1. Случай на градски метеорологичен мониторинг и ранно предупреждение
(I) Предистория на проекта
При метеорологичния мониторинг в голям австралийски град, традиционното оборудване за метеорологично наблюдение има определени ограничения при наблюдението на промените в облачната система, площите и интензитета на валежите и е трудно да се отговори на нуждите на града от прецизни метеорологични услуги. Особено в случай на внезапно силно конвективно време е невъзможно да се издават ранни предупреждения своевременно и точно, което представлява голям риск за живота на градските жители, транспорта и обществената безопасност. За да се подобрят възможностите за метеорологичен мониторинг и ранно предупреждение, съответните ведомства въведоха небесни камери.
(II) Решение
В различни райони на града, като например метеорологични наблюдателни станции, покриви на високи сгради и други открити места, са инсталирани множество небесни камери. Тези камери използват широкоъгълни обективи, за да заснемат изображения на небето в реално време, използват технология за разпознаване и обработка на изображения, за да анализират дебелината, скоростта на движение, тенденцията на развитие на облаците и др., и ги комбинират с данни като метеорологични радарни и сателитни изображения на облаците. Данните се свързват с градската система за метеорологичен мониторинг и ранно предупреждение, за да се постигне 24-часово непрекъснато наблюдение. След като бъдат открити признаци на необичайно време, системата автоматично издава информация за ранно предупреждение на съответните отдели и обществеността.
(III) Ефект от прилагането
След пускането в употреба на небесния детектор, навременността и точността на градското метеорологично наблюдение и ранното предупреждение бяха значително подобрени. По време на тежко конвективно метеорологично събитие, развитието и траекторията на движение на облаците бяха точно наблюдавани 2 часа предварително, което даде достатъчно време за реакция на градските служби за контрол на наводненията, отклоняване на трафика и други. В сравнение с миналото, точността на метеорологичните предупреждения се е увеличила с 30%, а удовлетвореността на обществеността от метеорологичните услуги се е увеличила от 70% на 85%, което ефективно намалява икономическите загуби и жертвите, причинени от метеорологични бедствия.
2. Случай за осигуряване на безопасността на летищното въздухоплаване
(I) Предистория на проекта
По време на излитане и кацане на самолети на летище в източната част на Съединените щати, облачността на ниска надморска височина, видимостта и други метеорологични условия оказват голямо влияние. Оригиналното оборудване за метеорологичен мониторинг не е достатъчно прецизно, за да наблюдава метеорологичните промени в малка зона около летището. При ниска облачност, мъгла и други метеорологични условия е трудно да се прецени точно видимостта на пистата, което увеличава риска от закъснения на полети, отмяна на полети и дори инциденти, свързани с безопасността, и се отразява на оперативната ефективност на летището и безопасността на авиацията. За да подобри тази ситуация, летището внедри небесен образен сензор.
(II) Решение
В двата края на летищната писта и ключови места около нея са инсталирани високопрецизни небесни камери, които наблюдават и анализират метеорологични елементи като облаци, видимост и валежи над и около летището в реално време. Изображенията, заснети от камерата, се предават до метеорологичния център на летището чрез специална мрежа и се комбинират с данни от друго метеорологично оборудване, за да се генерира карта на метеорологичната ситуация в района на летището. Когато метеорологичните условия са близки до или достигнат критичната стойност на стандартите за излитане и кацане на полети, системата незабавно ще издаде предупредителна информация до отдела за контрол на въздушното движение, авиокомпаниите и др., осигурявайки основа за вземане на решения за командване на контрола на въздушното движение и планиране на полетите.
(III) Ефект от внедряването
След инсталирането на небесния фотоапарат, възможностите на летището за наблюдение на сложни метеорологични условия са значително подобрени. При ниска облачност и мъгла, видимостта на пистата може да се прецени по-точно, което прави решенията за излитане и кацане на полети по-научни и разумни. Процентът на закъснения на полети е намален с 25%, а броят на отменените полети поради метеорологични причини е намален с 20%. В същото време нивото на авиационна безопасност е ефективно подобрено, осигурявайки безопасността на пътуването на пътниците и нормалния ред на работа на летището.
3. Случай на спомагателно изследване за астрономически наблюдения
(I) Предистория на проекта
При провеждане на астрономически наблюдения в астрономическа обсерватория в Исландия, то е силно повлияно от метеорологичните фактори, особено облачността, което сериозно може да попречи на плана за наблюдение. Традиционните прогнози за времето са трудни за точно предвиждане на краткосрочни промени във времето в точката на наблюдение, което води до често бездействие и изчакване на наблюдателното оборудване, намалявайки ефективността на наблюдението и влияейки върху напредъка на научноизследователската работа. За да подобри ефективността на астрономическите наблюдения, обсерваторията използва небесен образен детектор, който подпомага наблюдението.
(II) Решение
Устройството за изображения на небето е инсталирано в открита зона на астрономическата обсерватория, за да заснема изображения на небето в реално време и да анализира облачното покритие. Чрез свързване с астрономическо оборудване за наблюдение, когато устройството заснеме, че има по-малко облаци в зоната за наблюдение и метеорологичните условия са подходящи, астрономическото оборудване за наблюдение автоматично се стартира за наблюдение; ако облачният слой се увеличи или възникнат други неблагоприятни метеорологични условия, наблюдението се прекъсва навреме и се издава ранно предупреждение. В същото време дългосрочните данни за изображенията на небето се съхраняват и анализират, а моделите на промяна на времето в точките за наблюдение се обобщават, за да се осигури справка за формулирането на планове за наблюдение.
(III) Ефект от внедряването
След пускането в експлоатация на небесния образен уред, ефективното време за наблюдение на астрономическата обсерватория се увеличи с 35%, а коефициентът на използване на наблюдателното оборудване се подобри значително. Изследователите могат да уловят подходящи възможности за наблюдение по-навременно, да получат по-висококачествени астрономически данни от наблюдения и да постигнат нови научни резултати в областта на звездната еволюция и изследванията на галактиките, което ефективно насърчи развитието на астрономическите изследвания.
Небесният фотоапарат реализира своята функция чрез събиране, обработка и анализ на небесните изображения. Ще разгледам подробно как да се получават изображения, да се анализират метеорологичните елементи и да се извеждат резултати от двата аспекта - хардуерната композиция и софтуерния алгоритъм, и ще ви обясня принципа на работа.
Небесният детектор наблюдава главно небесните условия и метеорологичните елементи чрез оптично изображение, разпознаване на изображения и технология за анализ на данни. Принципът му на работа е следният:
Заснемане на изображение: Уредът за заснемане на небето е оборудван с широкоъгълен обектив или обектив тип „рибешко око“, който може да заснема панорамни изображения на небето с по-голям ъгъл на видимост. Обхватът на снимане на някои устройства може да достигне 360° пръстеновидно снимане, така че да се улови напълно информация като облаци и сияние в небето. Обективът събира светлината върху сензора за изображение (като CCD или CMOS сензор), а сензорът преобразува светлинния сигнал в електрически или цифров сигнал, за да завърши първоначалното заснемане на изображението.
Предварителна обработка на изображението: Събраното оригинално изображение може да има проблеми като шум и неравномерна светлина и е необходима предварителна обработка. Шумът от изображението се премахва чрез алгоритъм за филтриране, а контрастът и яркостта на изображението се регулират чрез изравняване на хистограмата и други методи, за да се подобри яснотата на цели, като например облаци, в изображението за последващ анализ.
Откриване и идентифициране на облаци: Използвайте алгоритми за разпознаване на изображения, за да анализирате предварително обработени изображения и да идентифицирате области с облаци. Често срещаните методи включват алгоритми, базирани на прагова сегментация, които задават подходящи прагове за отделяне на облаците от фона въз основа на разликите в сивата скала, цвета и други характеристики между облаците и фона на небето; алгоритми, базирани на машинно обучение, които обучават голямо количество етикетирани данни за изображения на небето, за да позволят на модела да научи характерните модели на облаците, като по този начин точно идентифицира облаците.
Анализ на метеорологичните елементи:
Изчисляване на параметрите на облака: След идентифициране на облаците, анализирайте параметри като дебелина на облака, площ, скорост и посока на движение. Чрез сравняване на изображения, направени в различно време, изчислете промяната в позицията на облака и след това изведете скоростта и посоката на движение; оценете дебелината на облака въз основа на информацията за сивата скала или цвета на облаците в изображението, комбинирана с модела за предаване на атмосферна радиация.
Оценка на видимостта: Оценете атмосферната видимост, като анализирате яснотата, контраста и други характеристики на отдалечени сцени в изображението, комбинирани с модела на атмосферно разсейване. Ако отдалечените сцени в изображението са замъглени и контрастът е нисък, това означава, че видимостта е лоша.
Преценка на метеорологичните явления: В допълнение към облаците, устройствата за изображения на небето могат да идентифицират и други метеорологични явления. Например, чрез анализ на наличието на дъждовни капки, снежинки и други отразени светлинни елементи в изображението, е възможно да се определи дали има валежи; според цвета на небето и промените в светлината, е възможно да се определи дали има метеорологични явления като гръмотевични бури и мъгла.
Обработка и извеждане на данни: Анализираните данни за метеорологични елементи, като облачност и видимост, се интегрират и извеждат под формата на визуални диаграми, отчети с данни и др. Някои устройства за изображения на небето също поддържат сливане на данни с друго оборудване за метеорологичен мониторинг (като метеорологични радари и метеорологични станции), за да предоставят цялостни метеорологични информационни услуги за приложни сценарии като прогнозиране на времето, безопасност на авиацията и астрономически наблюдения.
Ако искате да научите повече за подробностите относно принципите на определена част от устройството за изображения на небето или за разликите в принципите на различните видове оборудване, не се колебайте да ми кажете.
Хонде Технолоджи Ко., ООД
Тел.: +86-15210548582
Email: info@hondetech.com
Уебсайт на компанията:www.hondetechco.com
Време на публикуване: 19 юни 2025 г.