本发明专利技术公开了一种基于天空可见光图像的太阳直接辐射强度测量方法和装置。该方法包括：图像获取步骤：利用图像获取设备获取预定时刻的天空可见光图像；高亮度像素计数步骤：搜索天空可见光图像的预定区域内的高亮度像素，并对高亮度像素的数量进行计数；辐射强度计算步骤：基于预先确定的天空可见光图像中预定区域内的高亮度像素的数量与太阳直接辐射强度之间的拟合关系，根据高亮度像素的数量计算预定时刻的太阳直接辐射强度。本发明专利技术通过拟合分析在天空可见光图像与太阳直接辐射强度之间建立起关联，从而提供了一种新颖的通过图像处理和分析的方式来探测或测量太阳直接辐射强度的方法。这为太阳直接辐射强度的测量提供了一种新的可选方案。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及气象探测领域，尤其涉及一种基于天空可见光图像的太阳直接辐射强度測量方法和装置。
技术介绍
太阳辐射是影响大气环流和气候变化的重要因素。太阳直接辐射是太阳总辐射 的重要组成部分。从观测或測量角度来讲，太阳直接辐射通常包括垂直太阳表面(视角约0.5° )的辐射和太阳周围很窄的环形天空的散射辐射(环日散射)。对太阳直接辐射强度或者说辐照度的測量在气象探測、太阳能利用以及其它与太阳辐射相关的领域中有重要的价值，因此太阳直接辐射强度是气象部门的常规监测数据。目前，太阳直接辐射强度的直接测量是利用太阳直接辐射表。太阳直接辐射表通常主要由进光筒、感应件和跟踪装置构成。在工作时，进光筒对准太阳；感应件吸收太阳直接辐射并将其转换成可测量的电信号；跟踪装置则用于支撑进光筒井能够跟踪太阳的移动，从而使进光筒准确跟踪并对准太阳。对于这样的太阳直接辐射表，跟踪装置的微小跟踪偏差将产生较大的系统偏差。这样，为了消除系统跟踪误差的影响，则要求太阳直接辐射表能够实时、快速、可靠地跟踪太阳。这对跟踪装置的要求极高，而且使用和维护也很复杂。太阳直接辐射表的ー个应用是对日照时数的观测和測量。日照是太阳辐射最直观的表现。日照时数则是指太阳在一地实际照射的时数，其定义为太阳直接辐射强度达到或超过120W/m2那段时间的总和，以小时为单位，取一位小数。日照时数的分布规律，对于合理布局农业生产、规划城市建设、开发旅游资源、设计太阳能电站等具有重要的现实意义。由于太阳直接辐射表可以获得任何指定时刻的太阳直接辐射强度，因此，其可以直接用来定时测量太阳直接辐射强度并统计日照时数。由于对日照时数的測量并不需要获得各个时刻准确的太阳直接辐射强度，仅需要判断太阳直接辐射强度是否达到或超过120W/m2这个阈值，因此现有技术中也有一些不使用太阳直接辐射表的日照时数观测方案。基于烧痕法的日照时数观测仪器主要有暗筒式日照计和聚焦式日照计。这是国内大多数气象台站目前使用的日照观测仪器。但暗筒式和聚焦式日照计的业务观测离不开人エ操作，如日照纸需人工制作、安装和更换，日照时数需要根据感光迹线(或焦痕)进行人工判断等，这使得该类型仪器的自动化程度较低。基于辐射測量法的日照时数观测仪器除了前述的太阳直射辐射表外，还有双金属片日照传感器等。双金属片日照传感器采用的双金属片是机械形变型元件，易受膨胀和收缩的温度效应影响，重复性较差，且长期稳定性难以保证，导致该类型传感器測量精度不闻。此外，荷兰Kipp & Zonen公司的CSD型太阳日照仪利用三个电子光敏器件来測定太阳总辐照度和散射辐照度，再利用总辐照度与散射辐照度之差得到太阳直接辐照度，该太阳直接辐照度可用来统计和计算日照时数。中国气象科学研究院设计过ー种利用积分球原理的日照计来计算日照时数。但由于各自的ー些不足，都未能在业务上得到广泛应用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于以ー种全新的构思提供一种全新的太阳直接辐射强度測量方法，并且基于该太阳直接辐射强度測量方法提供一种太阳直接辐射强度測量装置以及ー种日照时数测量方法。本申请的基本构思源于本申请的专利技术人发现天空可见光图像中太阳及其周围高亮度像素的数量能够反映太阳直接辐射强度的大小。具体来说，本申请人的专利技术人分析了在一较长时间范围内同步观测的太阳直接辐射强度资料序列和对应的天空可见光图像序列。本专利技术人惊奇地发现，天空可见光图像中太阳及其周围一定区域内的高亮度像素的数 量与太阳直接辐射强度之间呈现明显的单调递增的关系，并且可以通过拟合算法得到拟合函数以反映高亮度像素数量与太阳直接辐射强度之间的拟合关系。按照本专利技术的ー个方面，提供了一种基于天空可见光图像的太阳直接辐射强度测量方法，包括图像获取步骤利用图像获取设备获取预定时刻的天空可见光图像；高亮度像素计数步骤捜索所述天空可见光图像的预定区域内的高亮度像素，并对高亮度像素的数量进行计数；辐射强度计算步骤基于预先确定的天空可见光图像中所述预定区域内的高亮度像素的数量与太阳直接辐射强度之间的拟合关系，根据所述高亮度像素的数量计算所述预定时刻的太阳直接辐射强度。优选地，所述预定区域可以为所述天空可见光图像中太阳及其周围预定范围内的区域。优选地，所述预定区域可以为从所述天空可见光图像中的太阳图像的中心点延伸预定半径的圆形区域。优选地，所述的太阳直接辐射强度測量方法还可以包括太阳图像中心点确定步骤，用于确定所述天空可见光图像中的所述太阳图像的中心点在所述天空可见光图像中的位置。优选地，在所述太阳图像中心点确定步骤中，可以根据在所述预定时刻太阳相对于所述图像获取设备的高度角和方位角，计算所述太阳图像的中心点在所述天空可见光图像中的位置。优选地，所述预定半径可以为所述天空可见光图像中的太阳图像的半径的I. I 3倍，更优选为I. 2 2倍。优选地，所述高亮度像素可以为所述天空可见光图像中灰度值大于或等于预定的灰度阈值的像素。优选地，所述灰度阈值在200-255之间选取。优选地，所述拟合关系为y=a*ebx+c其中，y为所述预定区域内的高亮度像素的数量，X为太阳直接辐射强度，a，b，c为拟合系数。优选地，所述的太阳直接辐射强度測量方法还包括图像获取设备调节步骤调节所述图像获取设备，使得对于小于最大可能太阳直接辐射强度的任一太阳直接辐射强度，所述图像获取设备所获得的所述天空可见光图像的预定区域中包含非高亮度像素。优选地，所述图像获取设备可以为全视野天空可见光图像获取设备，用于获取全视野天空可见光图像。按照本专利技术的另ー个方面，提供了一种基于天空可见光图像的太阳直接辐射强度測量装置，包括 全视野天空图像获取设备，用于获取预定时刻的全视野天空可见光图像；太阳图像中心点计算模块，用于计算所述全视野天空可见光图像中的太阳图像的中心点在所述全视野天空可见光图像中的位置；高亮度像素计数模块，用于在以所述太阳图像的中心点为圆心的预定半径范围内捜索灰度值大于或等于预定的灰度阈值的高亮度像素，并对高亮度像素的数量进行计数；辐射强度计算模块，用于基于预先确定的高亮度像素的数量与太阳直接辐射强度之间的拟合关系，根据所述高亮度像素的数量计算所述预定时刻的太阳直接辐射强度。按照本专利技术的又ー个方面，提供了一种基于天空可见光图像的日照时数测量方法，包括图像获取步骤利用图像获取设备以预定的时间间隔获取一系列天空可见光图像；高亮度像素计数步骤对于每ー个天空可见光图像，捜索其预定区域内的高亮度像素，并对高亮度像素的数量进行计数；日照判断步骤对于每ー个天空可见光图像，判断其是否表示有日照；其中，当所述天空可见光图像的高亮度像素的数量大于或等于一高亮度像素数量阈值时，表示有日照；当所述天空可见光图像的高亮度像素的数量小于所述高亮度像素数量阈值时，表示无日照；日照时数计算步骤根据所述时间间隔的大小以及表示有日照的天空可见光图像的数量来计算日照时数。优选地，所述的日照时数测量方法还可以包括高亮度像素数量阈值确定步骤基于预先确定的天空可见光图像中所述预定区域内的高亮度像素的数量与太阳直接辐射强度之间的拟合关系，根据ー预定的太阳直接辐射强度阈值计算对应的高亮度像素数量阈值。优选地，所述预定区域可以为所述天空可见光图像中太阳及其周围预定范围内的区域。优选地，所述预定区域可本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于天空可见光图像的太阳直接辐射强度測量方法，包括 图像获取步骤利用图像获取设备获取预定时刻的天空可见光图像； 高亮度像素计数步骤捜索所述天空可见光图像的预定区域内的高亮度像素，并对高亮度像素的数量进行计数； 辐射强度计算步骤基于预先确定的天空可见光图像中所述预定区域内的高亮度像素的数量与太阳直接辐射强度之间的拟合关系，根据所述高亮度像素的数量计算所述预定时刻的太阳直接辐射强度。2.根据权利要求I所述的太阳直接辐射强度測量方法，其特征在于，所述预定区域为所述天空可见光图像中太阳及其周围预定范围内的区域。3.根据权利要求I或2所述的太阳直接辐射强度測量方法，其特征在于，所述预定区域为从所述天空可见光图像中的太阳图像的中心点延伸预定半径的圆形区域。4.根据权利要求3所述的太阳直接辐射强度測量方法，其特征在于，还包括太阳图像中心点确定步骤，用于确定所述天空可见光图像中的所述太阳图像的中心点在所述天空可见光图像中的位置。5.根据权利要求4所述的太阳直接辐射强度測量方法，其特征在于，在所述太阳图像中心点确定步骤中，根据在所述预定时刻太阳相对于所述图像获取设备的高度角和方位角，计算所述太阳图像的中心点在所述天空可见光图像中的位置。6.根据权利要求3-5中任一项所述的太阳直接辐射强度測量方法，其特征在于，所述预定半径为所述天空可见光图像中的太阳图像的半径的I. I 3倍，更优选为I. 2 2倍。7.根据权利要求1...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨俊，吕伟涛，马颖，姚雯，
申请(专利权)人：中国气象科学研究院，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。