天气现象视频智能观测仪

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1、天气现象视频智能观测仪技术要求（试行）中国气象局综合观测司2019年5月目录1 前言 11.1 目的11.2 适用范围11.3 编写依据12 组成结构 12.1 硬件12.2 软件23 功能要求 23.1 概述23.2 硬件功能23.3 软件功能34 技术指标要求 44.1 硬件性能指标44.2 识别指标54.3 环境适应性指标54.4 可靠性指标74.5 可维护性指标74.6 设备寿命75 结构及材料要求 75.1 外观要求75.2 机械结构要求75.3 机械强度要求75.4 电缆连接要求75.5 材料与涂敷要求75.6 安全要求86 供电要求 86.1 主电源供电要求86.2 备选电源供电

2、要求87 防雷要求 88 包装运输和安装要求 88.1 包装运输要求88.2 安装要求9附录 A 天气现象视频智能观测仪输出图片命名规则 10附录 B 天气现象视频智能观测仪输出数据格式 111 前言1.1 目的研究和试验表明，应用计算机视觉和深度学习技术，对视频采集器拍摄的天 气现象(或气象要素)实现自动观测识别是一条行之有效的途径，尤其是对于目 前尚未实现器测的天气现象(或气象要素)观测项目，更具有重要的发展意义。 为更好地规范基于这一技术的观测装备天气现象视频智能观测仪的研发生 产，特编制本技术要求。1.2 适用范围本技术要求规定了天气现象视频智能观测仪的组成结构、功能和技术指标， 可作

3、为设备设计研制、生产和测试评估的依据。1.3 编写依据(1) 地面气象观测规范云(GB/T 35222-2017)；(2) 地面气象观测规范 天气现象(GB/T 35224-2017)；(3) 地面气象观测资料质量控制(QXT 118-2010)；(4) 地面气象要素编码与数据格式(GB/T 33695-2017)；(5) 地面观测气象数据字典(2013)；(6) 数据字典终端控制命令(2013)；(7) 测量、控制和实验室用电气设备的安全要求(GB 4793.1-2007)；(8) 电磁兼容 试验和测量技术(GB/T 17626)；(9) 气象观测专用技术装备功能规格需求书编写指南(试行)(

4、中国气象 局综合观测司)(10) Guide to Meteorological Instruments and Methods ofObservation (WMO-No.8)。2 组成结构天气现象视频智能观测仪主要由视频采集器和控制处理器组成，安装在同一 立杆上。其中，天气现象(或气象要素)识别软件(以下简称识别软件)运行在 控制处理器上。2.1 硬件2.1.1 视频采集器视频采集器由多个摄像机组成。根据观测对象特点和需要，一般为 1 个鱼眼 摄像机和2 至4 个普通摄像机。2.1.2 控制处理器 控制处理器一般由小型运算平台、有线通信模块、无线通信模块和电源模块 等组成。2.1.3 辅助

5、设备 辅助设备包括立杆、支架、机箱等安装结构件，以及观测识别所必须的标志 物。2.2 软件 软件主要包括识别软件和控制管理软件，分别用于天气现象（或气象要素的） 的自动观测识别和对设备进行控制管理。3 功能要求3.1 概述 天气现象视频智能观测仪应包含基于计算机视觉和深度学习技术的识别软 件，可通过其获取的视频资料实现天气现象（或气象要素）的实时自动观测识别。 天气现象视频智能观测仪应实现自动观测识别的天气现象（或气象要素）为总云 量、云状、地面凝结现象（霜、露、雨凇、雾凇）、结冰、积雪和雪深，并具备 扩展至低云量、云高、电线积冰、视程障碍现象（轻雾、雾、霾、浮尘、扬沙、 沙尘暴）的自动观测识

6、别能力。3.2 硬件功能3.2.1 视频采集器 视频采集器为各类天气现象（或气象要素）的自动观测识别提供视频，其中 鱼眼摄像机对天空方向进行拍摄，普通摄像机对水平方向或地面进行拍摄，并将 采集的视频提交控制处理器。各摄像机视频应支持接入网络视频存储设备。3.2.2 控制处理器 控制处理器中的小型运算平台需承载识别软件和控制管理软件，应为适用 于野外的工业级产品，具有基于 CPU 或 GPU 或 NPU 的计算架构，支持 Linux 或 Windows操作系统，具备必要的存储空间，支持接入U盘（或SD卡、TF卡）等 外部存储。通信模块应实现所有摄像机、运算平台和远端网络的互联。供电模块 可实现对

7、本观测仪各组成设备的统一供电。3.2.3 辅助设备视频采集器、控制处理器等通过支架和机箱安装到同一立杆上。机箱应具有 良好的密封性并兼顾散热，防护等级要求达到IP65，具有安全防盗、防辐射等 性能。各类天气现象（或气象要素）识别应尽可能不改变现有环境，其中电线积 冰、雨凇和雾凇观测识别宜使用电线积冰架；结冰观测识别宜使用小型蒸发皿， 置于自动雪深观测仪西侧；雪深观测识别可定制专用雪深标尺，最小刻度为 1cm， 长度为1m2m，直径不大于3cm,宜置于自动雪深观测仪西侧。3.3 软件功能3.3.1 识别软件识别软件对视频采集器所拍摄视频中所包含的天气现象（或气象要素）实 时自动观测识别，是天气现

8、象视频智能观测仪的核心，观测识别天气现象（或气 象要素）同 3.1。识别软件应基于成熟的深度学习平台，方便训练迭代和支持远 程升级；识别软件识别间隔（时间分辨率）可依据业务要求设置，最高可支持 1 次/分钟；识别软件具备质量控制功能，可进行界限值检查和内部一致性检查（按 地面气象观测资料质量控制（QXT 118-2010）执行）。3.3.2 控制管理软件控制管理模块包括初始化、参数设置、运行状态信息、数据存储、数据传 输、远程升级和时钟同步等功能。（ 1）初始化：设备自检（包括控制处理器和各摄像机），做好视频采集、 识别处理和通信连接准备。（ 2）参数设置：可通过终端软件或网络对天气现象视频智

9、能观测仪进行参 数设置。（3）运行状态信息：具备输出设备运行状态信息的功能，主要包括控制处 理器的工作状态和通信状态，各摄像机的工作状态、加热状态、通讯状态、镜头 污染状态等。（ 4 ）数据存储：支持识别结果、状态信息以及图片（ jpg 格式，图片存储 命名规则见附录A）的存储。采用循环式存储，即最新数据覆盖旧数据。（ 5 ）数据传输：支持主动传输和被动传输两种传输模式，数据格式与命令详见附录 B。（6）远程升级：支持对软件远程升级。（7）时钟同步：支持通过终端软件发送命令，对天气现象视频智能观测仪 统一校时。支持设置时间同步服务器实现统一校时。4 技术指标要求4.1 硬件性能指标4.1.1

10、视频采集器鱼眼摄像机应至少达到以下指标要求：（1）光学成像系统视场角达 180，天空视频无缺失；（2）圆形成像直径有效分辨率均达 1700 像素以上；（3）支持ONVIF协议、GB28181协议；（4）24 小时全天候工作，无需太阳遮挡装置；（ 5）具备日夜自动切换模式，夜间支持长时间曝光；（ 6 ）具备镜头加热除冰功能；（ 7 ）具备防鸟停留功能（可外置）；（8）满足 IP65 以上外壳防护等级。普通摄像机可为固定焦距或自动变焦，应至少达到以下指标要求：（1）分辨率400万像素（2560X1440）以上；（2）最低照度：彩色O.OlLux,黑白O.OOlLux；（3）支持ONVIF协议、GB

11、28181协议；（4）具备可调节补光（或可外置补光）；（5）具备加热功能（可外置）；（6）满足IP65以上外壳防护等级。4.1.2 控制处理器对视频采集器采集到的视频识别处理,至少应达到以下指标要求：（ 1）应为工业级设备；（ 2）全部拍摄视频全分辨率接入；（3）承载3.1 中所有天气现象（或气象要素）识别软件的实时运行；（4）单次智能识别时间小于30s （含扩展项）；5）存储1 年的分钟识别结果和状态信息，以及1 个月的图片（各摄像机每 10 分钟 1 张，原始分辨率）；（6）具备 USB、RS232 等扩展接口。（7）供电应具有二级防雷，能满足所有硬件正常工作；（8）能实现所有设备间互联，

12、速度不低于 100Mbps；（9）支持光纤传输，传输距离不少于 200m；（10）支持无线通讯功能。4.2 识别指标天气现象视频智能观测仪实现自动观测识别的天气现象（或气象要素）应 达到以下要求：（1）总云量：总云量按照云所占天空的百分比输出，误差不超过10%。能 在日出后至日落前观测识别。（2）云状：云状按照 29 类云、视程障碍现象引起的云状无法辨明和无云 31 类输出，当同时存在多种云状时，按照占比大小输出云状，能在日出后至日 落前观测识别。（3）地面凝结现象：霜、露、雨凇、雾凇 4 类现象各自按照有无输出，能 全天观测识别。（4）结冰和积雪：结冰和积雪各自按照有无输出，能全天观测识别。

13、（5）雪深：可借助雪深标尺，输出结果以cm为单位，取整数，误差不超过 lcm,能全天观测识别。（6）扩展要素：低云量按照低云所占天空的百分比输出，能在日出后至日 落前观测识别。云高有云时输出，以米为单位，取整数，能在日出后至日落前观 测识别。电线积冰为识别垂直摄像机视线方向上电线积冰平均直径，输出结果以 mm 为单位，取整数，能全天观测识别。视程障碍现象（轻雾、雾、霾、浮尘、 扬沙、沙尘暴）各自按照有无输出，能在日出后至日落前观测识别。4.3 环境适应性指标4.3.1 气候条件设备在以下环境应正常工作：（1）环境温度：-45C50C；(2) 相对湿度:0%100%；(3) 大气压力：450hP

14、a1100hPa；(4) 最大抗阵风能力：60m/s。4.3.2 机械条件(1) 在非工作包装状态下，应能通过如下等级的正弦振动试验： 正弦稳态振动：位移 1.5mm加速度 5m/s2频率 29Hz、9200Hz( 2)在非工作包装状态下，应能通过如下等级的冲击试验： 脉冲波形：半正弦波峰值加速度： 50m/s2脉冲持续时间： 30ms冲击次数： 3个互相垂直的每一方向连续施加3次冲击，共18次。4.3.3 生物条件应采取适当的防霉菌措施。除非使用在特殊的环境条件或使用方有要求时， 否则不必通过长霉试验来鉴定其抗霉菌能力。应采取适当措施防止动物损坏，如 鼠咬、蚁噬等。4.3.4 化学条件正常大

15、气条件下，应在材料、表面涂覆和工艺上采取相应的措施，使其具有 一定的抗化学活性物质危害的能力，在产品寿命期内不致因腐蚀而引起产品的失 效。盐雾试验时间应不少于48小时，其他试验条件符合国家有关标准和行业标准 的要求。4.3.5 电磁兼容电磁抗扰度应满足表 4.1 试验内容和严酷度等级要求。表 4.1 电磁抗扰度试验内容和严酷度等级内容试验条件参考标准交流电源端口直流电源端口控制和信号端口浪涌(冲击)抗线对线：1KV线对线：1KV线对地：2KVGB/T扰度线对地：2KV线对地：2KV17626.5-2008电快速瞬变脉冲 群抗扰度2KV 5KHz1KV 5KHz1KV 5KHzGB/T17626.4-2008射频电磁场辐射 抗扰度80MHz1000 MHz, 3V/m, 80 % AM (lKHz)GB/T17626.3-200