1. Випадок міського метеорологічного моніторингу та раннього попередження
(I) Передумови проекту
У великому австралійському місті традиційне обладнання для метеорологічного спостереження має певні обмеження щодо моніторингу змін хмарної системи, площ опадів та їх інтенсивності, і йому важко задовольнити потреби міста у вишуканих метеорологічних послугах. Особливо у разі раптової сильних конвективних погодних умов неможливо своєчасно та точно видавати ранні попередження, що створює великий ризик для життя міських жителів, транспорту та громадської безпеки. Для покращення можливостей метеорологічного моніторингу та раннього попередження відповідні відомства впровадили камери неба.
(II) Розв'язання
У різних районах міста, таких як метеорологічні станції спостереження, дахи багатоповерхових будівель та інші відкриті місця, встановлено кілька камер зображення неба. Ці камери використовують ширококутні об'єктиви для зйомки зображень неба в режимі реального часу, використовують технологію розпізнавання та обробки зображень для аналізу товщини, швидкості руху, тенденції розвитку хмар тощо, та поєднують їх з такими даними, як метеорологічні радіолокаційні та супутникові зображення хмарності. Дані підключаються до міської системи метеорологічного моніторингу та раннього попередження для забезпечення цілодобового безперервного моніторингу. Щойно виявляються ознаки аномальної погоди, система автоматично надсилає інформацію про раннє попередження відповідним відділам та громадськості.
(III) Вплив впровадження
Після введення в експлуатацію небесного зображення значно покращилися своєчасність і точність міського метеорологічного моніторингу та раннього попередження. Під час сильної конвективної погоди розвиток хмар та шлях їхнього руху точно контролювалися за 2 години, що дало міським службам боротьби з повенями, об'їзду транспорту та іншим службам достатній час реагування. Порівняно з минулим, точність метеорологічних попереджень зросла на 30%, а задоволеність населення метеорологічними послугами зросла з 70% до 85%, що ефективно зменшило економічні втрати та жертви, спричинені метеорологічними катастрофами.
2. Справа щодо забезпечення безпеки авіації в аеропорту
(I) Передумови проекту
Під час зльоту та посадки літаків в аеропорту на сході Сполучених Штатів хмарність на низькій висоті, видимість та інші метеорологічні умови мають великий вплив. Оригінальне обладнання для метеорологічного моніторингу недостатньо точне для моніторингу метеорологічних змін на невеликій території навколо аеропорту. За низької хмарності, туману та інших погодних умов важко точно оцінити видимість на злітно-посадковій смузі, що збільшує ризик затримок рейсів, скасування та навіть аварій, пов'язаних з безпекою польотів, впливаючи на експлуатаційну ефективність аеропорту та безпеку авіації. Щоб покращити цю ситуацію, в аеропорту було встановлено камеру неба.
(II) Розв’язання
На обох кінцях злітно-посадкової смуги аеропорту та в ключових місцях навколо неї встановлені високоточні камери неба для моніторингу та аналізу метеорологічних елементів, таких як хмарність, видимість та опади над аеропортом та навколо нього, у режимі реального часу. Зображення, отримані камерою, передаються до метеорологічного центру аеропорту через спеціалізовану мережу та поєднуються з даними іншого метеорологічного обладнання для створення карти метеорологічної ситуації в районі аеропорту. Коли метеорологічні умови наближаються до критичного значення стандартів зльоту та посадки або досягають його, система негайно надасть попереджувальну інформацію відділу управління повітряним рухом, авіакомпаніям тощо, забезпечуючи основу для прийняття рішень для управління повітряним рухом та складання графіків польотів.
(III) Ефект впровадження
Після встановлення камери неба можливості аеропорту щодо моніторингу складних метеорологічних умов значно покращилися. За низької хмарності та туману дальність видимості на злітно-посадковій смузі можна оцінювати точніше, що робить рішення про зліт та посадку рейсів більш науковими та обґрунтованими. Рівень затримки рейсів зменшився на 25%, а кількість скасованих рейсів з метеорологічних причин зменшилася на 20%. Водночас значно покращився рівень безпеки авіації, що гарантує безпеку подорожей пасажирів та нормальний порядок роботи аеропорту.
3. Допоміжний дослідницький випадок астрономічних спостережень
(I) Передумови проекту
Під час проведення астрономічних спостережень в астрономічній обсерваторії в Ісландії на неї значно впливають погодні фактори, особливо хмарність, що серйозно заважає плану спостережень. Традиційні прогнози погоди важко точно передбачити короткострокові зміни погоди в точці спостереження, в результаті чого обладнання для спостереження часто простоює та чекає, знижуючи ефективність спостережень та впливаючи на хід науково-дослідної роботи. Для підвищення ефективності астрономічних спостережень обсерваторія використовує камеру неба для допомоги у спостереженні.
(II) Розв’язання
Небосхилий камерний прилад встановлено на відкритій ділянці астрономічної обсерваторії для зйомки зображень неба в режимі реального часу та аналізу хмарності. Завдяки зв'язку з астрономічним обладнанням для спостереження, коли небосхилий камерний прилад виявляє, що в зоні спостереження менше хмар і погодні умови є сприятливими, астрономічне обладнання для спостереження автоматично запускається для спостереження; якщо шар хмарності збільшується або виникають інші несприятливі погодні умови, спостереження вчасно призупиняється та видається завчасне попередження. Водночас зберігаються та аналізуються довгострокові дані зображень неба, а закономірності зміни погоди в точках спостереження узагальнюються, щоб забезпечити орієнтир для розробки планів спостережень.
(III) Ефект впровадження
Після введення в експлуатацію небесного зображення ефективний час спостереження в астрономічній обсерваторії збільшився на 35%, а коефіцієнт використання спостережного обладнання значно покращився. Дослідники можуть своєчасно використовувати відповідні можливості для спостережень, отримувати більше високоякісних астрономічних даних спостережень та досягти нових наукових результатів у галузі еволюції зірок та дослідження галактик, що ефективно сприяло розвитку астрономічних досліджень.
Небосхилий сканер реалізує свою функцію шляхом збору, обробки та аналізу зображень неба. Я детально розберу, як отримувати зображення, аналізувати метеорологічні елементи та виводити результати з двох аспектів: апаратної складової та програмного алгоритму, а також поясню вам принцип роботи.
Небосхилий камерний прилад в основному контролює стан неба та метеорологічні елементи за допомогою оптичного зображення, розпізнавання зображень та технології аналізу даних. Його принцип роботи такий:
Отримання зображення: Небесний тепловізор оснащений ширококутним об'єктивом або об'єктивом типу «риб'яче око», який може знімати панорамні зображення неба з більшим кутом огляду. Діапазон зйомки деякого обладнання може досягати 360° кільцевої зйомки, щоб повністю захопити таку інформацію, як хмари та світіння на небі. Об'єктив збирає світло на датчик зображення (наприклад, CCD або CMOS), а датчик перетворює світловий сигнал на електричний або цифровий сигнал для завершення початкового отримання зображення.
Попередня обробка зображення: Зібране оригінальне зображення може мати такі проблеми, як шум та нерівномірне освітлення, тому потрібна попередня обробка. Шум зображення видаляється за допомогою алгоритму фільтрації, а контрастність та яскравість зображення регулюються за допомогою вирівнювання гістограми та інших методів для покращення чіткості об'єктів, таких як хмари, на зображенні для подальшого аналізу.
Виявлення та ідентифікація хмар: використання алгоритмів розпізнавання зображень для аналізу попередньо оброблених зображень та ідентифікації областей хмарності. До поширених методів належать алгоритми на основі сегментації порогів, які встановлюють відповідні пороги для відділення хмар від фону на основі відмінностей у відтінках сірого, кольорі та інших характеристиках між хмарами та фоном неба; алгоритми на основі машинного навчання, які навчають велику кількість маркованих даних зображення неба, щоб модель могла вивчати характерні закономірності хмар, тим самим точно ідентифікуючи хмари.
Аналіз метеорологічних елементів:
Розрахунок параметрів хмари: Після ідентифікації хмар проаналізуйте такі параметри, як товщина хмари, площа, швидкість та напрямок руху. Порівнюючи зображення, зроблені в різний час, обчисліть зміну положення хмари, а потім визначте швидкість та напрямок руху; оцініть товщину хмари на основі інформації про шкали сірого або колір хмар на зображенні, у поєднанні з моделлю передачі атмосферного випромінювання.
Оцінка видимості: Оцініть видимість атмосфери, аналізуючи чіткість, контрастність та інші характеристики віддалених сцен на зображенні в поєднанні з моделлю атмосферного розсіювання. Якщо віддалені сцени на зображенні розмиті, а контрастність низька, це означає, що видимість погана.
Оцінка погодних явищ: Окрім хмар, пристрої для відображення неба також можуть виявляти інші погодні явища. Наприклад, аналізуючи наявність крапель дощу, сніжинок та інших відбитих світлових елементів на зображенні, можна визначити, чи є опадові погодні умови; за кольором неба та змінами освітлення можна визначити, чи є такі погодні явища, як грози та туман.
Обробка та вивід даних: Проаналізовані дані метеорологічних елементів, такі як хмарність та видимість, інтегруються та виводяться у вигляді візуальних діаграм, звітів про дані тощо. Деякі пристрої для зйомки неба також підтримують об'єднання даних з іншим обладнанням для метеорологічного моніторингу (таким як метеорологічні радари та метеостанції) для надання комплексних метеорологічних інформаційних послуг для таких прикладних сценаріїв, як прогнозування погоди, безпека авіації та астрономічні спостереження.
Якщо ви хочете дізнатися більше про деталі принципів роботи певної частини небесного камери або про відмінності в принципах роботи різних типів обладнання, будь ласка, повідомте мені.
Компанія "Хонде Технолоджі Ко., Лтд."
Тел.: +86-15210548582
Email: info@hondetech.com
Вебсайт компанії:www.hondetechco.com
Час публікації: 19 червня 2025 р.