前  言

本標(biāo)準(zhǔn)按照GB/T1.1—2009給出的規(guī)則起草。

本標(biāo)準(zhǔn)由中國(guó)輕工業(yè)聯(lián)合會(huì)提出。

本標(biāo)準(zhǔn)由全國(guó)煙花爆竹標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)(SAC/TC149)歸口。

本標(biāo)準(zhǔn)起草單位：湖南煙花爆竹產(chǎn)品安全質(zhì)量監(jiān)督檢測(cè)中心、合肥維克智能科技有限公司、安徽省計(jì)量科學(xué)研究院、安徽省產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)研究院。

本標(biāo)準(zhǔn)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(cè)定方法

1范圍

本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了煙花發(fā)射高度、發(fā)射偏斜角、輻射半徑測(cè)定方法。

本標(biāo)準(zhǔn)適用于煙花升空類、禮花類、組合煙花類產(chǎn)品燃放時(shí)發(fā)射高度、發(fā)射偏斜角、輻射半徑測(cè)定；

噴花類燃放時(shí)噴射高度測(cè)定。

2規(guī)范性引用文件

下列文件對(duì)于本文件的應(yīng)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(shè)計(jì)安全規(guī)范

3術(shù)語(yǔ)和定義

GB10631、GB19593和GB19594界定的以及下列術(shù)語(yǔ)和定義適用于本文件。

3.1

發(fā)射高度launching height

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

3.2

發(fā)射偏斜角launching deflection angle

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

3.4

電荷耦合器件charge-coupled device;CCD

一種將光學(xué)影像轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)的半導(dǎo)體器件。

3.5

面陣CCD攝像機(jī)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(hào)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(jī)集CCD攝像器件、器件驅(qū)動(dòng)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(hào)。

3.6

圖像分析法image analysis

采用兩臺(tái)面陣CCD攝像機(jī)正交布場(chǎng)或任意角度布場(chǎng)后，同步拍攝煙花爆竹發(fā)射全過程，通過面陣CCD交匯測(cè)量技術(shù)，計(jì)算出發(fā)射高度、發(fā)射偏斜角及輻射半徑等物理量。

4 測(cè)定環(huán)境條件

4.1氣候條件

自然條件下，風(fēng)速≤5m/s。

4.2場(chǎng)地要求

4.2.1 燃放試驗(yàn)場(chǎng)應(yīng)開闊，平整，符合安全燃放要求。

4.2.2 燃放試驗(yàn)場(chǎng)外部安全距離應(yīng)符合GB50161要求。

4.2.3 觀測(cè)點(diǎn)、燃放點(diǎn)區(qū)域地面應(yīng)堅(jiān)硬平整，觀測(cè)點(diǎn)與燃放點(diǎn)之間，觀測(cè)點(diǎn)之間無障礙物阻擋視線。

4.2.4 觀測(cè)點(diǎn)與燃放點(diǎn)應(yīng)在同一水平面上，若不在同一水平面上，則應(yīng)先測(cè)試出高度差，在計(jì)算煙花發(fā)射高度時(shí)需要加入或減去高度差。

5儀器設(shè)備

5.1標(biāo)桿

5.1.1測(cè)量范圍：0m～10m。

5.1.2精度：±0.01m。

5.2觀測(cè)屏

5.2.1觀測(cè)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(cè)高儀

5.3.1  測(cè)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(cè)系統(tǒng)

5.4.1  雙面陣CCD攝像機(jī)：像素大于1000萬，幀頻大于50幀/s。

5.4.2  測(cè)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(cè)定裝置

5.5.1  圓圈偏斜角測(cè)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(cè)定方法

6.1發(fā)射（噴射）高度測(cè)定

6.1.1標(biāo)桿參比測(cè)量法

將標(biāo)桿連接成所需高度，固定在煙花燃放點(diǎn)附近作參比，按煙花的燃放說明點(diǎn)燃產(chǎn)品，觀測(cè)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(biāo)桿的高度。如以1m的標(biāo)桿作參比，觀測(cè)D級(jí)噴花類產(chǎn)品噴射的帶火星體高度是否超過1m;以3m、5m標(biāo)桿作參比，觀測(cè)升空類產(chǎn)品的最低升空高度是否超過3m或5m;以8m標(biāo)桿作參比，觀測(cè)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(cè)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(shè)定觀測(cè)屏上觀測(cè)線的高度，沿前后觀測(cè)線組成的光束，觀測(cè)判定煙花的發(fā)射（噴射）高度。

6.1.2.2操作步驟

觀測(cè)屏法具體操作步驟如下：

a)  如圖4所示，以燃放點(diǎn)為頂角，互成90°方向架設(shè)兩臺(tái)觀測(cè)屏，根據(jù)需監(jiān)測(cè)產(chǎn)品的發(fā)射（噴射）高度H(如C級(jí)組合煙花的最低高度值為15m),控制觀測(cè)角Y為30°～60°，確定觀測(cè)屏的位置。

b)測(cè)量貼近觀測(cè)線的觀測(cè)點(diǎn)與燃放點(diǎn)之間的距離L。和觀測(cè)點(diǎn)與地面的高度差H。,觀測(cè)屏前后觀測(cè)線的距離L1為1m,可按照式(1)計(jì)算出前后觀測(cè)屏上觀測(cè)線的高度差H1。

H1=(H-H。)×L1/L               ……(1）

c)按煙花的燃放說明點(diǎn)燃產(chǎn)品，從觀測(cè)點(diǎn)沿前后觀測(cè)線組成的光束，觀測(cè)產(chǎn)品的發(fā)射（噴射）高度是否超過或低于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的高度限，若從某一觀測(cè)屏觀測(cè)到不符合標(biāo)準(zhǔn)要求，則可判定該產(chǎn)品的發(fā)射（噴射）高度不符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

6.1.3便攜式測(cè)高儀法

6.1.3.1方法原理

將測(cè)高儀對(duì)準(zhǔn)爆炸點(diǎn)發(fā)射激光，記錄下激光往返測(cè)高儀與爆炸點(diǎn)之間的時(shí)間，乘以光速，計(jì)算出測(cè)高儀與爆炸點(diǎn)的距離，另外通過記錄下測(cè)高儀的俯仰角度，計(jì)算出爆炸點(diǎn)的垂直高度。

6.1.3.2操作步驟

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

6.1.4煙花安全性能檢測(cè)系統(tǒng)法

6.1.4.1方法原理

利用兩臺(tái)面陣CCD攝像機(jī)交匯測(cè)量，如圖6所示，兩臺(tái)面陣CCD攝像機(jī)的物鏡中心分別為O₁和O₂,假設(shè)兩臺(tái)攝像機(jī)的基準(zhǔn)線為水平線，兩光軸相交于一點(diǎn)M,以左邊測(cè)試點(diǎn)攝像機(jī)的物鏡中心O₁為原點(diǎn)，O₁指向O₂的方向?yàn)閄軸，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(diǎn)M在O₁XZ平面內(nèi)的投影為M¹,兩臺(tái)攝像機(jī)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(shí)，φ1=φ2，a1=a2。

設(shè)交匯點(diǎn)M在坐標(biāo)系O₁XYZ中的坐標(biāo)M(X_M,Y_M,Z_M),則由幾何關(guān)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(jī)O₁拍攝的圖像上建立二維坐標(biāo)系，以圖像畫幅中心為原點(diǎn)O_p,水平方向?yàn)閄_p,垂直方向?yàn)閅_p,則點(diǎn)M的成像點(diǎn)與原點(diǎn)O_p重合。由于煙花炸點(diǎn)的位置不一定落在CCD攝像機(jī)的光軸上，設(shè)煙花炸點(diǎn)N在拍攝圖像O_pX_pY_p坐標(biāo)系的位置為N(X_pn,Y_pn)。M點(diǎn)和N點(diǎn)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(shè)煙花炸點(diǎn)N在O₁圖像坐標(biāo)系中的坐標(biāo)為(X_pn1,Y_pn1),在O₂圖像坐標(biāo)系中的坐標(biāo)為(X_pn2,Y_pn2),圖像坐標(biāo)系的方向與實(shí)測(cè)方向一致，角度以逆時(shí)針方向?yàn)檎?/span>

設(shè)煙花炸點(diǎn)N在坐標(biāo)系O₁XYZ中的坐標(biāo)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(jī)的方位角：a1=arccos(O₁O₂/2L×cosθ)(L為測(cè)試點(diǎn)到發(fā)射點(diǎn)的斜距離，θ為測(cè)試點(diǎn)與發(fā)射點(diǎn)的的水平傾角，以下同)。

當(dāng)攝像機(jī)無仰角時(shí)，根據(jù)光學(xué)成像原理，tanH=x₁/√y₁²+?²,cosV=?/√y₁²+?²，tanV=y₁/?,其中H、V為煙花炸點(diǎn)在攝像機(jī)O₁傳感器上成像的水平和垂直方向上偏離視場(chǎng)中心的角度；x₁、y₁為煙花炸點(diǎn)在攝像機(jī)O₁傳感器上成像的水平和垂直方向上偏離視場(chǎng)中心的實(shí)際尺寸；?為攝像機(jī)焦距。因此，tanH/cosV=x₁/?。因?yàn)閠an△a1=x₁/?,可得：tan△a1=tanH/cosV=x₁/?;因?yàn)閏os△a1=?/√x₁²+?²且tan△φ1=y1/√x₁²+?²,可得：tan△φ1=tanVcos△a1。

當(dāng)攝像機(jī)O₁仰角為φ1時(shí)，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(dāng)攝像機(jī)O₂仰角為φ2時(shí)，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(diǎn)與測(cè)試點(diǎn)的高差為：△Y=L×sinθ。

煙花爆炸點(diǎn)分別在攝像機(jī)O₁、O₂傳感器上成像的水平和垂直方向上偏離視場(chǎng)中心的實(shí)際尺寸x₁、y₁,x₂、y₂可以根據(jù)煙花炸點(diǎn)在圖像中的像素坐標(biāo)和CCD傳感器尺寸及圖像分辨率計(jì)算得到。測(cè)試點(diǎn)到發(fā)射點(diǎn)的斜距離L、兩測(cè)試點(diǎn)之間的距離O₁O₂、測(cè)試點(diǎn)與發(fā)射點(diǎn)的水平傾角θ以及測(cè)試點(diǎn)攝像機(jī)的初始仰角φ1、φ2可以通過激光測(cè)距機(jī)和傾角傳感器測(cè)得。

6.1.4.2操作步驟

煙花安全性能檢測(cè)系統(tǒng)法具體操作步驟如下：

a)如圖7所示，以燃放點(diǎn)為頂角ω,和兩個(gè)測(cè)試點(diǎn)之間要構(gòu)成60°～120°的等腰三角形，兩測(cè)試點(diǎn)的高度差應(yīng)小于1m。

b)根據(jù)預(yù)測(cè)發(fā)射高度安裝連接好測(cè)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(cè)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(diǎn)燃產(chǎn)品，攝錄產(chǎn)品燃放全過程，通過軟件進(jìn)行圖像分析法處理數(shù)據(jù)，讀取爆炸點(diǎn)高度值。

6.2發(fā)射偏斜角測(cè)定

6.2.1圓圈偏斜角測(cè)定法

6.2.1.1方法原理

根據(jù)需檢測(cè)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(diǎn)燃，觀測(cè)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(yīng)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(diǎn)燃產(chǎn)品，觀測(cè)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(biāo)準(zhǔn)要求。

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

6.2.2觀測(cè)屏法

6.2.2.1方法原理

將產(chǎn)品發(fā)射筒與觀測(cè)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(cè)偏斜角的大?。ㄈ?2.5°），在觀測(cè)屏上設(shè)立與中軸線的夾角，通過觀測(cè)屏觀測(cè)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(diǎn)為頂角，互成90°方向，將兩臺(tái)觀測(cè)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(cè)屏中軸線位于同一平面，按燃放說明點(diǎn)燃產(chǎn)品，觀測(cè)升空的產(chǎn)品主體或效果件是否在觀測(cè)屏的V形中，若從某一觀測(cè)屏中觀測(cè)到超出了V形邊線，則產(chǎn)品發(fā)射偏斜角超出標(biāo)準(zhǔn)要求：反之，符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

注：可通過6.1.2方法設(shè)定觀測(cè)的發(fā)射（噴射）高度，并通過本方法同時(shí)觀測(cè)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(cè)系統(tǒng)法

6.2.3.1方法原理

如圖6所示，點(diǎn)N與點(diǎn)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(jì)算公式見式(2)，其中，M(X_M,Y_M,Z_M),N(X_N,Y_N,Z_N)坐標(biāo)值和發(fā)射高度Y值在發(fā)射高度計(jì)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(chǎng)，攝錄產(chǎn)品燃放的整個(gè)過程，通過軟件進(jìn)行圖像分析法處理數(shù)據(jù)，讀取爆炸點(diǎn)發(fā)射偏斜角。

6.3輻射半徑測(cè)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(cè)量原理，計(jì)算出煙花輻射最大的邊緣空間坐標(biāo)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(jì)算N₁、N₂、N₃、N₄

與炸點(diǎn)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(chǎng)，攝錄產(chǎn)品燃放的整個(gè)過程，通過軟件進(jìn)行圖像分析法處理數(shù)據(jù)，讀取最大輻射半徑。