Opis obudowy Sky Imager

1. Przypadek miejskiego monitoringu meteorologicznego i wczesnego ostrzegania

(I) Tło projektu

W monitoringu meteorologicznym dużego australijskiego miasta, tradycyjny sprzęt do obserwacji meteorologicznych ma pewne ograniczenia w monitorowaniu zmian w układzie chmur, obszarów opadów i ich intensywności, co utrudnia zaspokojenie potrzeb miasta w zakresie zaawansowanych usług meteorologicznych. Szczególnie w przypadku nagłych, gwałtownych zjawisk konwekcyjnych, niemożliwe jest wydanie wczesnych ostrzeżeń w odpowiednim czasie i z dużą dokładnością, co stanowi poważne zagrożenie dla życia mieszkańców, transportu i bezpieczeństwa publicznego. Aby poprawić możliwości monitoringu meteorologicznego i wczesnego ostrzegania, odpowiednie służby wprowadziły kamery nieba.

(II) Rozwiązanie

W różnych częściach miasta, takich jak stacje obserwacji meteorologicznej, dachy wieżowców i inne otwarte przestrzenie, zainstalowano liczne kamery nieba. Kamery te wykorzystują obiektywy szerokokątne do rejestrowania obrazów nieba w czasie rzeczywistym, a także technologię rozpoznawania i przetwarzania obrazu do analizy grubości, prędkości przemieszczania się chmur, trendów ich rozwoju itp., a następnie łączą je z danymi pochodzącymi z radarów meteorologicznych i satelitarnych obrazów chmur. Dane te są podłączone do miejskiego systemu monitoringu meteorologicznego i wczesnego ostrzegania, co zapewnia całodobowy, nieprzerwany monitoring. W przypadku wykrycia oznak anomalii pogodowych system automatycznie wysyła wczesne ostrzeżenie do odpowiednich służb i mieszkańców.

(III) Skutek wdrożenia

Po uruchomieniu systemu obrazowania nieba, terminowość i dokładność miejskiego monitoringu meteorologicznego i wczesnego ostrzegania uległy znacznej poprawie. Podczas silnego zjawiska konwekcyjnego, rozwój chmur i ich trasa przemieszczania się były dokładnie monitorowane z dwugodzinnym wyprzedzeniem, co dało miejskim służbom przeciwpowodziowym, organom odpowiedzialnym za objazdy i innym działom wystarczająco dużo czasu na reakcję. W porównaniu z poprzednimi latami, dokładność ostrzeżeń meteorologicznych wzrosła o 30%, a zadowolenie społeczeństwa z usług meteorologicznych wzrosło z 70% do 85%, skutecznie zmniejszając straty gospodarcze i liczbę ofiar śmiertelnych spowodowanych katastrofami meteorologicznymi.

2. Sprawa zapewnienia bezpieczeństwa lotnictwa lotniskowego
(I) Tło projektu​
Podczas startów i lądowań samolotów na lotnisku we wschodnich Stanach Zjednoczonych, chmury niskopoziomowe, widzialność i inne warunki meteorologiczne mają ogromny wpływ. Pierwotny sprzęt do monitoringu meteorologicznego nie jest wystarczająco precyzyjny, aby monitorować zmiany meteorologiczne na niewielkim obszarze wokół lotniska. W warunkach niskich chmur, mgły i innych warunków pogodowych trudno jest dokładnie ocenić widoczność pasa startowego, co zwiększa ryzyko opóźnień lotów, odwołań, a nawet wypadków, wpływając na wydajność operacyjną lotniska i bezpieczeństwo lotnicze. Aby poprawić tę sytuację, lotnisko zainstalowało kamerę nieba.
(II) Rozwiązanie​
Na obu końcach pasa startowego lotniska oraz w kluczowych miejscach wokół niego zainstalowano precyzyjne kamery nieba, które monitorują i analizują w czasie rzeczywistym takie parametry meteorologiczne, jak zachmurzenie, widoczność i opady nad lotniskiem i wokół niego. Zdjęcia wykonane przez kamerę są przesyłane do lotniskowego centrum meteorologicznego za pośrednictwem dedykowanej sieci i łączone z danymi z innych urządzeń meteorologicznych, tworząc mapę sytuacji meteorologicznej w rejonie lotniska. Gdy warunki meteorologiczne zbliżą się lub osiągną wartości krytyczne dla standardów startu i lądowania, system niezwłocznie przekaże ostrzeżenia do departamentu kontroli ruchu lotniczego, linii lotniczych itp., stanowiąc podstawę do podejmowania decyzji przez dowództwo kontroli ruchu lotniczego i planowanie lotów.
(III) Skutek wdrożenia​
Po zainstalowaniu kamery nieba, możliwości monitorowania złożonych warunków meteorologicznych przez lotnisko zostały znacząco ulepszone. Przy niskim zachmurzeniu i mgle, zasięg widzialności wzdłuż pasa startowego można ocenić dokładniej, co sprawia, że decyzje dotyczące startów i lądowań są bardziej naukowe i uzasadnione. Wskaźnik opóźnień lotów zmniejszył się o 25%, a liczba odwołanych lotów z przyczyn meteorologicznych – o 20%. Jednocześnie, poziom bezpieczeństwa lotniczego został skutecznie podniesiony, zapewniając bezpieczeństwo pasażerów i normalny przebieg operacji na lotnisku.

3. Przypadek pomocniczych badań obserwacyjnych astronomicznych
(I) Tło projektu​
Podczas prowadzenia obserwacji astronomicznych w obserwatorium astronomicznym na Islandii, na ich przebieg duży wpływ mają czynniki pogodowe, zwłaszcza zachmurzenie, które poważnie zakłóca plan obserwacji. Tradycyjne prognozy pogody utrudniają dokładne przewidzenie krótkoterminowych zmian pogody w punkcie obserwacyjnym, co powoduje, że sprzęt obserwacyjny często stoi w miejscu i czeka, co zmniejsza efektywność obserwacji i wpływa na postęp prac naukowych. Aby zwiększyć efektywność obserwacji astronomicznych, obserwatorium korzysta z kamery nieba wspomagającej obserwację.
(II) Rozwiązanie​
Kamera nieba jest zainstalowana na otwartej przestrzeni obserwatorium astronomicznego w celu rejestrowania obrazów nieba w czasie rzeczywistym i analizy zachmurzenia. Dzięki połączeniu z astronomicznym sprzętem obserwacyjnym, gdy kamera nieba wykryje mniejszą ilość chmur w obszarze obserwacji i odpowiednie warunki pogodowe, automatycznie uruchamia się obserwacja. W przypadku wzrostu zachmurzenia lub wystąpienia innych niekorzystnych warunków pogodowych, obserwacja zostaje wstrzymana i wydawane jest wczesne ostrzeżenie. Jednocześnie długoterminowe dane z obrazów nieba są przechowywane i analizowane, a wzorce zmian pogody w punktach obserwacyjnych są podsumowywane, co stanowi punkt odniesienia przy formułowaniu planów obserwacyjnych.
(III) Skutek wdrożenia​
Po uruchomieniu kamery nieba, efektywny czas obserwacji obserwatorium astronomicznego wzrósł o 35%, a wskaźnik wykorzystania sprzętu obserwacyjnego uległ znacznej poprawie. Naukowcy mogą teraz szybciej wykorzystywać odpowiednie okazje obserwacyjne, uzyskiwać więcej wysokiej jakości danych obserwacyjnych i osiągać nowe wyniki badań naukowych w dziedzinie ewolucji gwiazd i badań galaktyk, co skutecznie przyspieszyło rozwój badań astronomicznych.

Kamera nieba realizuje swoją funkcję poprzez gromadzenie, przetwarzanie i analizę obrazów nieba. Szczegółowo omówię, jak uzyskać obrazy, analizować elementy meteorologiczne i uzyskiwać wyniki, biorąc pod uwagę dwa aspekty: skład sprzętowy i algorytm oprogramowania, a także wyjaśnię zasadę działania.
Kamera nieba monitoruje przede wszystkim warunki atmosferyczne i elementy meteorologiczne za pomocą technologii obrazowania optycznego, rozpoznawania obrazu i analizy danych. Zasada działania kamery jest następująca:
Rejestracja obrazu: Kamera nieba jest wyposażona w obiektyw szerokokątny lub typu „rybie oko”, który umożliwia rejestrowanie panoramicznych obrazów nieba z szerszym kątem widzenia. Zasięg fotografowania niektórych urządzeń sięga 360°, co pozwala na pełne uchwycenie informacji, takich jak chmury i poświata na niebie. Obiektyw skupia światło na matrycy obrazu (takiej jak CCD lub CMOS), a matryca przetwarza sygnał świetlny na sygnał elektryczny lub cyfrowy, aby dokończyć wstępną akwizycję obrazu.
Wstępne przetwarzanie obrazu: Zebrany obraz oryginalny może zawierać problemy, takie jak szum i nierównomierne oświetlenie, dlatego wymagane jest wstępne przetwarzanie. Szum obrazu jest usuwany za pomocą algorytmu filtrującego, a kontrast i jasność obrazu są korygowane za pomocą korekcji histogramu i innych metod w celu zwiększenia przejrzystości obiektów docelowych, takich jak chmury, na potrzeby późniejszej analizy.
Wykrywanie i identyfikacja chmur: Algorytmy rozpoznawania obrazu służą do analizy wstępnie przetworzonych obrazów i identyfikacji obszarów chmur. Do popularnych metod należą algorytmy oparte na segmentacji progowej, które ustawiają odpowiednie progi, aby oddzielić chmury od tła na podstawie różnic w skali szarości, kolorze i innych cechach między chmurami a tłem nieba; algorytmy oparte na uczeniu maszynowym, które trenują dużą ilość oznaczonych danych obrazu nieba, aby umożliwić modelowi naukę charakterystycznych wzorców chmur, a tym samym precyzyjną identyfikację chmur.
Analiza elementów meteorologicznych:
Obliczanie parametrów chmur: Po zidentyfikowaniu chmur przeanalizuj parametry, takie jak grubość chmur, powierzchnia, prędkość i kierunek ich przemieszczania. Porównując zdjęcia wykonane w różnych momentach, oblicz zmianę położenia chmur, a następnie wyznacz prędkość i kierunek ich przemieszczania; oszacuj grubość chmur na podstawie informacji o skali szarości lub kolorze chmur na zdjęciu, w połączeniu z modelem transmisji promieniowania atmosferycznego.
Ocena widzialności: Oszacuj widoczność atmosferyczną, analizując klarowność, kontrast i inne cechy odległych scen na obrazie, w połączeniu z modelem rozpraszania atmosferycznego. Jeśli odległe sceny na obrazie są rozmazane, a kontrast jest niski, oznacza to, że widoczność jest słaba.
Ocena zjawisk pogodowych: Oprócz chmur, kamery nieba mogą również identyfikować inne zjawiska pogodowe. Na przykład, analizując obecność kropel deszczu, płatków śniegu i innych odbitych elementów świetlnych na obrazie, można określić, czy występują opady atmosferyczne; na podstawie koloru nieba i zmian w oświetleniu można pomóc w ustaleniu, czy występują zjawiska pogodowe, takie jak burze i mgły.
Przetwarzanie i dane wyjściowe: Analizowane dane meteorologiczne, takie jak zachmurzenie i widoczność, są integrowane i generowane w formie map wizualnych, raportów danych itp. Niektóre urządzenia do obrazowania nieba obsługują również łączenie danych z innymi urządzeniami do monitorowania meteorologicznego (takimi jak radary pogodowe i stacje meteorologiczne), co pozwala na dostarczanie kompleksowych usług informacji meteorologicznych do różnych zastosowań, takich jak prognozowanie pogody, bezpieczeństwo lotnicze i obserwacje astronomiczne.
Jeśli chcesz dowiedzieć się czegoś więcej na temat szczegółów zasad działania poszczególnych części urządzenia do obrazowania nieba lub różnic w zasadach działania różnych typów sprzętu, napisz do mnie.

Honde Technology Co., LTD.

Tel.: +86-15210548582

Email: info@hondetech.com

Strona internetowa firmy:www.hondetechco.com