Моноскопический способ определения высоты нижней границы облачности

Авторы патента:

Владельцы патента RU 2779612:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт мониторинга климатических и экологических систем Сибирского отделения Российской академии наук (RU)

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.

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.

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.

Изобретение относится к способам мониторинга окружающей среды региона, включающего источники поглощения и выделения углекислого газа. Сущность: формируют базы данных по характеристикам окружающей среды региона и правилам формализации результатов оценки состояния окружающей среды и ее изменений.

Способ определения балла общей облачности по цветным цифровым широкоугольным снимкам видимой полусферы неба на основе статистических методов обработки данных // 2777493

Изобретение относится к области метеорологии и может быть использовано для определения балла общей облачности. Сущность: цифровой фотоснимок видимой полусферы неба преобразовывают в вектор значений, называемый признаковым описанием, содержащий статистические характеристики цветовых каналов, яркости, цветового тона и насыщенности цветового тона точек изображения.

Способ предсказания и оценки максимальной энергии и длины поверхностных волн, генерируемых циклоном // 2775203

Использование: для предсказания и оценки максимальной энергии и длины поверхностных волн. Сущность изобретения заключается в том, что определяют исходные данные циклона - максимальную скорость um приводного ветра в циклоне, расстояние Rm от центра циклона до точек с максимальной скоростью приводного ветра и скорость V поступательного движения циклона, с использованием которых вычисляют для циклона в статике, при V=0, значения максимальной энергии е0mах и максимальной длины λр0mах поверхностных волн по соответствующим математическим выражениям, а затем на основании значений максимальной энергии е0mах и максимальной длины λр0mах поверхностных волн по соответствующим математическим выражениям вычисляют значения максимальной энергии еmах и максимальной длины λрmах поверхностных волн, генерируемых движущимся циклоном.

Способ определения высотного профиля показателя преломления воздуха объемной области пространства на основе анализа светового поля // 2773390

Изобретение относится к способам определения высотного профиля показателя преломления атмосферы на основе анализа изображений светового поля. Сущность: регистрируют совокупность хода лучей от объекта наблюдения, находящегося в наблюдаемой области пространства, с помощью матричного фотоприемника с расположенным перед ним массивом микролинз.

Способ определения скорости и направления ветра и устройство для измерения скорости и направления ветра // 2770563

Изобретение относится к области метеорологии и может быть использовано для оперативного дистанционного измерения скорости и направления ветра. Сущность: устройство (1) для измерения скорости и направления ветра содержит корпус (2), снабженный гибким подвесом, средство электропитания (6), контроллер (7) управления, передающее устройство (8) и акселерометр (4).

Способ определения степени загрязнения атмосферного воздуха с учетом среднегодового индекса загрязнения атмосферы по жизненности лишайников // 2768280

Изобретение относится к экологии, в частности к оценке загрязнения атмосферного воздуха по жизненности эпифитных лишайников-биоиндикаторов. Способ включает разбивку на местности не менее 10 площадок лихеноиндикации размером 25×25 м, измерение относительной жизненности лишайников на каждой площадке с помощью палетки, вычисление среднего арифметического показателя жизненности лишайников на всей контролируемой территории, статистическую обработку полученных данных.

Способ определения зон вероятного обледенения в конвективных облаках // 2766842

Изобретение относится к области метеорологии и может быть использовано для определения зон вероятного обледенения в конвективных облаках в целях обеспечения авиационной безопасности. Сущность: при проведении приземных наблюдений измеряют высоту нижней границы облачности, температуру воздуха и атмосферное давление.

Способ определения диапазона высот вероятного обледенения в облаках вертикального развития // 2766835

Изобретение относится к области метеорологии и может быть использовано для определения диапазона высот вероятного обледенения в облаках, образующихся в результате конвективных движений в атмосфере, в целях обеспечения авиационной безопасности. Сущность: при проведении приземных наблюдений измеряют температуру точки росы, температуру воздуха и атмосферное давление.

Способ определения местных климатических параметров ливневых дождей // 2759241

Изобретение относится к области метеорологии и может быть использовано для определения местных климатических параметров ливневых дождей. Сущность: устанавливают на местности один автоматический дождемер.

Способ определения основных параметров структуры воздушно-капельных образований облаков и туманов // 2758843

Изобретение относится к области метеорологии и может быть использовано для определения основных параметров структуры воздушно-капельных образований облаков и туманов. Сущность: рассчитывают метеорологическую дальность видимости, измеряют водность воздушно-капельного образования.