前  言

本标准按照GB/T1.1—2009给出的规则起草。

本标准由中国轻工业联合会提出。

本标准由全国烟花爆竹标准化技术委员会(SAC/TC149)归口。

本标准起草单位：湖南烟花爆竹产品安全质量监督检测中心、合肥维克智能科技有限公司、安徽省计量科学研究院、安徽省产品质量监督检验研究院。

本标准主要起草人：杨林、朱玉平、黄茶香、吴安平、汪龙余、王道俊、间金亮、赵元成、曾小军、张姜、盛道林。

烟花发射高度、发射偏斜角、辐射半径

测定方法

1范围

本标准规定了烟花发射高度、发射偏斜角、辐射半径测定方法。

本标准适用于烟花升空类、礼花类、组合烟花类产品燃放时发射高度、发射偏斜角、辐射半径测定；

喷花类燃放时喷射高度测定。

2规范性引用文件

下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。

GB 10631烟花爆竹 安全与质量

GB 19593烟花爆竹 组合烟花

GB 19594烟花爆竹 礼花弹

GB 50161烟花爆竹工程设计安全规范

3术语和定义

GB10631、GB19593和GB19594界定的以及下列术语和定义适用于本文件。

3.1

发射高度launching height

产品燃放时，主体或效果（件）发射升空最高效果高度或爆炸点高度。

3.2

发射偏斜角launching deflection angle

产品燃放时，主体或效果（件）发射升空偏离水平面垂线的角度。

3.3

辐射半径radiation radius

R

产品燃放时，主体或效果（件）升空爆炸时带火星体离爆炸点的最大距离。

3.4

电荷耦合器件charge-coupled device;CCD

一种将光学影像转化为数字信号的半导体器件。

3.5

面阵CCD摄像机area array CCD camera

面阵CCD是一种可以直接将二维图像转换为视频信号输出的二维图像传感器，其是按照一定的方式将一维线阵CCD的光敏单元及移位寄存器排列成二维面阵CCD。CCD摄像机集CCD摄像器件、器件驱动电路、图像处理电路、电源电路等于一体，直接输出全电视信号。

3.6

图像分析法image analysis

采用两台面阵CCD摄像机正交布场或任意角度布场后，同步拍摄烟花爆竹发射全过程，通过面阵CCD交汇测量技术，计算出发射高度、发射偏斜角及辐射半径等物理量。

4 测定环境条件

4.1气候条件

自然条件下，风速≤5m/s。

4.2场地要求

4.2.1 燃放试验场应开阔，平整，符合安全燃放要求。

4.2.2 燃放试验场外部安全距离应符合GB50161要求。

4.2.3 观测点、燃放点区域地面应坚硬平整，观测点与燃放点之间，观测点之间无障碍物阻挡视线。

4.2.4 观测点与燃放点应在同一水平面上，若不在同一水平面上，则应先测试出高度差，在计算烟花发射高度时需要加入或减去高度差。

5仪器设备

5.1标杆

5.1.1测量范围：0m～10m。

5.1.2精度：±0.01m。

5.2观测屏

5.2.1观测屏如图1所示。

5.2.2刻度精度：±1mm。

5.2.3角度精度：±0.1°。

5.3  便携式测高仪

5.3.1  测量范围：距离0m～1000m;倾角±90°。

5.3.2  精度：距离±30cm;倾角±0.25°。

5.4  烟花爆竹安全性能检测系统

5.4.1  双面阵CCD摄像机：像素大于1000万，帧频大于50帧/s。

5.4.2  测量范围及误差：发射高度0m～500m,误差<1%；发射偏斜角0°～60°，误差<1%；辐射半径0m～200m,误差<1%。

5.5  圆圈偏斜角测定装置

5.5.1  圆圈偏斜角测定装置如图2所示。

5.5.2  圆环内径：2.49m±0.01m。

5.5.3  撑杆高度：3.0m±0.01m。

6测定方法

6.1发射（喷射）高度测定

6.1.1标杆参比测量法

将标杆连接成所需高度，固定在烟花燃放点附近作参比，按烟花的燃放说明点燃产品，观测判定烟花的发射（喷射）高度或主体的升空高度是否超过或低于标杆的高度。如以1m的标杆作参比，观测D级喷花类产品喷射的带火星体高度是否超过1m;以3m、5m标杆作参比，观测升空类产品的最低升空高度是否超过3m或5m;以8m标杆作参比，观测喷花类产品喷射的带火星体高度是否超过8m。

6.1.2观测屏法

6.1.2.1方法原理

利用如图3所示直角三角形相似性，设定观测屏上观测线的高度，沿前后观测线组成的光束，观测判定烟花的发射（喷射）高度。

6.1.2.2操作步骤

观测屏法具体操作步骤如下：

a)  如图4所示，以燃放点为顶角，互成90°方向架设两台观测屏，根据需监测产品的发射（喷射）高度H(如C级组合烟花的最低高度值为15m),控制观测角Y为30°～60°，确定观测屏的位置。

b)测量贴近观测线的观测点与燃放点之间的距离L。和观测点与地面的高度差H。,观测屏前后观测线的距离L1为1m,可按照式(1)计算出前后观测屏上观测线的高度差H1。

H1=(H-H。)×L1/L               ……(1）

c)按烟花的燃放说明点燃产品，从观测点沿前后观测线组成的光束，观测产品的发射（喷射）高度是否超过或低于标准规定的高度限，若从某一观测屏观测到不符合标准要求，则可判定该产品的发射（喷射）高度不符合标准要求。

6.1.3便携式测高仪法

6.1.3.1方法原理

将测高仪对准爆炸点发射激光，记录下激光往返测高仪与爆炸点之间的时间，乘以光速，计算出测高仪与爆炸点的距离，另外通过记录下测高仪的俯仰角度，计算出爆炸点的垂直高度。

6.1.3.2操作步骤

如图5所示，选择距燃放点的合适位置[以测高仪仰角（δ）30°～60°为宜]，按烟花的燃放说明点燃产品，将测高仪对准爆炸点，调整高度测量模式，按下测量键，读取爆炸点高度值H2,和观测点与地面高度差H3相加得到爆炸点距离地面的垂直高度值。

6.1.4烟花安全性能检测系统法

6.1.4.1方法原理

利用两台面阵CCD摄像机交汇测量，如图6所示，两台面阵CCD摄像机的物镜中心分别为O₁和O₂,假设两台摄像机的基准线为水平线，两光轴相交于一点M,以左边测试点摄像机的物镜中心O₁为原点，O₁指向O₂的方向为X轴，过O₁指向上方为Y轴，Z轴在水平面内与X轴垂直，且O₁XYZ符合右手定理。点M在O₁XZ平面内的投影为M¹,两台摄像机的仰角分别为φ1、φ2,方位角分别为a₁、a₂。按照等腰三角形交汇布站时，φ1=φ2，a1=a2。

设交汇点M在坐标系O₁XYZ中的坐标M(X_M,Y_M,Z_M),则由几何关系可知，X_M=O₁M¹cosa₁,Y_M=O₁M¹tanφ1,Z_M=O₁M¹sina₁。在三角形M¹O₁O₂内，由正弦定理可知，O₁M¹=O₁O₂sina₂/sin(a₁+a₂)。

在摄像机O₁拍摄的图像上建立二维坐标系，以图像画幅中心为原点O_p,水平方向为X_p,垂直方向为Y_p,则点M的成像点与原点O_p重合。由于烟花炸点的位置不一定落在CCD摄像机的光轴上，设烟花炸点N在拍摄图像O_pX_pY_p坐标系的位置为N(X_pn,Y_pn)。M点和N点与O₁和O₂连线在竖直面内投影的夹角为△φ1、△φ2,在水平面投影的夹角为△a₁、△a₂。设烟花炸点N在O₁图像坐标系中的坐标为(X_pn1,Y_pn1),在O₂图像坐标系中的坐标为(X_pn2,Y_pn2),图像坐标系的方向与实测方向一致，角度以逆时针方向为正。

设烟花炸点N在坐标系O₁XYZ中的坐标N(X_N,Y_N,Z_N),则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)。这里摄像机的方位角：a1=arccos(O₁O₂/2L×cosθ)(L为测试点到发射点的斜距离，θ为测试点与发射点的的水平倾角，以下同)。

当摄像机无仰角时，根据光学成像原理，tanH=x₁/√y₁²+ƒ²,cosV=ƒ/√y₁²+ƒ²，tanV=y₁/ƒ,其中H、V为烟花炸点在摄像机O₁传感器上成像的水平和垂直方向上偏离视场中心的角度；x₁、y₁为烟花炸点在摄像机O₁传感器上成像的水平和垂直方向上偏离视场中心的实际尺寸；ƒ为摄像机焦距。因此，tanH/cosV=x₁/ƒ。因为tan△a1=x₁/ƒ,可得：tan△a1=tanH/cosV=x₁/ƒ;因为cos△a1=ƒ/√x₁²+ƒ²且tan△φ1=y1/√x₁²+ƒ²,可得：tan△φ1=tanVcos△a1。

当摄像机O₁仰角为φ1时，V=V¹+φ1。

tan△a1=tanH/cos(V¹+φ1)=x1/√y₁²+ƒ²/(ƒ/√y₁²+ƒ² cosφ1-y/√y₁²+ƒ² sinφ1)

=x1/(ƒcosφ1-y₁sinφ1)

因此，△a1=-arctg[x1/(ƒcosφ1-y1sinφ1)]。

tan△φ1=tan(V+φ1)cos△a1=(ƒsinφ1+y₁cosφ1)×cos△a1/(ƒcosφ2-y₁sinφ1)

当摄像机O₂仰角为φ2时，同理可得，△a2=arctg(x₂/(ƒcosφ2一y₂sinφ2)。

发射高度：Y=Y_N一△Y。其中，发射点与测试点的高差为：△Y=L×sinθ。

烟花爆炸点分别在摄像机O₁、O₂传感器上成像的水平和垂直方向上偏离视场中心的实际尺寸x₁、y₁,x₂、y₂可以根据烟花炸点在图像中的像素坐标和CCD传感器尺寸及图像分辨率计算得到。测试点到发射点的斜距离L、两测试点之间的距离O₁O₂、测试点与发射点的水平倾角θ以及测试点摄像机的初始仰角φ1、φ2可以通过激光测距机和倾角传感器测得。

6.1.4.2操作步骤

烟花安全性能检测系统法具体操作步骤如下：

a)如图7所示，以燃放点为顶角ω,和两个测试点之间要构成60°～120°的等腰三角形，两测试点的高度差应小于1m。

b)根据预测发射高度安装连接好测试装置，按照表1提供的角度，将两摄像头调整到同一仰角，打开测试系统，填入“站间距离、仰角、站至烟花高低角”等参数。

c)烟花的燃放说明点燃产品，摄录产品燃放全过程，通过软件进行图像分析法处理数据，读取爆炸点高度值。

6.2发射偏斜角测定

6.2.1圆圈偏斜角测定法

6.2.1.1方法原理

根据需检测烟花的最大发射偏斜角大小，通过余弦定理，确定圆圈的直径和置空高度，将烟花置于圆圈中心在地面的投影位置，按燃放说明点燃，观测判定升空的产品主体或效果件是否从圆圈内穿过。如最大发射偏斜角为22.5°，在3m高处，应从直径为2.49m的圆圈内发射升空，否则超出22.5°。

6.2.1.2操作步骤

将直径为2.49m的圆圈置于3m高支架上，如图2所示，将产品置于地面圆心O处，按燃放说明点燃产品，观测判定升空的产品主体或效果件是否穿过圆圈，以此判定发射偏斜角是否符合标准要求。

注：本方法可通过调整圆圈的直径和置空高度，观测低空发射产品在设定高度处是否超出规定的偏斜角度。

6.2.2观测屏法

6.2.2.1方法原理

将产品发射筒与观测屏中轴线（如图1中线AB、A’B’)位于同一平面，并垂直于水平地面，根据需检测偏斜角的大小（如22.5°），在观测屏上设立与中轴线的夹角，通过观测屏观测判定升空的产品主体或效果件是否超出夹角边线。

6.2.2.2操作步骤

以燃放点为顶角，互成90°方向，将两台观测屏垂直安装在水平桌面或支架上，让产品发射筒与观测屏中轴线位于同一平面，按燃放说明点燃产品，观测升空的产品主体或效果件是否在观测屏的V形中，若从某一观测屏中观测到超出了V形边线，则产品发射偏斜角超出标准要求：反之，符合标准要求。

注：可通过6.1.2方法设定观测的发射（喷射）高度，并通过本方法同时观测低空发射产品在该高度处是否超出规定的偏斜角度。

6.2.3烟花爆竹安全性能检测系统法

6.2.3.1方法原理

如图6所示，点N与点M在O₁XZ平面的投影距离与发射高度的正切角即为发射偏斜角，计算公式见式(2)，其中，M(X_M,Y_M,Z_M),N(X_N,Y_N,Z_N)坐标值和发射高度Y值在发射高度计算中可以

得到。

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

6.2.3.2操作步骤

按6.1.4.2的步骤布场，摄录产品燃放的整个过程，通过软件进行图像分析法处理数据，读取爆炸点发射偏斜角。

6.3辐射半径测定

6.3.1方法原理

如图6所示，通过数字图像处理方法，结合交汇测量原理，计算出烟花辐射最大的边缘空间坐标值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)，分别计算N₁、N₂、N₃、N₄

与炸点中心位置N的距离，取最大值为辐射半径。

6.3.2操作步骤

按6.1.4.2的步骤布场，摄录产品燃放的整个过程，通过软件进行图像分析法处理数据，读取最大辐射半径。