CN105527663A - 机场气象观测视频辅助系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机场气象观测视频辅助系统，主要解决了现有技术中，气象观测限制多、人工工作量大等问题。该机场气象观测视频辅助系统包括：数据输入及控制单元，采集前端摄像机输出的视频数据、机场气象信息数据和控制前端摄像机运动；数据处理单元，用于将数据输入及控制单元所采集数据进行存储、分析后输出；用户单元，接收数据处理单元输出数据进行画面显示和用户操作控制信号；其中，前端摄像机为云台摄像机，数量至少为两台，靠近机场跑道设置，且至少设置在跑道起降端。本发明在跑道附近设置高清云台摄像机，同时结合机场的自动气象观测系统输出数据和机场气象情报，对采集到的数据进行分析处理，有效地解决了将传统机场气象观测所存在的问题。

Description

机场气象观测视频辅助系统

技术领域

本发明涉及机场气象观测技术领域，尤其是涉及一种机场气象观测视频辅助系统。

背景技术

随着我国经济的飞速发展，航空运输事业也得到了迅猛发展，航空需求持续旺盛，全国各地新建和扩建的机场如雨后春笋。航空公司越来越多，各种型号的现代化飞机不断投入营运。随之而来的，对机场气象服务提出了更高、更严的要求。全面、准确、智能化已是航空气象服务未来的发展趋势。

在当前环境下，机场气象观测面临以下问题：

1、机场现有地面气象观测设备主要观测要素包括温度、湿度、气压、风向、风速、雨量、能见度和云高。而根据规章要求，对机场运行影响较大的能见度和云高的自动观测数据仅能作为参考。

2、现有机场气象地面观测设备所观测的能见度和云高数据仅为点数据，无法表征整个机场范围内的气象条件，因此，在实际运行中只能通过人工的方式，在室外观测场肉眼观测，再结合设备观测数据，对气象条件进行判断。

3、机场室外气象观测平台既要求空旷的观测环境和良好的观测视线，又要求具有邻近气象台的便捷性，而在实际机场环境中，这两方面通常无法兼顾，因此，对气象观测效果造成了一定影响。

4、受跑道净空的要求，机场气象台和观测平台通常距离跑道较远，尤其对于最为重要的跑道两端，直线距离甚至达到1到2公里。在天气条件不佳的情况下，机场能够达到运行要求，但观测平台根本无法观测跑道上的气象条件，这严重影响了机场运行的安全。

发明内容

本发明的目的在于克服上述缺陷，提供一种利于机场气象观测且实现方便的机场气象观测视频辅助系统。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种机场气象观测视频辅助系统，包括：

数据输入及控制单元，采集前端摄像机输出的视频数据、机场的自动气象观测系统的输出数据、机场气象情报，并根据气象观测规则控制前端摄像机运动；

数据处理单元，用于将数据输入及控制单元所采集数据进行存储、分析后输出；

用户单元，接收数据处理单元输出数据进行画面显示和用户操作控制信号；

其中，前端摄像机为云台摄像机，数量至少为两台，靠近机场跑道设置，且至少设置在跑道起降端。

所述数据输入及控制单元包括：

气象信息采集模块，采集机场的自动气象观测系统的输出数据和机场气象情报数据；

视频数据采集模块，采集云台摄像机拍摄的图像数据；

云台控制模块，负责控制云台摄像机运动。

所述数据处理单元包括：

图像存储与处理模块，负责将视频数据存储至本地存储空间并将图像数据上传；

扫描预置点模块，负责前端摄像机监控点的预设和控制；

业务分析辅助模块，接收图像存储与图像数据，并对其进行基础分析处理；负责处理并分析机场例行天气报告和机场预报；负责进行气象观测视频的采集、分析和整合。

所述用户单元包括：

画面显示模块，负责将视频或图像信息显示在屏幕上；

用户控制模块，接收用户控制指令。

一种机场气象观测视频辅助装置，包括：

云台摄像机，数量至少为两台，靠近机场跑道设置，且至少设置在跑道起降端；

视频服务器，接收云台摄像机视频数据，读取机场的自动气象观测系统的输出数据，并对接收和读取的数据进行分析处理后输出；

用户终端，接收视频服务器输出数据，进行画面显示和用户控制；

其中，用户控制是指通过用户终端实现对云台摄像机运动的控制。

进一步的，所述云台摄像机采用易折支架安装。

进一步的，所述视频服务器设置在机场内。

进一步的，所述云台摄像机连接光电转换设备，通过光电转换设备连接核心交换机，再通过核心交换机连接视频服务器。

进一步的，所述核心交换机通过接入交换机连接用户终端。

一种辅助机场气象观测的方法，包括以下步骤：

（1）采用多台摄像机布置在跑道附近；

（2）图像输出：将摄像机采集的原始图像数据直接输出进行显示；或者，将摄像机采集的原始图像数据与自动气象观测系统的数据和机场气象情报相结合后输出进行显示；

生成能见度曲线：

（a）根据用户设置的扫描预置点和扫描时间，摄像机定时进行巡航扫描，并将预置点处的视频画面进行图像抓取；其中，扫描预置点和扫描时间是根据民航气象观测规则所设定的摄像机的扫描点和时间；

（b）将抓取的图像与能见度目标物分布图相结合，得到能见度目标物巡视图；

（c）根据能见度目标物巡视图，判断目标物的可见性，得到不同的能见度等级；

（d）根据各能见度等级的目标物体的位置和判断结果，生成能见度曲线。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明在跑道附近设置高清云台摄像机，同时结合机场的自动气象观测系统的输出数据和机场气象情报，对采集到的数据进行分析处理，有效地解决了将传统机场气象观测所存在的问题，从而达到辅助机场气象观测的目的，以满足气象业务运行的需要。

附图说明

图1是本发明-实施例2的系统结构示意图。

图2是本发明-实施例1的系统结构示意图。

图3是能见度目标物分布及能见度连线图。

图4是能见度曲线图。

图5是双摄像机判断原理示意图。

其中，附图标记对应名称如下：1-云台摄像机，2-光电转换设备，3-核心交换机，4-接入交换机，5-视频服务器，6-机场用户服务终端，7-航空公司用户服务终端。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。

实施例1

如图2所示，本实施例提供了一种机场气象观测视频辅助系统，该系统通过在机场跑道附近位置安装云台摄像机，将拍摄的图像数据结合机场气象信息数据相结合，分析处理后进行图像输出，较之传统的气象观测，不受环境影响，能够满足行业规章要求，观测更加直观、准确。

具体的说，机场气象观测视频辅助系统主要由以下三部分组成：

一、数据输入及控制单元

数据输入及控制单元用于采集前端摄像机输出的视频数据、机场的自动气象观测系统的输出数据、机场气象情报和控制前端摄像机运动；其又包括气象信息采集模块、视频数据采集模块和云台控制模块。

各模块的功能如下：

气象信息采集模块，根据自动气象观测系统特定的数据格式，通过FTP或者串口方式，将实时观测数据读入本系统；通过TCP/IP方式将机场气象情报数据读入本系统。

视频数据采集模块，将云台摄像机输出的视频数据按照指定的格式、码率进行采集和回传。

云台控制模块，负责控制云台的水平和俯仰运动，同时也控制摄像机焦距的伸缩。云台控制模块可结合本系统实现对云台摄像机的自动控制。

实现上述模块功能的硬件结构有多种，本领域技术人员根据本发明申请所公开的技术内容，可以有多种选择，在此不作赘述。

二、数据处理单元

数据处理单元用于将数据输入及控制单元所采集数据进行存储、分析后输出；其又包括图像存储与处理模块、扫描预置点模块和业务分析辅助模块。

各模块的功能如下：

图像存储与处理模块，负责将视频数据存储至本地存储空间，并根据用户指定的存储时间，进行自动循环覆盖存储。同时，根据业务分析辅助模块的要求，定时将指定抓取指定图像，上传至业务分析辅助模块。

扫描预置点模块，负责摄像机监控点的预设和控制。既能接收用户设置的预置点，也能将用户设置的预置点输出至云台控制模块，以实现摄像机自动巡航扫描的目标。

业务分析辅助模块，利用采集到的基础数据对其分析处理，以满足气象业务运行的需要，其主要包括：

（1）原始视频输出。将原始视频直接实时输出到用户显示端。

（2）数据融合输出。将实时视频与自动气象观测系统器测数据以及机场气象情报数据相结合，同时输出在用户终端显示界面。并根据用户设定的器测要素告警阈值，判断各要素是否超限。如果超限，在用户界面上进行醒目的图形化告警。

（3）目标巡视。根据用户设置的扫描预置点和扫描时间，摄像机定时进行巡航扫描，并将预置点处的视频画面进行图像抓取，反馈到用户端。为避免抓取到抖动模糊图像，在预置点图像抓取时，每间隔1秒抓取100帧图像，共抓取300帧图像。计算并比较所有图像的平均梯度函数，将最大值图像作为最终图像。

（4）能见度目标物巡视图。将上述第（3）点，结合机场绘制的能见度目标物分布图，进行定时巡航扫描，即能得到能见度目标物巡视图。用户根据能见度目标物巡视图，人工判断目标物的可见性，判断等级包括目标物不可见、刚好看见、可见且细节难分辨、可见且细节隐约、可见且细节清晰5个等级，并将判断结果输入系统。系统根据各个能见度目标物体的位置和判断结果，生成能见度曲线，如图3和4所示，并计算出建议主导能见度范围。

根据民航规范，目标物4个可见性含义如下：

判断等级	含义
		不可见	能见度小于目标物距离
刚好看见	能见度等于目标据距离
		可见且细节难辨	能见度大于目标物距离，但不超过两倍半
可见且细节隐约	能见度为目标物距离的两倍半到五倍
		可见且细节清晰	能见度为目标物距离的五倍以上

多摄像机能见度目标物巡视。使用分别安装在跑道附近的云台摄像机，对同一能见度目标物进行观测时，其所处的相对方位和距离必定不同，因此多摄像机能够得到数倍的能见度判断数据，增强判断的细致度和准确性，如图5所示。与第（4）点所述的原理相同，使用双摄像机对机场所有能见度目标物进行扫描、抓图，并由人工判断各目标物对不同摄像机的可见性，即能生成更加准确的能见度曲线。

三、用户单元

用户单元用于画面显示和用户控制，其又包括画面显示模块和用户控制模块。

各模块的功能如下：

画面显示模块负责将处理后的视频或图像信息，直观地显示在屏幕上，实现最终气象观测视频辅助功能。

用户控制模块负责接收用户通过鼠标、键盘等外设传递而来的操作控制信号。

实施例2

如图1所示，本发明还提供了一种机场气象观测视频辅助装置，该装置与实施例1所述的系统的工作原理相同，其主要包括云台摄像机、视频服务器和用户终端。其中，云台摄像机为至少为两台，并靠近跑道设置。云台摄像机支持1080P视频格式和TCP/IP接口输出，云台支持水平360度，垂直-45-+75度转动。为使摄像机安装位置尽量靠近跑道，安装位置选择在机场升降带内区域，同时，为了避免对航空器的运行造成影响，摄像机安装采用易折支架。易折支架采用特殊结构既满足升降带防撞易折要求（国际民航组织相关文档，ICAO，DOC9157），又满足摄像机支撑抗风需求。

机场升级带内安装的支架物理脆性结构能以合适的安全系数耐受静动力风荷载，但是，当重3000Kg飞机在空中以140km/h(75kt)速度航行，或者在地面以50km/h(27kt)速度移动时，遭受其所产生的瞬间撞击力的脆弱性结构能够保证制动，变形，折断等要求。

云台摄像机通过六类屏蔽双绞线分别与光电转换设备连接，将电信号转换为光信号，进行远距离传输。光纤引入机场航管楼后，接入带光接口的核心交换机。

视频服务器设置在机场气象台内。视频服务器与核心交换机连接，实时接收存储前端高清视频数据。同时，视频服务器通过FTP或串口的方式，实时读取机场自动气象观测系统输出数据，通过TCP/IP方式读取机场气象情报数据。视频服务器对接收到的数据进行分析处理后，分发到指定的用户端。

用户终端，接收视频服务器输出数据，进行画面显示和用户控制。用户终端主要包括机场用户服务终端和航空公司用户服务终端，在气象观测室、航空公司等处设置用户服务终端。核心交换机下设接入交换机，由此分别与机场用户服务终端和航空公司用户服务终端实现连接，提供气象观测视频辅助服务。

视频服务器将输入的实时视频信息和机场气象信息进行融合处理分析，为各用户终端提供以下功能：1、将跑道附近的高清视频信息实时显示在用户终端上，并在视频画面上同步显示当前自动气象观测系统观测数据和机场气象情报；2、用户根据权限申请控制摄像机，控制成功后，可操作摄像机进行水平和俯仰运动，以及镜头焦距的拉伸；3、根据机场能见度目标物分布图，进行摄像机定时自动跟踪巡视，生成机场能见度目标物巡视图；4、通过算法，结合对能见度目标物的可见性判断，并根据多台摄像机与目标物的相对位置和距离，初步测算出机场主导能见度的大致范围，并以图像和文字的形式进行显示；5、根据特定用户指定的预置观测点，进行摄像机定时自动巡视，并为该用户生成巡视图。

按照上述实施例，便可很好地实现本发明。值得说明的是，基于上述设计原理的前提下，为解决同样的技术问题，即使在本发明所公开的结构基础上做出的一些无实质性的改动或润色，所采用的技术方案的实质仍然与本发明一样，故其也应当在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种机场气象观测视频辅助系统，其特征在于，包括：

数据输入及控制单元，采集前端摄像机输出的视频数据、机场的自动气象观测系统的输出数据、机场气象情报，并根据气象观测规则控制前端摄像机运动；

数据处理单元，用于将数据输入及控制单元所采集数据进行存储、分析后输出；

用户单元，接收数据处理单元输出数据进行画面显示和用户操作控制信号；

其中，前端摄像机为云台摄像机，数量至少为两台，靠近机场跑道设置，且至少设置在跑道起降端。

2.根据权利要求1所述的机场气象观测视频辅助系统，其特征在于，所述数据输入及控制单元包括：

气象信息采集模块，采集机场的自动气象观测系统的输出数据和机场气象情报数据；

视频数据采集模块，采集云台摄像机拍摄的图像数据；

云台控制模块，负责控制云台摄像机运动。

3.根据权利要求1所述的机场气象观测视频辅助系统，其特征在于，所述数据处理单元包括：

图像存储与处理模块，负责将视频数据存储至本地存储空间并将图像数据上传；

扫描预置点模块，负责前端摄像机监控点的预设和控制；

业务分析辅助模块，接收图像存储与处理模块上传的图像数据，并对其进行基础分析处理；负责处理并分析机场例行天气报告和机场预报；负责进行气象观测视频的采集、分析和整合。

4.根据权利要求1所述的机场气象观测视频辅助系统，其特征在于,所述用户单元包括：

画面显示模块，负责将视频或图像信息显示在屏幕上；

用户控制模块，接收用户控制指令。

5.一种机场气象观测视频辅助装置，其特征在于，包括：

云台摄像机，数量至少为两台，靠近机场跑道设置，且至少设置在跑道起降端；

视频服务器，接收云台摄像机视频数据，读取机场的自动气象观测系统的输出数据，并对接收和读取的数据进行分析处理后输出；

用户终端，接收视频服务器输出数据，进行画面显示和用户控制；

其中，用户控制是指通过用户终端实现对云台摄像机运动的控制。

6.根据权利要求5所述的机场气象观测视频辅助装置，其特征在于，所述云台摄像机采用易折支架安装。

7.根据权利要求5所述的机场气象观测视频辅助装置，其特征在于，所述视频服务器设置在机场内。

8.根据权利要求5所述的机场气象观测视频辅助装置，其特征在于，所述云台摄像机连接光电转换设备，通过光电转换设备连接核心交换机，再通过核心交换机连接视频服务器。

9.根据权利要求8所述的机场气象观测视频辅助装置，其特征在于，所述核心交换机通过接入交换机连接用户终端。

10.一种辅助机场气象观测的方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）采用多台摄像机布置在跑道附近；

（2）图像输出：将摄像机采集的原始图像数据直接输出进行显示；或者，将摄像机采集的原始图像数据与自动气象观测系统的数据和机场气象情报相结合后输出进行显示；

生成能见度曲线：

（a）根据用户设置的扫描预置点和扫描时间，摄像机定时进行巡航扫描，并将预置点处的视频画面进行图像抓取；其中，扫描预置点和扫描时间是根据民航气象观测规则所设定的摄像机的扫描点和时间；

（b）将抓取的图像与能见度目标物分布图相结合，得到能见度目标物巡视图；

（c）根据能见度目标物巡视图，判断目标物的可见性，得到不同的能见度等级；

（d）根据各能见度等级的目标物体的位置和判断结果，生成能见度曲线。