1. Prípad mestského meteorologického monitorovania a včasného varovania
(I) Pozadie projektu
Pri meteorologickom monitorovaní vo veľkom austrálskom meste majú tradičné meteorologické pozorovacie zariadenia určité obmedzenia pri monitorovaní zmien oblačnosti, oblastí a intenzity zrážok a je ťažké uspokojiť potreby mesta v oblasti náročných meteorologických služieb. Najmä v prípade náhleho silného konvektívneho počasia nie je možné včas a presne vydávať včasné varovania, čo predstavuje veľké riziko pre životy obyvateľov mesta, dopravu a verejnú bezpečnosť. S cieľom zlepšiť možnosti meteorologického monitorovania a včasného varovania príslušné oddelenia zaviedli kamery na snímanie oblohy.
(II) Riešenie
V rôznych častiach mesta, ako sú meteorologické pozorovacie stanice, strechy výškových budov a iné otvorené priestory, je nainštalovaných viacero zariadení na snímanie oblohy. Tieto zariadenia používajú širokouhlé objektívy na zachytávanie snímok oblohy v reálnom čase, pomocou technológie rozpoznávania a spracovania obrazu analyzujú hrúbku, rýchlosť pohybu, trend vývoja oblakov atď. a kombinujú ich s údajmi, ako sú snímky meteorologického radaru a satelitné snímky oblačnosti. Údaje sú pripojené k mestskému meteorologickému monitorovaciemu a varovnému systému, aby sa dosiahlo 24-hodinové nepretržité monitorovanie. Akonáhle sa zistia príznaky abnormálneho počasia, systém automaticky vydá včasné varovné informácie príslušným oddeleniam a verejnosti.
(III) Účinok implementácie
Po uvedení oblohového zobrazovača do prevádzky sa výrazne zlepšila včasnosť a presnosť monitorovania meteorológie a včasného varovania v mestách. Počas silnej konvektívnej poveternostnej udalosti bol vývoj a dráha pohybu oblakov presne monitorovaný 2 hodiny vopred, čo poskytlo mestskej protipovodňovej kontrole, odklonu dopravy a ďalším oddeleniam dostatočný reakčný čas. V porovnaní s minulosťou sa presnosť meteorologických varovaní zvýšila o 30 % a spokojnosť verejnosti s meteorologickými službami sa zvýšila zo 70 % na 85 %, čím sa efektívne znížili ekonomické straty a obete spôsobené meteorologickými katastrofami.
2. Prípad zabezpečenia bezpečnosti letiskovej leteckej dopravy
(I) Pozadie projektu
Počas vzletu a pristávania lietadiel na letisku vo východnej časti Spojených štátov má nízky objem oblačnosti, viditeľnosť a ďalšie meteorologické podmienky veľký vplyv. Pôvodné meteorologické monitorovacie zariadenia nie sú dostatočne presné na to, aby monitorovali meteorologické zmeny v malej oblasti okolo letiska. Pri nízkej oblačnosti, hmle a iných poveternostných podmienkach je ťažké presne posúdiť viditeľnosť na dráhe, čo zvyšuje riziko meškaní letov, zrušení a dokonca aj bezpečnostných nehôd, čo ovplyvňuje prevádzkovú efektivitu letiska a bezpečnosť letectva. Na zlepšenie tejto situácie letisko nasadilo kameru na snímanie oblohy.
(II) Riešenie
Na oboch koncoch letiskovej dráhy a kľúčových miestach okolo nej sú nainštalované vysoko presné snímky oblohy, ktoré monitorujú a analyzujú meteorologické prvky, ako sú oblačnosť, viditeľnosť a zrážky nad letiskom a v jeho okolí, v reálnom čase. Snímky nasnímané snímkou sa prenášajú do meteorologického centra letiska prostredníctvom vyhradenej siete a kombinujú sa s údajmi z iných meteorologických zariadení, čím sa vytvára mapa meteorologickej situácie v oblasti letiska. Keď sa meteorologické podmienky blížia ku kritickej hodnote štandardov pre vzlet a pristátie alebo ju dosiahnu, systém okamžite vydá varovné informácie oddeleniu riadenia letovej prevádzky, leteckým spoločnostiam atď., čo poskytuje základ pre rozhodovanie o velení riadenia letovej prevádzky a plánovaní letov.
(III) Účinok implementácie
Po inštalácii kamery oblohy sa výrazne zlepšila monitorovacia schopnosť letiska v zložitých meteorologických podmienkach. Pri nízkej oblačnosti a hmle je možné presnejšie posúdiť viditeľnosť dráhy, vďaka čomu sú rozhodnutia o vzlete a pristávaní lietadiel vedeckejšie a rozumnejšie. Miera meškania letov sa znížila o 25 % a počet zrušení letov z meteorologických dôvodov sa znížil o 20 %. Zároveň sa efektívne zlepšila úroveň bezpečnosti letectva, čím sa zabezpečila bezpečnosť cestujúcich a normálny prevádzkový poriadok letiska.
3. Prípad pomocného výskumu astronomického pozorovania
(I) Pozadie projektu
Pri vykonávaní astronomických pozorovaní na astronomickom observatóriu na Islande ho výrazne ovplyvňujú poveternostné faktory, najmä oblačnosť, ktorá môže vážne narušiť plán pozorovania. Tradičné predpovede počasia len ťažko presne predpovedajú krátkodobé zmeny počasia v mieste pozorovania, čo má za následok, že pozorovacie zariadenia sú často nečinné a čakajú, čo znižuje efektivitu pozorovania a ovplyvňuje priebeh vedeckého výskumu. Na zlepšenie efektivity astronomického pozorovania používa observatórium na pomoc pri pozorovaní zobrazovač oblohy.
(II) Riešenie
Snímač oblohy je nainštalovaný v otvorenom priestore astronomického observatória, aby zachytával snímky oblohy v reálnom čase a analyzoval oblačnosť. Vďaka prepojeniu s astronomickým pozorovacím zariadením sa astronomické pozorovacie zariadenie automaticky spustí na pozorovanie, keď zistí, že v pozorovacej oblasti je menej oblakov a poveternostné podmienky sú vhodné. Ak sa zvýši vrstva oblačnosti alebo sa vyskytnú iné nepriaznivé poveternostné podmienky, pozorovanie sa včas pozastaví a vydá sa včasné varovanie. Zároveň sa ukladajú a analyzujú dlhodobé snímky oblohy a zhrňujú sa vzorce zmien počasia v pozorovacích bodoch, ktoré poskytujú referenciu pre formuláciu plánov pozorovania.
(III) Účinok implementácie
Po uvedení zariadenia na snímanie oblohy do prevádzky sa efektívny čas pozorovania astronomického observatória zvýšil o 35 % a miera využitia pozorovacieho zariadenia sa výrazne zlepšila. Výskumníci môžu včas zachytiť vhodné pozorovacie príležitosti, získať viac kvalitných astronomických pozorovacích údajov a dosiahnuť nové vedecké výsledky v oblasti hviezdnej evolúcie a výskumu galaxií, čo účinne podporilo rozvoj astronomického výskumu.
Zariadenie na fotografovanie oblohy plní svoju funkciu zhromažďovaním, spracovaním a analýzou snímok oblohy. Podrobne rozoberiem, ako získať snímky, analyzovať meteorologické prvky a vygenerovať výsledky z dvoch aspektov – hardvérovej kompozície a softvérového algoritmu – a vysvetlím vám princíp fungovania.
Sky Imager monitoruje najmä podmienky na oblohe a meteorologické prvky pomocou optického zobrazovania, rozpoznávania obrazu a technológie analýzy údajov. Jeho princíp fungovania je nasledovný:
Získanie obrazu: Zariadenie na fotografovanie oblohy je vybavené širokouhlým objektívom alebo objektívom typu rybie oko, ktoré dokáže zachytiť panoramatické snímky oblohy s väčším pozorovacím uhlom. Rozsah snímania niektorých zariadení môže dosiahnuť 360° kruhové snímanie, aby sa plne zachytili informácie, ako sú oblaky a žiara na oblohe. Objektív zbieha svetlo na obrazový snímač (napríklad CCD alebo CMOS snímač) a snímač premieňa svetelný signál na elektrický alebo digitálny signál, čím sa dokončí počiatočné získanie obrazu.
Predspracovanie obrazu: Získaný pôvodný obraz môže obsahovať problémy, ako je šum a nerovnomerné svetlo, a preto je potrebné predspracovanie. Šum v obraze sa odstráni filtrovacím algoritmom a kontrast a jas obrazu sa upravia pomocou histogramového vyrovnávania a iných metód, aby sa zvýšila jasnosť cieľov, ako sú oblaky, na obraze pre následnú analýzu.
Detekcia a identifikácia oblakov: Na analýzu predspracovaných obrázkov a identifikáciu oblastí s oblakmi sa používajú algoritmy rozpoznávania obrázkov. Medzi bežné metódy patria algoritmy založené na segmentácii prahových hodnôt, ktoré nastavujú vhodné prahové hodnoty na oddelenie oblakov od pozadia na základe rozdielov v odtieňoch sivej, farbe a ďalších vlastnostiach medzi oblakmi a pozadím oblohy; algoritmy založené na strojovom učení, ktoré trénujú veľké množstvo označených obrazových údajov oblohy, aby model mohol naučiť charakteristické vzory oblakov, a tým presne identifikovať oblaky.
Analýza meteorologických prvkov:
Výpočet parametrov oblakov: Po identifikácii oblakov analyzujte parametre, ako je hrúbka oblaku, plocha, rýchlosť a smer pohybu. Porovnaním snímok zhotovených v rôznych časoch vypočítajte zmenu polohy oblaku a potom odvodte rýchlosť a smer pohybu; odhadnite hrúbku oblaku na základe informácií o odtieňoch sivej alebo farbe oblakov na obrázku v kombinácii s modelom prenosu atmosférického žiarenia.
Posúdenie viditeľnosti: Odhadnite atmosférickú viditeľnosť analýzou jasnosti, kontrastu a ďalších vlastností vzdialených scén na obrázku v kombinácii s modelom atmosférického rozptylu. Ak sú vzdialené scény na obrázku rozmazané a kontrast je nízky, znamená to, že viditeľnosť je slabá.
Posudzovanie poveternostných javov: Okrem oblakov dokážu kamery na snímanie oblohy identifikovať aj iné poveternostné javy. Napríklad analýzou toho, či sa na snímke nachádzajú dažďové kvapky, snehové vločky a iné odrazené svetelné prvky, je možné určiť, či ide o zrážkové počasie; podľa farby oblohy a zmien svetla je možné určiť, či sa vyskytujú poveternostné javy, ako sú búrky a hmla.
Spracovanie a výstup údajov: Analyzované údaje o meteorologických prvkoch, ako sú oblačnosť a viditeľnosť, sú integrované a výstupom sú vizuálne mapy, správy o údajoch atď. Niektoré zariadenia na snímanie oblohy tiež podporujú fúziu údajov s inými zariadeniami na monitorovanie meteorológie (ako sú meteorologické radary a meteorologické stanice) s cieľom poskytovať komplexné meteorologické informačné služby pre aplikačné scenáre, ako sú predpovede počasia, bezpečnosť letectva a astronomické pozorovania.
Ak sa chcete dozvedieť viac o detailoch princípov určitej časti prístroja na snímanie oblohy alebo o rozdieloch v princípoch rôznych typov zariadení, neváhajte mi to povedať.
Honde Technology Co., LTD.
Tel.: +86-15210548582
Email: info@hondetech.com
Webová stránka spoločnosti:www.hondetechco.com
Čas uverejnenia: 19. júna 2025