基于数字摄像的地面雨滴谱观测技术和方法研究的任务书.docx

基于数字摄像的地面雨滴谱观测技术和方法研究的任务书
任务书
一、研究背景和意义
雨滴谱是研究降水物理性质的重要指标，如雨滴谱的粒径分布信息可以反映出降水过程的时空分布、降水量等特征。目前，国内外采集雨滴谱的方法主要包括雷达、空中采样和地面观测。其中雷达观测雨滴谱是国际上应用较广泛的一种方式，但雷达观测对设备和环境的要求高，成本昂贵，且由于其辐射强度过大，会对周围环境产生一定的干扰。
近年来，基于数字摄像的地面雨滴谱观测技术逐渐成为一种新兴的技术手段，其主要依赖于数字图像处理技术、机器视觉技术等，具有成本低、易于操作、数据处理方便等优点。在此研究基础上，根据不同的雨滴谱特征以及不同的观测需求，可以实现对雨滴谱的快速获取、实时监测等功能。因此，开展基于数字摄像的地面雨滴谱观测技术和方法研究具有重要的理论和实践意义。
二、研究内容
1.建立数字摄像地面雨滴谱观测系统
（1）选择合适的数字摄像设备，考虑分辨率、帧率、曝光时间等因素；
（2）设计精细的支架系统，保证摄像机的稳定性；
（3）对采集的图像进行预处理，包括去除噪声、增强图像对比度等；
（4）设计实现自动化采集和存储雨滴谱数据的程序。
2.设计数字图像处理算法
（1）基于雨滴谱特征，分析设计适用的算法，包括雨滴检测、雨滴边界检测等；
（2）针对雨滴形态和颜色的差异设计基于形态学、颜色变量等算法。
3.验证和应用数字摄像地面雨滴谱观测技术
（1）在不同的气象条件下进行野外测试，优化系统参数，调整算法；
（2）利用观测雨滴谱的数据，进行降水过程分析，对雨滴谱和降水量之间的关系进行探究；
（3）基于观测雨滴谱的数据，对气象预报和水文预报的应用进行研究开发。
三、研究计划
1.第一年：
（1）完成数字摄像地面雨滴谱观测系统的搭建和调试，完成基于形态学和颜色变量的雨滴检测及边界检测算法的设计和实现；
（2）对采集的数据进行初步分析，并进行算法的适应性和性能测试。
2.第二年：
（1）对上一年度研究的算法进行优化和改进，结合现场的气象数据对算法进行调整；
（2）对系统的实时监测和报警功能进行研究开发；
（3）在不同气象条件下对系统进行测试，考虑不同场景的适应性和性能。
3.第三年：
（1）优化算法，解决不同气象条件下的实时监测问题，提高数字摄像地面雨滴谱观测系统的自动化程度；
（2）综合应用数字摄像地面雨滴谱观测系统的数据，开展对降水过程的分析和研究，并对气象预报和水文预报的应用进行探究。
四、研究保障
1.设备和场地：研究期间需要使用数字摄像设备、计算机及相关软件，还需要选定合适的实验场地进行测试和观测。
2.研究团队：研究团队应由具有图像处理、气象学、计算机科学技术背景知识的研究人员组成。
3.经费保障：研究项目的经费来源应当明确，包括设备采购经费、人员经费等。
五、预期成果
1.建立数字摄像地面雨滴谱观测系统，实现自动化采集和存储雨滴谱数据的程序；
2.设计实现自动化采集和存储雨滴谱数据的算法，并对算法进行优化和改进；
3.针对不同的气象条件进行系统测试，并进行性能评估；
4.在降水过程中进行雨滴谱的分析和研究，探究降水量和雨滴谱之间的关系以及气象预报和水文预报的应用价值。