基于前后向光散射原理的天气现象识别系统研制
这是一篇关于天气现象,能见度,光机设计,上位机,光强比值的论文, 主要内容为天气现象识别对交通、农业、人类日常活动等具有重要意义,特别是雾霾雨雪等常见天气现象的快速识别和能见度的准确测量,在航空、公路、海运等领域有着重要作用。目前,基于光学原理的天气现象自动观测技术已获得广泛应用,但目前的天气现象识别主要依靠降水识别矩阵确定,对于雾霾等天气现象的判别信息缺失;基于人工智能的图像法,虽能识别降水和雾霾等视程障碍天气,但识别效果与图像特征选择有关,算法准确度还有待提高。基于上述问题,本文研究了不同天气类型粒子散射特性差异,设计并建立了基于前后向光散射的天气现象识别系统。具体研究工作和成果如下:(1)基于Mie散射理论,建立了前后向光散射法区分天气现象的理论模型,设计了可区分雨、雪、雾、霾的天气现象识别系统。首先基于Mie散射理论分析了不同粒径分布的气溶胶粒子散射相函数变化和不同类型粒子的前后向散射光强比值变化,根据不同相函数曲线重合程度选择40°作为系统前向散射角;由于120°与40°光强比值对粒子有较好区分,且光强比值范围较大,选择120°作为系统后向散射角。其次,根据散射角度选取,设计了天气现象识别系统光机结构。光学设计上光源以6.2°发散角准直出射,光源发光光谱、滤光片带通滤波和探测器响应在850nm左右,保证有效信号接收。机械设计上建立了满足光学设计要求的光源发射、前后向接收、主体连接结构;然后,完成了系统主要相关结构的有限元分析。对关键零部件进行静应力分析,发射端窗口进行变条件下温度分布计算,系统主体进行模态分析。有限元结果显示:零部件最大变形在41.45μm,窗口在加热片3～10W功率调节下可防止结霜现象,系统共振位置最易发生在连杆上,固有频率在65Hz左右,相关指标均满足使用要求。最后,建立了满足系统控制需求的电子学模块,实现有效信号的提取、处理和传输。(2)设计并编写了天气现象识别系统上位机软件,实现实时串口数据采集,参数曲线绘制、数据库存储等功能。采用LabView语言编写系统软件,主要功能模块包括用户注册登录、串口通信、能见度曲线绘制、数据库参数存储等。使用VISA串口完成串口通信和驱动调用,以30s的采样周期,通过前面板的人机交互界面进行温湿度、能见度、天气类型等多参数的实时显示和能见度的实时曲线绘制,可通过展开时间树并点击坐标点的形式实现历史数据的查询。采用PC机的OLEDC管理程序连接Access数据库,存储串口传输的测量数据,并使用LabView的应用程序生成器创建安装包,便于用户使用软件。(3)完成系统集成、调试与标定,结果表明10公里内的大气能见度测量误差不超过10%,可实现雾、霾、雨、雪、清洁天等天气现象的准确识别。对系统装配集成并进行电路性能测试,测量的信号波形与理论相符,系统运行正常。然后对前向接收端测量能见度的系统传递系数进行标定,前向散射信号与标准能见度仪测量的消光系数之间的线性系数R2在95%以上。由于前向散射法测量能见度存在近似假设,使用喷雾装置模拟雾霾环境来检测测量误差,与标准仪器对比显示系统在10公里内的能见度测量误差不超过10%。最后在相对稳定环境下进行外场试验,划分不同天气类型下的后向与前向散射光强比值范围,结果表明:系统在50m～15km范围大气能见度的测量性能良好,在雾、霾、雨、雪、清洁天测量的光强比值范围分别为 0.16～0.19、0.21～0.45、0.11～0.15、0.75～0.9、0.47-0.58。相对于传统的能见度仪或天气现象仪,本文所设计研制的系统可以实现更多类型的天气现象识别。
高速公路能见度WebGIS系统的设计与算法优化研究
这是一篇关于高速公路,能见度,WebGIS,RIA,REST,ArcGIS Server,实时监控的论文, 主要内容为随着社会经济的迅速发展,公路的建设规模也在逐步扩大。目前,高速公路通车总里程达到10.4万公里,居世界第一。高速公路虽然解决了交通上的问题,却极易受天气的影响,所以对高速公路的能见度系统进行设计对于人们的安全出行至关重要。目前,许多因素制约了能见度系统的建设。第一:传统的能见度仪价格昂贵,应用范围有限,难以架设;第二:现有的视频检测算法对外部条件要求过高,容易受到噪声的影响,无法保证检测的精度;第三:传统能见度WebGIS展示系统大多数采用HTML作为信息载体,交互性能差,同时,采用三层架构进行设计,服务调用协议比较庞大,增加了开发难度,再者,大部分的GIS应用不断地从C/S架构过渡到B/S架构,用户通过客户端发送请求到服务器上,经过服务器的处理返回给客户端,所有的信息处理均依赖服务器,导致服务器压力过重,最终可能出现崩溃的状态。为保障高速公路能见度的检测精度,提出了基于摄像机自标定的视频能见度检测算法。目前,大部分的高速公路安装监控摄像机,可以实现视频的网络传输。在能见度检测模型中:首先,需要通过相机自标定技术对图像中的信息进行复原,建立虚拟观测目标物;其次,采用小波变换提取目标物的边缘,去除噪声;再次,采用归一化对比度对目标物进行检测,提取对比度信息;最后,通过曲线拟合,得出能见度曲线,与正常视线观测距离进行对比,获取摄像监测路段的能见度。为解决传统WebGIS系统存在的一些弊端,需要重新对系统的架构进行设计:首选,采用当前流行的富互联网RIA技术,提供了丰富的用户体验效果,解决了跨平台、浏览器等问题;其次,采用轻量级的REST服用调用协议;再次,通过ArcGIS Server作为地图数据的发布服务器,充分利用该平台的架构优势;最后,对地图缓存技术进行改进。通过对能见度检测算法以及WebGIS系统进行设计,解决了传统能见度检测系统中存在的问题,使能见度检测系统精度以及功能上更加完善,为人们的安全出行提供了良好的建议,避免了由于能见度较低,造成视距受阻,交通事故频繁发生的问题。
高速公路能见度WebGIS系统的设计与算法优化研究
这是一篇关于高速公路,能见度,WebGIS,RIA,REST,ArcGIS Server,实时监控的论文, 主要内容为随着社会经济的迅速发展,公路的建设规模也在逐步扩大。目前,高速公路通车总里程达到10.4万公里,居世界第一。高速公路虽然解决了交通上的问题,却极易受天气的影响,所以对高速公路的能见度系统进行设计对于人们的安全出行至关重要。目前,许多因素制约了能见度系统的建设。第一:传统的能见度仪价格昂贵,应用范围有限,难以架设;第二:现有的视频检测算法对外部条件要求过高,容易受到噪声的影响,无法保证检测的精度;第三:传统能见度WebGIS展示系统大多数采用HTML作为信息载体,交互性能差,同时,采用三层架构进行设计,服务调用协议比较庞大,增加了开发难度,再者,大部分的GIS应用不断地从C/S架构过渡到B/S架构,用户通过客户端发送请求到服务器上,经过服务器的处理返回给客户端,所有的信息处理均依赖服务器,导致服务器压力过重,最终可能出现崩溃的状态。为保障高速公路能见度的检测精度,提出了基于摄像机自标定的视频能见度检测算法。目前,大部分的高速公路安装监控摄像机,可以实现视频的网络传输。在能见度检测模型中:首先,需要通过相机自标定技术对图像中的信息进行复原,建立虚拟观测目标物;其次,采用小波变换提取目标物的边缘,去除噪声;再次,采用归一化对比度对目标物进行检测,提取对比度信息;最后,通过曲线拟合,得出能见度曲线,与正常视线观测距离进行对比,获取摄像监测路段的能见度。为解决传统WebGIS系统存在的一些弊端,需要重新对系统的架构进行设计:首选,采用当前流行的富互联网RIA技术,提供了丰富的用户体验效果,解决了跨平台、浏览器等问题;其次,采用轻量级的REST服用调用协议;再次,通过ArcGIS Server作为地图数据的发布服务器,充分利用该平台的架构优势;最后,对地图缓存技术进行改进。通过对能见度检测算法以及WebGIS系统进行设计,解决了传统能见度检测系统中存在的问题,使能见度检测系统精度以及功能上更加完善,为人们的安全出行提供了良好的建议,避免了由于能见度较低,造成视距受阻,交通事故频繁发生的问题。
苏州城区1064nm激光雷达大气消光特性的研究
这是一篇关于激光雷达,大气气溶胶,消光系数,大气边界层,能见度的论文, 主要内容为文中综述了激光雷达的发展现状,以及激光雷达探测大气气溶胶消光特性的理论基础;详细介绍了一套自行研制的米散射大气激光雷达系统,并重点分析了苏州上空大气气溶胶垂直消光特性的典型探测结果。 探测结果表明:与一年中其它季节相比,苏州2004 年春季对流层中上部气溶胶的含量偏大;而在冬季,即便在3km 高度上,也会出现一个明显的干净层,表明当年冬的大气总体较为洁净。分析指出,从夏至冬,对流层底部的大气边界层高度集中在0.712km 到2.494km 之间变化,均值为1.692km。其中八月份的值最大,均值达到2.08km;而冬季其平均值仅为0.895km。 苏州城区大气水平能见度的统计结果表明:在探测的100 多天里,晴日能见度从5.0km 至32.1km 之间变化,其平均值为13.38km。秋季的晴日能见度均值达到21.823km。 此外,本文还探测并指出了三类云的消光分布特点以及云的动态变化特征。 在本文的最后,作者简要总结了全文并指出了本文的创新之处。
高速公路能见度WebGIS系统的设计与算法优化研究
这是一篇关于高速公路,能见度,WebGIS,RIA,REST,ArcGIS Server,实时监控的论文, 主要内容为随着社会经济的迅速发展,公路的建设规模也在逐步扩大。目前,高速公路通车总里程达到10.4万公里,居世界第一。高速公路虽然解决了交通上的问题,却极易受天气的影响,所以对高速公路的能见度系统进行设计对于人们的安全出行至关重要。目前,许多因素制约了能见度系统的建设。第一:传统的能见度仪价格昂贵,应用范围有限,难以架设;第二:现有的视频检测算法对外部条件要求过高,容易受到噪声的影响,无法保证检测的精度;第三:传统能见度WebGIS展示系统大多数采用HTML作为信息载体,交互性能差,同时,采用三层架构进行设计,服务调用协议比较庞大,增加了开发难度,再者,大部分的GIS应用不断地从C/S架构过渡到B/S架构,用户通过客户端发送请求到服务器上,经过服务器的处理返回给客户端,所有的信息处理均依赖服务器,导致服务器压力过重,最终可能出现崩溃的状态。为保障高速公路能见度的检测精度,提出了基于摄像机自标定的视频能见度检测算法。目前,大部分的高速公路安装监控摄像机,可以实现视频的网络传输。在能见度检测模型中:首先,需要通过相机自标定技术对图像中的信息进行复原,建立虚拟观测目标物;其次,采用小波变换提取目标物的边缘,去除噪声;再次,采用归一化对比度对目标物进行检测,提取对比度信息;最后,通过曲线拟合,得出能见度曲线,与正常视线观测距离进行对比,获取摄像监测路段的能见度。为解决传统WebGIS系统存在的一些弊端,需要重新对系统的架构进行设计:首选,采用当前流行的富互联网RIA技术,提供了丰富的用户体验效果,解决了跨平台、浏览器等问题;其次,采用轻量级的REST服用调用协议;再次,通过ArcGIS Server作为地图数据的发布服务器,充分利用该平台的架构优势;最后,对地图缓存技术进行改进。通过对能见度检测算法以及WebGIS系统进行设计,解决了传统能见度检测系统中存在的问题,使能见度检测系统精度以及功能上更加完善,为人们的安全出行提供了良好的建议,避免了由于能见度较低,造成视距受阻,交通事故频繁发生的问题。
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