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摘要：本文探讨了目前较为成熟的机场能见度的探测设备前向散射仪、大气透射仪，探讨了这两种设备之间的差别，同时给出了基于机器视觉的能见度自动观测系统。同时本文对目前几种能见度观测的技术方案进行了适用性分析。

关键字：机场;气象;能见度

一、前言

机场能见度指的是观测人员在正常视力情况下，在白天，以天空作背景，能看到和辨认出在地面附近一个大小适度的黑色目标物的最大距离;在夜间，则为能看到和识别中等强度的灯光的最大距离。能够实现能见度自动观测的系统有前向散射仪、大气透射仪。

二、前向散射仪

（1）技术性能

能见度传感器均通过科学有效的校准链进行校准。校准装置的散射响应可以清晰地追溯到作为基准的能见度传感器，此传感器与基准大气透射仪和其它仪器一同在户外试验场内保持不间断运行。

（2）维护要求

传感器采用了一项融合测量和补偿窗口污染量的新技术，该技术确保在窗口清洁维护间隔期间仍能获得优异的测量精度。与以前的跑道视程能见度传感器相比，它的窗口清洁时间间隔更长。此独特系统是通过监测窗口表面的总体反射率来工作的，能够自动补偿因窗口变污而导致的能见度测量误差。

其成熟的自我诊断和模块化设计使得检修工作耗时很短。由于其能见度测量支臂和背景亮度计均为独立装置，所以可以用预先校准的配件进行快速更换。

（3）恶劣天气下的运行情况

前向散射仪的设计特点确保了它在最严酷的天气条件下也能可靠运转。首先是其窗口污染补偿技术，其次是光学镜头的“向下”设计（可保护光学镜头不受风尘影响，即使是水平方向的风尘）。第三个特点是大功率加热器，每个加热器均配备独立的温度监视和控制机制，能在大雪天气下防止积雪堆积。最后一个特点是，它配备了光路清洁监测电路，可以用来验证测量是否受到光路上障碍物的影响。

三、大气透射仪

大气透射仪精确可靠地确定跑道视程（RVR）减少了机场关闭时间，提高了运行安全性。大气透射仪可以不间断地提供能见度数据，将维护要求降至最低。

（1）测量范围

大气透射仪精确可靠地自动测量RVR。气象光学范围（MOR）从10米到10000米，覆盖了整个RVR范围（CATI...CATIIIb）的需要和航空能见度（ICAO定义能见度）的范围要求。LT31的精度符合TCAO和WMO的要求。单基线系统即可满足整个测量范围，使整个测量方便经济。

（2）白色LED提供宽谱光源

大气透射仪采用白色LED作为光源，白光在透射测量中可以提供最佳精度。世界气象组织建议大气透射仪使用宽谱（白色）光源，因为窄谱光源（如激光或有色LED）会在某些天气现象下产生测量误差。

（3）集成前散射仪进行自动校准

大气透射仪的校准传统上是依靠人工观测，可靠精确的校准需要非常好的能见度条件以及熟练的技术人员。大气透射仪自动校准是基于一个集成在内在的前散射传感器，系统可以自动检测校准漂移并相应调节传感器设置。气象条件不需要象人工校准那样好，大气透射仪自动识别合适的条件。

（4）自动校直

对中偏移是导致透射率测量有误的主要原因之一。对中的检查和调整还需要由具有专业能力且受过培训的人员来完成。为保证测量精度，大气透射仪进行自动最优化校直。随后无需人工进行。自动最优化校直质量。在恶劣天气条件下的校直质量由双杆结构保证。外层管作为防风和防辐射罩，内层支撑结构不受热和几械外力。

（5）降低污染

一般来说，降水导致窗口污染增加。大气透射仪带有长而窄的天气防护罩，可以降低降水造成的窗口污染。对于风造成的溅雨或灰尘，仪器配有强力风机。风机在仪器窗口前形成气帘，这种特殊设计的气帘不会影响测量路径，不会造成测量误差。

（6）自动窗口污染补偿

窗口污染是大气透射仪误差的重要原因之一。要保持高精度需要经常的清洁，但如果可以精确测量窗口透光率则污染的影响可以自动补偿。大气透射仪以最精确的方式进行补偿：通过直接测量窗口玻璃的透光率。

（7）自动诊断功能

大气透射仪具有一种高级的自我诊断功能，提供所有功能单元的详细状态信息。此外，这种功能还有助于定位潜在技术故障。它将记录仪器的重要工作情况、警告和告警等历史信息。

（8）内置备份电池

大气透射仪可以配置内部备份电池。这项功能可以在短时间断电期间扔保持稳定的数据提供，例如启动备份供电时。

（9）现时天气现象报告

可以选择从RVR站点报告现时天气现象，这样可以给出整个机场区域的天气状况。多点天气现象观测即可容易地监控天气前锋的到达和局地降水的存在。内置天气现象传感器为METAR和当地气象报提供隆水类型和强度信息。

（10）背景亮度传感器

作为选项的背景亮度传感器传感器提供了为RVR计算测量环境光或背景亮度的手段。背景亮度传感器用于测量跑道指示灯或跑道标志所处的背景环境。

四、机器视觉能见度自动观测系统

（1）系统简介

机器视觉能见度自动观测系统是固定安装在机场，用来自动观测能见度信息的系统。系统能够模拟人眼进行能见度信息的观测，同时不需要人工干预，可自动地进行全天候能见度亚实时观测。系统可作为人工能见度观测和传统仪器能见度观测的补充和部分替代手段，可靠稳定性强、自动化智能化程度高。

系统的主要原理是根据预建立的能见度和图像参数之间的关系，通过机器学习训练获得学习模型，通过学习模型和机场图像输入进行能见度反演，同时根据需要，还可迭代优化以提高对环境的适应性。

（2）性能指标

1）观测时间：全时;

2）能见度观测误差：≤10%（目标物分布满足要求时）;

3）观测周期：5～10分钟（受目标物数量影响，可动态调整）;

4）观测方式：全自动亚实时连续观测，无需人工干预;

5）观测方位范围：水平360度（方位数可以根据需要定制）;

6）观测距离：50～10000米（受最远和最近目标物距离约束）。

（3）配套设备要求

摄像设备的应用编程接口应支持标准协议（ONVIF、PSIA、CGI）、支持海康SDK接入、支持GB/T28181协议。摄像设备能够在本系统的控制下，进行云台方位调整、改变焦距、设置预置点、视频流截取等操作。

参考文献

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