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影响交通能见度监测技术研究进展 |
发布时间:2014-10-06 |
目前,我国气象部门在进行地面气象观测业务工作中,能见度的观测一直是采用人工观测——“目测法”。从幵展交通气象科研、业务、服务的角度 来看,这些气象观测站点分布密度小,两个观测站相距几十甚至上百千米, 每天最多观测时次,在过去能见度的髙低与人们生产生活的关系并不密切,大多数气象观测站每天只观测4次或3次,所以无论从空间尺度和时间尺度,以往的能见度观测资料都远远不能满足现代交通气象专业服务的实际需要。近几年来在我国气象观测业务体系中,迅速发展的中尺度自动气象观测站和加密气象观测站,在采集的气象要素设置上都没有考虑到交通气象十分关注的能见度。由于军事、交通等领域的特殊需要,特别是以髙速公路为代表的现代交通发展对气象保障服务提出了许多新的更高的需求,能见度自动化监测技术和能见度监测传感器研制进展很快并已趋成熟。 交通气象灾害监测中,在没有特别说明的情况下,能见度的监测就是指采用“器测法”来探测能见度。但目测能见度在实际工作中仍用来作为器测的补充和对比检验或验证发现器测能见度偏差的重要途径。 早在20世纪40年代就有人采用“照相法”来测量能见度,其基本思路是采用照相机拍摄黑色目标物,然后设法从图片求得目标物与背景的相对亮度比,并以此来推算能见度值。但由于当时从拍照、冲洗照片到测定目标物与背景物的亮度对比全是手工操作,不仅操作烦琐、耗费时间,而且难以实现真正定量化,故这种方法并未能付诸实际运用。但是,随着现代基于摄像技术的设备在交通、军事等领域的广泛应用,采用“照相法”来测量能见度再一次成为当今研究能见度探测技术的热点或方向之一。50年代中期, 国际上出现了 “透射型”能见度仪,其原理是基于光的透射率确定大气能见距离。但透射型能见度仪体积大,基线较长,安置复杂,价格昂贵,仅被一些重要机场所采用,难以在髙速公路和气象观测等部门中普及。60年代诞生了 “散射型”能见度仪,其原理是根据空气中的粒子对光的散射特性确定能见距离。这种仪器成本较低,安装方便,弥补了前者的不足,在此后的发展中得到了进一步的研究和应用。 世界上许多国家由于公路、航去、军事和生活等方面的需求,都在对大气能见度观测仪进行实验研究,并已取得相当大的进展,如日本在20世纪70 年代对森林烟雾进行监测,欧美一些国家也都相继在机场跑道、公路、港口设置了雾的监测仪器。为适应日益发展的髙速公路上能见度的观测,美国、 芬兰、日本、德国、荷兰、法国、英国等国厂商已生产了很多种能见度观测仪,如芬兰Vaisala公司的FD12P、美国的Model 8364 visibility Sensor、德国SICK AG公司的Visic等。能见度仪在美国、日本、欧洲等国高速公路的管理上已成为不可缺少的设备,并得到世界气象组织的高度重视。 我国自20世纪60年代中期开始器测能见度的探索研究,主要有以下几个方面: (1)应用激光雷达技术探测能见度。吕达仁等利用红宝石激光雷达在北京地区测量了水平方向大气平均衰减系数,并与目测能见度做了比较。赵燕曾等又利用激光雷达尝试了斜视能见度的测量。 (2)利用CCD摄像方法来测量能见度。CCD电荷耦合器件图傢传感器,是用一种高感光度的半导体材料制成,它能把光线转变成电荷,通过模数转换器芯片转换成数字信号,并借助计算机的处理手段形成电子图像.CCD由许多感光单元组成,通常以百万像素为单位。当CCD表面受到光线照射时,每个感光单元会将电荷反映在组件上,所有的感光单元产生的信号加在一起就构成了一幅完整的画面。采用摄像法获得的图像就像是人们用眼睛去观测能见度时看到的景像,因此,也就很自然地使人们想到要从电子图像中去解析出能见度值。 20世纪90年代,北京市气象局与中国科技大学合作,利用CCD摄像方法来测量能见度,它是根据能见度定义模拟人眼观测能见度的原理,实现对白天、夜间及昼夜交替时段的能见度的探测。 2005年由江苏智远交通科技有限公司、解放军理工大学气象学院等单位完成“小量程能见度远程测量仪研究”,诙项目利用摄像技术,采用多靶物组合获取图像,并设计了白天和夜间两种靶物,建立了从靶物数字图像中反演水平能见度的物理模式,实现了白天和夜间近地面水平低能见度的准确反演,并研制了小量程能见度远程测量仪原理样机。对比试验结果表明,该仪器对2km以内的能见度测量结果和实际能见度基本一致。 利用CCD摄像方法来探测能见度看起来是一件简单易于实现的事情。但是,在利用现有的科技手段去实施过程中仍存在很多问题,所以大多处于项目研究阶段。至少到目前为止,还没有一个成熟的、具有推广应用价值的基于CCD摄像法来探测能见度的产品问世。 (3) “散射型”能见度仪是目前我国研究最多的能见度探测设备,已有多个部门或单位的系列化产品问世,如长春气象仪器研究所研制的前向散射型能见度仪;洛阳卓航测控设备有限公司(现为洛阳凯迈测控有限公司)研制的系列前向散射能见度仪;中国气象科学研究院大气探测所和南京气象学院(现为南京信息工程大学)共同研制的WT系列前向散射能见度仪。 2006年由江苏省气象科学研究所(南京交通气象研究所)承担并完成的沪宁高速公路江苏段气象监测系统,共安装了 26套自主研制的AMW气象监测站,每套监测站都配置了一台定制改良的WT-2型能见度仪,取得了很好的应用效果。 |