基于单帧双脉冲成像的降水微物理特征测量仪

为了实现对降水粒子尺度、形状、速度等微物理特征的同步测量,提出了一种基于单帧双脉冲成像的降水粒子测量方法,并搭建了降水微物理特征测量仪样机,该样机由脉冲光源、面阵图像传感器、以数字信号处理(DSP)芯片为核心的采集与控制单元、数据处理单元组成。然后研究了利用点扩散函数进行图像复原的方法,以及利用曝光参数进行粒子捕获概率修正的方法,并利用定标小球进行了检验。最后使用该仪器在南京地区进行了降雨外场实验,并与OTT雨滴谱仪进行对比。实验结果表明:仪器可以同步测量雨滴的形状、轴比、速度与尺度等微物理特征,与经验模型具有良好的一致性;与OTT雨滴谱仪的雨滴谱分布和降雨强度有很好的一致性,二者测量降雨强度的标准偏差为1.57mm/h,相关系数达到96%。该仪器对降水微物理特征具有更好的测量效果,可以在野外长期无人值守运行,在大气物理研究、数值天气预报模式、水文学研究等领域有着广阔的应用前景。     

强降雨条件下高速列车气动特性分析

基于标准κ-ε双方程湍流模型和拉格朗日离散相模型,研究强降雨条件下列车前端计算区域长度的取值。在此基础上,分析不同车速、不同降雨强度下的高速列车气动特性,并与无雨条件下的计算结果进行比较。研究表明,列车前端计算区域长度应达到雨滴运动水平距离的1.5倍。降雨强度增加,列车周围雨滴浓度整体上增大。雨滴越靠近尾车,浓度越大。车速越大,雨滴飞溅程度越大,飞溅的距离越远。在强降雨条件下,列车的整车阻力、头车阻力、中车阻力均随降雨强度和车速的增加逐渐增大;尾车阻力随降雨强度增加而减小,随车速增加而增大。气动阻力变化的百分比随着降雨强度的增加而增大,随着车速的增加而减小。     

强风雨环境下高速列车空气动力学性能研究

为研究强风雨环境对高速列车空气动力学性能的影响,利用Lagrangian discrete phase model模拟雨滴在空气中的运动,并考虑空气与雨滴之间的相互作用,采用相间耦合方法实现强风雨环境模拟。通过开展强风环境下高速列车空气动力学计算及重力作用下的雨滴降落计算,验证计算模型的准确性。在此基础上,开展不同侧偏角、不同降雨强度条件下的高速列车风-雨两相流计算,研究强风雨环境下高速列车的流场特性及气动载荷特性。计算结果表明:当侧偏角相同时,随着降雨强度的增加,受雨滴撞击的影响,头车迎风侧的正压有所增大,头车背风侧的负压有所增大,列车横向气动性能恶化。强风雨环境下,气动载荷系数随着侧偏角和降雨强度的增加而增大,且近似与降雨强度成线性关系。当侧偏角相同时,气动载荷系数增加百分比随着降雨强度的增加而增大;当降雨强度相同时,气动载荷系数增加百分比随着侧偏角的增加而减小。强风雨环境下,高速列车气动载荷系数可以近似拟合为关于侧偏角和降雨强度的二次多项式,且降雨强度的二次项可以忽略不计。     

降水现象仪测量结果的不确定度评定方法

文章根据降水现象仪计量检测实验室的雨滴谱式降水现象仪检测实例,介绍了降水现象仪雨滴谱检测结果的测量不确定度评定方法。首先,说明了降水现象仪雨滴谱测量检测系统组成和技术指标;其次,建立降水现象仪雨滴谱测量结果的检测模型,分析了各测量不确定度来源;最后,对测量不确定度分量进行了评定。研究结果表明:降水现象仪检测结果的不确定度来源主要包括被测设备和检测标准器引入的标准不确定度。     

基于ARM架构的汽车雨刷系统的设计

针对目前汽车雨刷器市场的现状，提出基于红外雨滴传感器的汽车雨刷器控制系统的设计思路，阐述了汽车雨滴传感器的组成和工作原理，在此基础上给出了基于ARM架构的智能雨刷系统的硬件结构和软件架构，并给出了相应的实验数据和结论。实验结果表明，该智能雨刷系统性能稳定，可靠性高，实时性强，具有推广和应用价值。     

红外光电式雨感器

红外光电式雨感器华南环境科学研究所朱全志一、引言红外光电式雨感器（简称雨感器）的功能是检测有无降雨过程发生和降雨过程中雨滴状况的专用仪器。它是利用雨滴对红外光的散射性质，通过光电转换来实现的，具有检测速度快、灵敏度高和误差小等优点。在气象和水文观测仪...     

基于机器视觉的降雨量液位测量系统研究

液位检测在生产中有着广泛的需求,传统液位测量方式存在安装空间要求高、智能化程度低、标定繁琐等问题。基于机器视觉原理,提出了一种降雨量液位测量系统。采用CCD相机采集降雨量液位图像,通过计算机图像处理,实现了标定圆定位以及液位测量。该系统采用分段圆点对测量系统进行快速简易标定,并采用多分段插值法实现降雨量液位高度的精确测量。实验结果证实:所研究的降雨量液位测量系统具有安装标定方便、稳定性好等优点。     

基于形态学重建和GMM的球团颗粒图像分割

机器视觉技术的发展为颗粒粒径的自动测量提供了一种有效方法,但是,重叠颗粒的图像分割问题仍有待进一步解决。针对这一问题,提出一种基于形态学重建和高斯混合模型的球团颗粒图像分割算法。首先利用似圆度将单独颗粒和重叠颗粒进行区分;根据重叠颗粒图像距离变换特征建立了高斯混合模型;为实现无监督的聚类,采用形态学重建结合聚类有效性指标的方法获得最佳聚类数目,并利用期望极大(EM)算法进行求解;最后采用圆拟合的方法对缺失的球团颗粒轮廓进行重构,实现了对重叠球团颗粒的分割。实验结果表明,该算法能够有效地对重叠颗粒进行分割,分割正确率评价指标AC为93.6%,明显优于现有的对比算法,为基于机器视觉的球团颗粒粒径分布测量奠定了基础。     

线阵光学降水现象自动测量系统

采用平行光成像的方式,研制了基于线阵图像传感器的降水现象自动测量系统,用于揭示大气降水物理特征及本质。首先,根据降水粒子微物理特征和降水现象业务观测的需求,设计了光学系统及高速线阵图像数据采集处理平台。然后,针对降水观测系统连续运行条件下线阵实时采集数据量大、不便于传输及处理的特点,利用现场可编程门阵列(FPGA)芯片实现片内线阵数据实时二值化处理及编码传输。为消除平行光源性能漂移及传感器光强响应非均匀性等对成像阈值设置的影响,保证长期运行测量精度和一致性,设计了基于微处理器软核MicroBlaze的自适应阈值设置方案。在室内定标实验的基础上,与翻斗雨量计进行初步观测对比试验。实验室定标结果表明,系统最小分辨率优于0.1mm,实际同步观测累加降水量误差在15%左右,两者变化趋势大致相同,有较好的线性相关性。提出的系统满足降水现象自动测量对稳定可靠、自动化、精细化的要求。     

角散射低质量浓度烟尘在线测量系统设计

针对燃煤电厂低质量浓度烟尘排放在线监测问题,研究了燃煤电厂排放烟尘粒径特征,通过对该粒径颗粒的散射进行仿真计算,设计了基于角散射原理的低质量浓度烟尘在线测量系统。利用该系统对低质量浓度烟尘进行了测量,实验验证了低质量浓度下角散射光强度与烟尘质量浓度成正比,同时拟合得到了角散射光强与烟尘质量浓度成线性关系,拟合因子R2为0.972,这为后续燃煤电厂排放监测应用提供了参考。     

强风雨环境下高速列车运行安全特性

为确保高速列车在强风雨环境下安全运行,结合EULER-LAGRANGE方法和计算多体动力学方法,系统地研究风雨环境下高速列车的气动特性及运行安全特性。基于非球形雨滴,建立高速列车空气动力学计算模型,并验证计算模型的准确性,进而计算强风雨环境下作用于高速列车的气动载荷。建立高速列车车辆系统动力学模型,计算强风雨载荷作用下的高速列车运行安全特性。研究结果表明,在不同风速下,高速列车的侧力、升力、侧滚力矩及摇头力矩均随降雨强度的增加而增大,且与降雨强度近似成线性关系,对于点头力矩,当风速较小时,点头力矩随降雨强度的增加而增大,而当风速较大时,点头力矩随降雨强度的增加而减小。与单纯的强风环境相比,降雨使得高速列车的运行安全特性进一步恶化,在不同风速下,高速列车脱轨系数、轮重减载率、倾覆系数及轮轴横向力均随降雨强度的增加而增大,特别是当风速接近于临界风速时,降雨对高速列车运行安全特性的影响显著。当降雨强度为500 mm/h时,由不同运行安全指标确定的高速列车安全运行的临界风速降低2.3~4.2 m/s。研究结果可为高速列车在风雨环境下的安全限速提供参考。     

基于单片机的雨量检测系统设计

针对洪涝灾害问题,开展雨量自动检测系统设计,避免洪水对人们造成生命财产的损失.以STM３２F１０３ 型低功耗单片机为核心,利用 FC-３７ 雨滴传感器、 NRF２４L０１ 无线收发模块以及 OLED 显示屏等实现雨量无线检测.该系统分为主机和从机 ２ 个控制部分,从机主要包括雨量检测模块和 OLED 显示模块,通过无线模块将采集到的数据发送到主机;主机一方面检测自身环境下的雨量信息,另一方面由无线模块接收从机雨量信息并发送给 OLED 显示屏显示出来.结合电路原理图进行硬件设计,测试结果表明,该设计实现了主机和从机对雨量的实时检测功能.     

安徽大别山2008年雨雪冰冻灾害地面降水粒子谱分析

本文对2008年雨雪冰冻灾害期间在安徽潜山测得的降水粒子谱数据进行了分析,计算了各个时刻的雨强、雨滴谱以及4次过程的平均雨滴谱,并对平均雨滴谱进行了M-P分布和Gamma分布拟合。结果表明：4次降水过程降水强度并不均匀,最大雨强出现在第二次过程中,第4次过程的雨强总体上要比前3次要小;雨强较小时,滴谱粒子浓度较小,且谱线更为倾斜,雨强较大时,谱线明显向大滴端伸展。雨强的增大主要是由于出现较大粒子,平均直径增大而引起的;出现降雪时雨滴谱谱线会发生明显变化,谱线的中后段出现很大转折,变得更趋近于水平;用Gamma分布来拟合这4次过程的平均雨滴谱效果较好,能体现出平均雨滴谱中部弯曲的情况。     

一种融合雨滴检测算法的混合高斯模型

介绍了一种融合了雨滴检测算法的混合高斯模型,针对雨天气候下的场景,对雨中运动目标的检测有较好的准确性.首先建立自适应混合高斯模型,然后结合混合高斯模型参数对雨天视频图像进行雨滴检测,并恢复得到一张较贴近无雨状态的图像,再用混合高斯模型对运动目标进行检测,最终得到一个贴近真实目标的检测区域,并对混合高斯模型参数进行自适应更新.     

湘中地区降水天气现象仪液态降水数据分析

文章对DSG1降水天气现象仪结构和工作原理进行了分析,并针对湖南中部地区3个台站2018-01-01~2018-12-31的平行观测期间雨量数据进行比较和分析,发现在弱降水的情况下,误差较大。并具体分析了1次降水过程的雨滴谱形态,同时对比了雨量传感器的数据。     

两次大暴雨过程天气形势与物理量场对比分析

使用常规天气图、NCEP1×1°的再分析资料,针对2010年5月13日和5月21日江西2次大暴雨天气过程,从天气形势场、影响系统和物理量场等方面进行对比分析,结果表明：2次暴雨天气过程具有相似的基本特征,其共同点是高纬度冷空气以短波槽形式频繁南下,提供了暴雨发生的环境背景条件;低涡切变东移和辐合区的持续存在是提供动力抬升的有利条件;西南急流和中低层强大的水汽通量以及水汽通量辐合中心建立,提供了有利的水汽条件;2次暴雨的不同点是在暴雨发展过程中,低涡切变等影响系统的位置、螺旋度的强度以及其它物理量,决定着暴雨的降水强度;5月13日大暴雨过程中各项物理量指标均比5月21日大暴雨过程强而典型,但降水量却小于5月21日,表明锋前暖区中强对流性降水是产生大暴雨的重要条件。     

基于残差块网络的图像去雨算法

为了从有雨图像中恢复图像质量,提出了一种基于残差块网络的海面图像去雨算法。该算法将两种类型的残差块网络相结合,用于提取有雨图像的深层次信息。在训练过程中,学习有雨图像与原图之间的残差,使算法操作的图像目标值域缩小,稀疏性增强。在训练数据集方面,我们采用室外雨天图像数据集和两种加雨算法进行模拟的海面雨天图像数据集,以此扩充训练样本。测试集图像我们选择3种不同类型的雨天场景图像,雨水的类型包括雨线和雨滴。实验结果表明了本文的去雨算法能够适用于不同的雨天场景,去雨处理后图像信噪比评价指标均在35以上,结构相似度均在0.97以上,总体上提升了图像的清晰度。     

称重式雨量计几种不同滤波方法的效果对比分析

称重式雨量传感器通过雨水的重量变化计算雨量值.文章在对双流县2012-07-02降雨过程的称重式雨量计数据进行处理时,通过指数平滑法、小波滤波法等几种不同的滤波算法消除随机误差和系统噪声,最后与自动气象站翻斗式雨量数据进行对比,结果表明小波算法和指数平滑法可以有效的滤除噪声且与自动站测量的误差最小.     

基于显微视觉的亚像素压电陶瓷驱动特性测量

为了得到纳米操作压电陶瓷驱动器高精度的驱动特性,提出一种基于显微视觉的亚像素位移测量方法。本文采用Harris角点初始定位,对标准的栅格图像序列进行角点匹配,获得模板匹配的初始区域。并提出了二元拉格朗日插值与二元非线性Newton-Raphson迭代算法的亚像素位移测量方法,能够在保证良好测量精度的同时有效地减少亚像素匹配中耗时的相关计算。最后使用改进的亚像素图像块匹配方法对实际的压电陶瓷驱动器的驱动特性进行了测量,并与真实结果和理论模型描述结果进行了对比。实验结果表明,该算法位移测量精度高、稳定性好,得到的压电陶瓷驱动特性曲线符合物理分析结果,能够满足高精度的微纳米测量要求。