝影器對所述待測區域進行圖像拍攝，預設數量組圖像；其中，所述一字激光發生器發出的光束經所述待測區域中的雨滴折射后，在所述攝影器拍攝的圖像中成像；所述攝影器的拍攝視場內設置有圖像校正標志；通過所述數字圖像處理器對所述攝影器拍攝的圖像進行分析，得到區域降雨均勻度空間分布圖。

優選地，所述方法還包括：預設高速同步器中的時間間隔。