前  言

本標準按照GB/T1.1—2009給出的規(guī)則起草。

本標準由中國輕工業(yè)聯(lián)合會提出。

本標準由全國煙花爆竹標準化技術委員會(SAC/TC149)歸口。

本標準起草單位：湖南煙花爆竹產(chǎn)品安全質(zhì)量監(jiān)督檢測中心、合肥維克智能科技有限公司、安徽省計量科學研究院、安徽省產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗研究院。

本標準主要起草人：楊林、朱玉平、黃茶香、吳安平、汪龍余、王道俊、間金亮、趙元成、曾小軍、張姜、盛道林。

煙花發(fā)射高度、發(fā)射偏斜角、輻射半徑

測定方法

1范圍

本標準規(guī)定了煙花發(fā)射高度、發(fā)射偏斜角、輻射半徑測定方法。

本標準適用于煙花升空類、禮花類、組合煙花類產(chǎn)品燃放時發(fā)射高度、發(fā)射偏斜角、輻射半徑測定；

噴花類燃放時噴射高度測定。

2規(guī)范性引用文件

下列文件對于本文件的應用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。

GB 10631煙花爆竹 安全與質(zhì)量

GB 19593煙花爆竹 組合煙花

GB 19594煙花爆竹 禮花彈

GB 50161煙花爆竹工程設計安全規(guī)范

3術語和定義

GB10631、GB19593和GB19594界定的以及下列術語和定義適用于本文件。

3.1

發(fā)射高度launching height

產(chǎn)品燃放時，主體或效果（件）發(fā)射升空最高效果高度或爆炸點高度。

3.2

發(fā)射偏斜角launching deflection angle

產(chǎn)品燃放時，主體或效果（件）發(fā)射升空偏離水平面垂線的角度。

3.3

輻射半徑radiation radius

R

產(chǎn)品燃放時，主體或效果（件）升空爆炸時帶火星體離爆炸點的最大距離。

3.4

電荷耦合器件charge-coupled device;CCD

一種將光學影像轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號的半導體器件。

3.5

面陣CCD攝像機area array CCD camera

面陣CCD是一種可以直接將二維圖像轉(zhuǎn)換為視頻信號輸出的二維圖像傳感器，其是按照一定的方式將一維線陣CCD的光敏單元及移位寄存器排列成二維面陣CCD。CCD攝像機集CCD攝像器件、器件驅(qū)動電路、圖像處理電路、電源電路等于一體，直接輸出全電視信號。

3.6

圖像分析法image analysis

采用兩臺面陣CCD攝像機正交布場或任意角度布場后，同步拍攝煙花爆竹發(fā)射全過程，通過面陣CCD交匯測量技術，計算出發(fā)射高度、發(fā)射偏斜角及輻射半徑等物理量。

4 測定環(huán)境條件

4.1氣候條件

自然條件下，風速≤5m/s。

4.2場地要求

4.2.1 燃放試驗場應開闊，平整，符合安全燃放要求。

4.2.2 燃放試驗場外部安全距離應符合GB50161要求。

4.2.3 觀測點、燃放點區(qū)域地面應堅硬平整，觀測點與燃放點之間，觀測點之間無障礙物阻擋視線。

4.2.4 觀測點與燃放點應在同一水平面上，若不在同一水平面上，則應先測試出高度差，在計算煙花發(fā)射高度時需要加入或減去高度差。

5儀器設備

5.1標桿

5.1.1測量范圍：0m～10m。

5.1.2精度：±0.01m。

5.2觀測屏

5.2.1觀測屏如圖1所示。

5.2.2刻度精度：±1mm。

5.2.3角度精度：±0.1°。

5.3  便攜式測高儀

5.3.1  測量范圍：距離0m～1000m;傾角±90°。

5.3.2  精度：距離±30cm;傾角±0.25°。

5.4  煙花爆竹安全性能檢測系統(tǒng)

5.4.1  雙面陣CCD攝像機：像素大于1000萬，幀頻大于50幀/s。

5.4.2  測量范圍及誤差：發(fā)射高度0m～500m,誤差<1%；發(fā)射偏斜角0°～60°，誤差<1%；輻射半徑0m～200m,誤差<1%。

5.5  圓圈偏斜角測定裝置

5.5.1  圓圈偏斜角測定裝置如圖2所示。

5.5.2  圓環(huán)內(nèi)徑：2.49m±0.01m。

5.5.3  撐桿高度：3.0m±0.01m。

6測定方法

6.1發(fā)射（噴射）高度測定

6.1.1標桿參比測量法

將標桿連接成所需高度，固定在煙花燃放點附近作參比，按煙花的燃放說明點燃產(chǎn)品，觀測判定煙花的發(fā)射（噴射）高度或主體的升空高度是否超過或低于標桿的高度。如以1m的標桿作參比，觀測D級噴花類產(chǎn)品噴射的帶火星體高度是否超過1m;以3m、5m標桿作參比，觀測升空類產(chǎn)品的最低升空高度是否超過3m或5m;以8m標桿作參比，觀測噴花類產(chǎn)品噴射的帶火星體高度是否超過8m。

6.1.2觀測屏法

6.1.2.1方法原理

利用如圖3所示直角三角形相似性，設定觀測屏上觀測線的高度，沿前后觀測線組成的光束，觀測判定煙花的發(fā)射（噴射）高度。

6.1.2.2操作步驟

觀測屏法具體操作步驟如下：

a)  如圖4所示，以燃放點為頂角，互成90°方向架設兩臺觀測屏，根據(jù)需監(jiān)測產(chǎn)品的發(fā)射（噴射）高度H(如C級組合煙花的最低高度值為15m),控制觀測角Y為30°～60°，確定觀測屏的位置。

b)測量貼近觀測線的觀測點與燃放點之間的距離L。和觀測點與地面的高度差H。,觀測屏前后觀測線的距離L1為1m,可按照式(1)計算出前后觀測屏上觀測線的高度差H1。

H1=(H-H。)×L1/L               ……(1）

c)按煙花的燃放說明點燃產(chǎn)品，從觀測點沿前后觀測線組成的光束，觀測產(chǎn)品的發(fā)射（噴射）高度是否超過或低于標準規(guī)定的高度限，若從某一觀測屏觀測到不符合標準要求，則可判定該產(chǎn)品的發(fā)射（噴射）高度不符合標準要求。

6.1.3便攜式測高儀法

6.1.3.1方法原理

將測高儀對準爆炸點發(fā)射激光，記錄下激光往返測高儀與爆炸點之間的時間，乘以光速，計算出測高儀與爆炸點的距離，另外通過記錄下測高儀的俯仰角度，計算出爆炸點的垂直高度。

6.1.3.2操作步驟

如圖5所示，選擇距燃放點的合適位置[以測高儀仰角（δ）30°～60°為宜]，按煙花的燃放說明點燃產(chǎn)品，將測高儀對準爆炸點，調(diào)整高度測量模式，按下測量鍵，讀取爆炸點高度值H2,和觀測點與地面高度差H3相加得到爆炸點距離地面的垂直高度值。

6.1.4煙花安全性能檢測系統(tǒng)法

6.1.4.1方法原理

利用兩臺面陣CCD攝像機交匯測量，如圖6所示，兩臺面陣CCD攝像機的物鏡中心分別為O₁和O₂,假設兩臺攝像機的基準線為水平線，兩光軸相交于一點M,以左邊測試點攝像機的物鏡中心O₁為原點，O₁指向O₂的方向為X軸，過O₁指向上方為Y軸，Z軸在水平面內(nèi)與X軸垂直，且O₁XYZ符合右手定理。點M在O₁XZ平面內(nèi)的投影為M¹,兩臺攝像機的仰角分別為φ1、φ2,方位角分別為a₁、a₂。按照等腰三角形交匯布站時，φ1=φ2，a1=a2。

設交匯點M在坐標系O₁XYZ中的坐標M(X_M,Y_M,Z_M),則由幾何關系可知，X_M=O₁M¹cosa₁,Y_M=O₁M¹tanφ1,Z_M=O₁M¹sina₁。在三角形M¹O₁O₂內(nèi)，由正弦定理可知，O₁M¹=O₁O₂sina₂/sin(a₁+a₂)。

在攝像機O₁拍攝的圖像上建立二維坐標系，以圖像畫幅中心為原點O_p,水平方向為X_p,垂直方向為Y_p,則點M的成像點與原點O_p重合。由于煙花炸點的位置不一定落在CCD攝像機的光軸上，設煙花炸點N在拍攝圖像O_pX_pY_p坐標系的位置為N(X_pn,Y_pn)。M點和N點與O₁和O₂連線在豎直面內(nèi)投影的夾角為△φ1、△φ2,在水平面投影的夾角為△a₁、△a₂。設煙花炸點N在O₁圖像坐標系中的坐標為(X_pn1,Y_pn1),在O₂圖像坐標系中的坐標為(X_pn2,Y_pn2),圖像坐標系的方向與實測方向一致，角度以逆時針方向為正。

設煙花炸點N在坐標系O₁XYZ中的坐標N(X_N,Y_N,Z_N),則X_N=O₁N¹Xcos(a1+△a1),Y_N=O₁N¹×tan△φ1,Z_n=O₁N¹×sin(a1+△a1)。

其中O₁N¹=O₁O₂×sin(a2+△a2)/sin(a1+△a1+a2+△a2)。這里攝像機的方位角：a1=arccos(O₁O₂/2L×cosθ)(L為測試點到發(fā)射點的斜距離，θ為測試點與發(fā)射點的的水平傾角，以下同)。

當攝像機無仰角時，根據(jù)光學成像原理，tanH=x₁/√y₁²+?²,cosV=?/√y₁²+?²，tanV=y₁/?,其中H、V為煙花炸點在攝像機O₁傳感器上成像的水平和垂直方向上偏離視場中心的角度；x₁、y₁為煙花炸點在攝像機O₁傳感器上成像的水平和垂直方向上偏離視場中心的實際尺寸；?為攝像機焦距。因此，tanH/cosV=x₁/?。因為tan△a1=x₁/?,可得：tan△a1=tanH/cosV=x₁/?;因為cos△a1=?/√x₁²+?²且tan△φ1=y1/√x₁²+?²,可得：tan△φ1=tanVcos△a1。

當攝像機O₁仰角為φ1時，V=V¹+φ1。

tan△a1=tanH/cos(V¹+φ1)=x1/√y₁²+?²/(?/√y₁²+?² cosφ1-y/√y₁²+?² sinφ1)

=x1/(?cosφ1-y₁sinφ1)

因此，△a1=-arctg[x1/(?cosφ1-y1sinφ1)]。

tan△φ1=tan(V+φ1)cos△a1=(?sinφ1+y₁cosφ1)×cos△a1/(?cosφ2-y₁sinφ1)

當攝像機O₂仰角為φ2時，同理可得，△a2=arctg(x₂/(?cosφ2一y₂sinφ2)。

發(fā)射高度：Y=Y_N一△Y。其中，發(fā)射點與測試點的高差為：△Y=L×sinθ。

煙花爆炸點分別在攝像機O₁、O₂傳感器上成像的水平和垂直方向上偏離視場中心的實際尺寸x₁、y₁,x₂、y₂可以根據(jù)煙花炸點在圖像中的像素坐標和CCD傳感器尺寸及圖像分辨率計算得到。測試點到發(fā)射點的斜距離L、兩測試點之間的距離O₁O₂、測試點與發(fā)射點的水平傾角θ以及測試點攝像機的初始仰角φ1、φ2可以通過激光測距機和傾角傳感器測得。

6.1.4.2操作步驟

煙花安全性能檢測系統(tǒng)法具體操作步驟如下：

a)如圖7所示，以燃放點為頂角ω,和兩個測試點之間要構成60°～120°的等腰三角形，兩測試點的高度差應小于1m。

b)根據(jù)預測發(fā)射高度安裝連接好測試裝置，按照表1提供的角度，將兩攝像頭調(diào)整到同一仰角，打開測試系統(tǒng)，填入“站間距離、仰角、站至煙花高低角”等參數(shù)。

c)煙花的燃放說明點燃產(chǎn)品，攝錄產(chǎn)品燃放全過程，通過軟件進行圖像分析法處理數(shù)據(jù)，讀取爆炸點高度值。

6.2發(fā)射偏斜角測定

6.2.1圓圈偏斜角測定法

6.2.1.1方法原理

根據(jù)需檢測煙花的最大發(fā)射偏斜角大小，通過余弦定理，確定圓圈的直徑和置空高度，將煙花置于圓圈中心在地面的投影位置，按燃放說明點燃，觀測判定升空的產(chǎn)品主體或效果件是否從圓圈內(nèi)穿過。如最大發(fā)射偏斜角為22.5°，在3m高處，應從直徑為2.49m的圓圈內(nèi)發(fā)射升空，否則超出22.5°。

6.2.1.2操作步驟

將直徑為2.49m的圓圈置于3m高支架上，如圖2所示，將產(chǎn)品置于地面圓心O處，按燃放說明點燃產(chǎn)品，觀測判定升空的產(chǎn)品主體或效果件是否穿過圓圈，以此判定發(fā)射偏斜角是否符合標準要求。

注：本方法可通過調(diào)整圓圈的直徑和置空高度，觀測低空發(fā)射產(chǎn)品在設定高度處是否超出規(guī)定的偏斜角度。

6.2.2觀測屏法

6.2.2.1方法原理

將產(chǎn)品發(fā)射筒與觀測屏中軸線（如圖1中線AB、A’B’)位于同一平面，并垂直于水平地面，根據(jù)需檢測偏斜角的大?。ㄈ?2.5°），在觀測屏上設立與中軸線的夾角，通過觀測屏觀測判定升空的產(chǎn)品主體或效果件是否超出夾角邊線。

6.2.2.2操作步驟

以燃放點為頂角，互成90°方向，將兩臺觀測屏垂直安裝在水平桌面或支架上，讓產(chǎn)品發(fā)射筒與觀測屏中軸線位于同一平面，按燃放說明點燃產(chǎn)品，觀測升空的產(chǎn)品主體或效果件是否在觀測屏的V形中，若從某一觀測屏中觀測到超出了V形邊線，則產(chǎn)品發(fā)射偏斜角超出標準要求：反之，符合標準要求。

注：可通過6.1.2方法設定觀測的發(fā)射（噴射）高度，并通過本方法同時觀測低空發(fā)射產(chǎn)品在該高度處是否超出規(guī)定的偏斜角度。

6.2.3煙花爆竹安全性能檢測系統(tǒng)法

6.2.3.1方法原理

如圖6所示，點N與點M在O₁XZ平面的投影距離與發(fā)射高度的正切角即為發(fā)射偏斜角，計算公式見式(2)，其中，M(X_M,Y_M,Z_M),N(X_N,Y_N,Z_N)坐標值和發(fā)射高度Y值在發(fā)射高度計算中可以

得到。

△φ=arctan(√X_N-X_M)²+(Z_N-Z_M)²/Y)           …(2）

6.2.3.2操作步驟

按6.1.4.2的步驟布場，攝錄產(chǎn)品燃放的整個過程，通過軟件進行圖像分析法處理數(shù)據(jù)，讀取爆炸點發(fā)射偏斜角。

6.3輻射半徑測定

6.3.1方法原理

如圖6所示，通過數(shù)字圖像處理方法，結(jié)合交匯測量原理，計算出煙花輻射最大的邊緣空間坐標值N₁(X_上，Y_上，Z_上)、N₂(X_左，Y_左，Z_左)、N₃(X_右，Y_右，Z_右)、N₄(X_下，Y_下，Z_下)，分別計算N₁、N₂、N₃、N₄

與炸點中心位置N的距離，取最大值為輻射半徑。

6.3.2操作步驟

按6.1.4.2的步驟布場，攝錄產(chǎn)品燃放的整個過程，通過軟件進行圖像分析法處理數(shù)據(jù)，讀取最大輻射半徑。