Моноскопический способ определения высоты нижней границы облачности Российский патент 2022 года по МПК G01W1/00 

Изобретение относится к метеорологии к способам для определения физических параметров атмосферы и позволяет получать информацию о высоте нижней границы облачности путем измерения расстояния до выбранного в качестве объекта измерения фрагмента облачности.

Известен способ определения высоты нижней границы облачности [1] принятый за прототип, заключающийся в следующем. С помощью двух фотоприемников, расположенных на земной поверхности, ориентированных в зенит и разнесенных на расстояние d друг от друга, одновременно получают два изображения с точкой интереса, расположенной на основании облака, которую можно однозначно идентифицировать на изображениях, определяют по изображениям зенитные θ₁ и θ₂ и азимутальные ϕ₁ и ϕ₂ углы точки интереса и определяют высоту нижней границы облачности по формуле

.

Недостатком такого способа является использование двух фотоприемников, разнесенных на расстояние d, зависящее от требуемой точности измерения, что существенно усложняет процесс измерения высоты нижней границы облачности и делает неудобным эксплуатацию используемого оборудования.

Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является использование для измерения высоты нижней границы облачности только одного фотоприемника. Технический результат - упрощение процесса измерения высоты нижней границы облачности и повышение удобства эксплуатации используемого оборудования.

Указанный технический результат достигается тем, что с помощью фотоприемников, расположенных на земной поверхности и ориентированных в зенит, получают изображения с точкой интереса, расположенной на основании облака, которую можно однозначно идентифицировать на изображениях. В отличие от известного, в предлагаемом способе с помощью одного фотоприемника через определенные промежутки времени получают изображения с точкой интереса, расположенной на основании равномерно движущегося облака, определяют по изображениям линейные y₁' и y₂' и угловые α₁ и α₂ размеры видимого смещения точки интереса, зенитные углы линий визирования β₁ и β₂ точки интереса и зенитный угол δ видимого смещения точки интереса, после чего определяют высоту нижней границы облачности по формуле

где фокусное расстояние оптической системы фотоприемника,

- коэффициент отношения линейных размеров видимого смещения точки интереса,

- коэффициент отношения косинусов углов наблюдения точки интереса.

Сравнение заявляемого способа с прототипом позволило установить соответствие их условию "новизна". При сравнении заявляемого способа с другими известными техническими решениями не выявлены сходные признаки, что позволяет сделать вывод о соответствии условию "изобретательский уровень".

Сущность изобретения заключается в следующем. Пусть два предмета АВ и CD одинакового размера у расположены на одной линии с точкой Z и на одном расстоянии α от плоскости наблюдения (параллельны ей) с соответствующими углами отклонения β₁ и β₂ от перпендикуляра HZ из точки наблюдения H, лежащей на плоскости наблюдения (Фиг. 1).

При этом предмет АВ будет иметь видимый угловой размер α₁, что эквивалентно наблюдению предмета АВ₁ размером y_1, перпендикулярного линии визирования НА и находящегося на расстоянии α₁ от точки наблюдения Н, а предмет CD будет иметь видимый угловой размер α₂, что эквивалентно наблюдению предмета CD₁ размером γ₂, перпендикулярного линии визирования НС и находящегося на расстоянии α₂ от точки наблюдения Н. Для треугольников АВВ₁ и CDD₁ по теореме синусов имеем

Кроме того, для треугольников HZA и HZC имеем

Совместим линии визирования НА и НС с перпендикуляром HZ и положим, что плоскость наблюдения является главной плоскостью оптической системы с фокусным расстоянием а предметы АВ₁ и CD₁ размерами y₁ и y₂ находятся в пространстве предметов на расстоянии соответственно α₁ и α₂ от главной точки оптической системы Н. Тогда в пространстве изображений будут сформированы изображения и размерами y₁' и y₂' (Фиг. 2).

Используя законы геометрической оптики в части зависимости между положением и размером предмета и его изображением [2], можно записать

Прировняв (1) и (3) соответственно по y₁ и y₂ и выразив y, получаем

Приравняв уравнения (4) по у и учитывая (2), получаем

откуда расстояние от главной точки оптической системы И до точки Z определяется как

Способ поясняется примерами.

Пример 1. Для определения высоты нижней границы облачности по панорамным изображениям всего небосвода, с помощью цветной телевизионной камеры МВК-1653ц (БайтЭрг, Россия) через равные промежутки времени получаем три изображения с одной точкой интереса, расположенной на основании равномерно движущегося облака (Фиг. 3), видимое смещение которой образует изображения и с общей точкой размерами y₁' и y₂' (Фиг. 4). Определив углы α₁, α₂, β₁, и β₂ по (6) определяем расстояние α, а высоту нижней границы облачности определяем как

где δ - зенитный угол видимого смещения точки интереса.

Пример 2. Для определения высоты нижней границы облачности по панорамным изображениям всего небосвода, с помощью цветной телевизионной камеры МВК-1653ц (БайтЭрг, Россия) через равные промежутки времени получаем два изображения с двумя точками интереса, расположенными на основании равномерно движущегося облака (Фиг. 5) и образующими собой изображения и размерами y₁' и y₂' одного и того же протяженного объекта. Определив углы α₁, α₂, β₁, β₂ и δ по (6) и (7) рассчитываем высоту нижней границы облачности h.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет получать информацию о высоте нижней границы облачности как о расстоянии от плоскости наблюдения до точек интереса, расположенных на основании равномерно движущегося облака. Преимущество изобретения состоит в том, что процесс измерения высоты нижней границы облачности упрощается за счет использования только одного фотоприемника и повышается удобство эксплуатации используемого оборудования.

Использованные источники

1. Allmen М., Kegelmeyer W. The computation of cloud-base height from paired whole-sky imaging cameras. Journal of Atmospheric and Oceanic Technology (1996) 13(1)97-113.

DOI:10.1175/1520-0426(1996)013<0097:TCOCBH>2.0.CO;2.

2. Заказное H. П. Прикладная геометрическая оптика. M.: Машиностроение, 1984. - 184 с.

Изобретение относится к области метеорологии и может быть использовано для определения высоты нижней границы облачности. Сущность: с помощью фотоприемника, расположенного на земной поверхности и ориентированного в зенит, получают три изображения с одной точкой интереса. Причем указанная точка интереса расположена на основании равномерно движущегося облака и ее можно однозначно идентифицировать на изображениях. По полученным изображениям определяют линейные и угловые размеры видимого смещения точки интереса, зенитные углы линий визирования точки интереса и зенитный угол видимого смещения точки интереса. По определенным параметрам рассчитывают высоту нижней границы облачности. Технический результат: упрощение определения высоты нижней границы облачности. 5 ил., 2 пр.

Моноскопический способ определения высоты нижней границы облачности, позволяющий с помощью фотоприемника, расположенного на земной поверхности и ориентированного в зенит, получать изображения с точкой интереса, расположенной на основании облака, которую можно однозначно идентифицировать на изображениях, отличающийся тем, что через определенные промежутки времени получают три изображения с одной точкой интереса, расположенной на основании равномерно движущегося облака, определяют по изображениям линейные y₁' и y₂' и угловые α₁ и α₂ размеры видимого смещения точки интереса, зенитные углы линий визирования β₁ и β₂ точки интереса и зенитный угол δ видимого смещения точки интереса, после чего определяют высоту нижней границы облачности по формуле

где - фокусное расстояние оптической системы фотоприемника,

- коэффициент отношения линейных размеров видимого смещения точки интереса,

- коэффициент отношения косинусов углов наблюдения точки интереса.