激光雷达天气预警系统的设计与实现

Liuloong

激光雷达是集光、机、电、算的精密复杂系统,凭借其探测区域广、空间分辨率高、探测精度高等优点被广泛应用于大气探测研究中。气象环境的好坏直接影响着激光雷达运行效率和探测数据质量,并且遭遇突发恶劣天气下时会严重损坏激光雷达系统精密仪器。因此,目前激光雷达台站大多采用由值守人员结合天气气象预报、卫星云图等来判断当前气象是否适合激光雷达的运行需求,并且在激光雷达运行过程中,需专人值守防止恶劣天气对激光雷达仪器造成伤害。而天气气象预报数据和卫星云图数据精度存在偏差,值守人员工作强度较大,无法实时监测激光雷达上空天气情况。本文针对激光雷达运行需求,研制出一套激光雷达天气预警系统,用于激光雷达自动化监测天气,推进激光雷达业务化运行发展。具体工作内容如下1)激光雷达天气预警系统整体方案设计。根据激光雷达运行需求,本文设计出一套包含天气预报监测和实时天气监测功能的系统方案。(2)天气预报监测功能设计。结合现有的激光雷达天气监测方式,本文选取了对应的天气预报API接口,可通过网络自动获取探测区域的天气预报数据。并测试天气API接口获取的天气预报数据的准确性是否满足激光雷达的实际应用需求。(3)基于图片识别的天气实时监测功能设计。结合小型气象站、光学雨滴传感器、采集相机、声光报警器设计出能实时监测天气状况的功能。通过图像处理、数据分析的方法建立图像特征值星点数量与天气的相关性,实现图像识别天气的功能,并结合气象站监测气象数据,实现全方面实时监测激光雷达探测区域内天气的功能。(4)激光雷达预警系统的实现与测试。根据激光雷达探测台站实际应用需求,设计开发了一套包含了天气预报和实测的激光雷达天气预警系统,并对其准确性进行测试。目前,该激光雷达天气预警系统已应用于激光雷达北京延庆站的业务化运行中。经过长期稳定的试运行,能够结合天气预报数据来判断当天天气是否符合激光雷达运行要求,并且通过实时监测台站上空区域的气象监测,能够在发生突发的恶劣天气的情况下进行应急处理,防止激光雷达仪器遭受破坏。本文工作将推进激光雷达自动化、业务化运行发展。