1. Případová studie městského meteorologického monitorování a včasného varování
(I) Pozadí projektu
V meteorologickém monitorování ve velkém australském městě má tradiční meteorologické pozorovací zařízení určitá omezení v monitorování změn oblačnosti, srážkových oblastí a intenzity a je obtížné uspokojit potřeby města v oblasti náročných meteorologických služeb. Zejména v případě náhlého silného konvekčního počasí je nemožné vydávat včasná a přesná varování, což představuje velké riziko pro životy obyvatel města, dopravu a veřejnou bezpečnost. Za účelem zlepšení schopností meteorologického monitorování a včasného varování zavedly příslušné úřady přístroje pro snímání oblohy.
(II) Řešení
V různých částech města, jako jsou meteorologické pozorovací stanice, střechy výškových budov a další otevřená místa, je instalováno několik zobrazovacích zařízení oblohy. Tato zobrazovací zařízení využívají širokoúhlé objektivy k zachycení snímků oblohy v reálném čase, pomocí technologií rozpoznávání a zpracování obrazu analyzují tloušťku, rychlost pohybu, trend vývoje oblačnosti atd. a kombinují je s daty, jako jsou snímky meteorologického radaru a satelitní snímky oblačnosti. Data jsou propojena s městským meteorologickým monitorovacím a varovným systémem, aby bylo možné dosáhnout nepřetržitého 24hodinového monitorování. Jakmile jsou zjištěny známky abnormálního počasí, systém automaticky vydává včasné varovné informace příslušným oddělením a veřejnosti.
(III) Implementační účinek
Po uvedení do provozu snímače oblohy se výrazně zlepšila včasnost a přesnost monitorování meteorologické situace a včasného varování ve městech. Během silného konvektivního počasí byl vývoj a dráha pohybu oblačnosti přesně monitorován 2 hodiny předem, což poskytlo městské protipovodňové kontrole, odklánění dopravy a dalším složkám dostatečný reakční čas. Ve srovnání s minulostí se přesnost meteorologických varování zvýšila o 30 % a spokojenost veřejnosti s meteorologickými službami se zvýšila ze 70 % na 85 %, což efektivně snížilo ekonomické ztráty a oběti způsobené meteorologickými katastrofami.
2. Případ zajištění bezpečnosti letectví na letištích
(I) Pozadí projektu
Během vzletu a přistání letadel na letišti ve východní části Spojených států má velký vliv oblačnost v nízkých nadmořských výškách, viditelnost a další meteorologické podmínky. Původní meteorologické monitorovací zařízení není dostatečně přesné, aby monitorovalo meteorologické změny v malé oblasti kolem letiště. Za nízké oblačnosti, mlhy a dalších povětrnostních podmínek je obtížné přesně posoudit viditelnost na dráze, což zvyšuje riziko zpoždění letů, zrušení a dokonce i bezpečnostních nehod, což ovlivňuje provozní efektivitu letiště a bezpečnost letectví. Pro zlepšení této situace letiště nasadilo kameru pro sledování oblohy.
(II) Řešení
Na obou koncích letištní dráhy a klíčových místech v jejím okolí jsou instalovány vysoce přesné snímky oblohy, které monitorují a analyzují meteorologické prvky, jako je oblačnost, viditelnost a srážky, nad letištěm a v jeho okolí, v reálném čase. Snímky pořízené snímkovacím zařízením jsou přenášeny do meteorologického centra letiště prostřednictvím vyhrazené sítě a kombinovány s daty z dalších meteorologických zařízení za účelem vytvoření mapy meteorologické situace v oblasti letiště. Když se meteorologické podmínky blíží kritické hodnotě nebo ji dosáhnou, systém neprodleně vydá varovné informace oddělení řízení letového provozu, leteckým společnostem atd., což poskytne základ pro rozhodování o řízení letového provozu a plánování letů.
(III) Implementační efekt
Po instalaci kamery oblohy se výrazně zlepšila schopnost letiště monitorovat složité meteorologické podmínky. Za nízké oblačnosti a mlhy lze přesněji posoudit dohlednost dráhy, což činí rozhodnutí o vzletech a přistání vědečtějšími a rozumnějšími. Míra zpoždění letů se snížila o 25 % a počet zrušení letů z meteorologických důvodů se snížil o 20 %. Zároveň se efektivně zlepšila úroveň bezpečnosti letectví, což zajišťuje bezpečnost cestujících a běžný provozní řád letiště.
3. Případ pomocného výzkumu astronomického pozorování
(I) Pozadí projektu
Při provádění astronomických pozorování na astronomické observatoři na Islandu je pozorování výrazně ovlivněno povětrnostními faktory, zejména oblačností, která může vážně narušit plán pozorování. Tradiční předpovědi počasí jen těžko dokáží přesně předpovědět krátkodobé změny počasí v místě pozorování, což má za následek, že pozorovací zařízení často stojí a čeká, což snižuje efektivitu pozorování a ovlivňuje postup vědeckého výzkumu. Aby se zlepšila efektivita astronomického pozorování, observatoř používá k podpoře pozorování zobrazovací přístroj oblohy.
(II) Řešení
Kamera oblohy je instalována v otevřeném prostoru astronomické observatoře, aby v reálném čase pořizovala snímky oblohy a analyzovala oblačnost. Propojením s astronomickým pozorovacím zařízením se astronomické pozorovací zařízení automaticky spustí pro pozorování, jakmile kamera zjistí, že v pozorovací oblasti je méně mraků a povětrnostní podmínky jsou vhodné. Pokud se vrstva oblačnosti zvětší nebo dojde k jiným nepříznivým povětrnostním podmínkám, pozorování se včas pozastaví a je vydáno včasné varování. Současně se ukládají a analyzují dlouhodobá data snímků oblohy a shrnují se vzorce změn počasí v pozorovacích bodech, které poskytují referenci pro formulaci plánů pozorování.
(III) Implementační efekt
Po uvedení zobrazovacího zařízení oblohy do provozu se efektivní doba pozorování astronomické observatoře zvýšila o 35 % a míra využití pozorovacího zařízení se výrazně zlepšila. Výzkumníci mohou včas zachytit vhodné pozorovací příležitosti, získat více kvalitních astronomických pozorovacích dat a dosáhli nových vědeckých výsledků v oblasti hvězdné evoluce a výzkumu galaxií, což účinně podpořilo rozvoj astronomického výzkumu.
Snímač oblohy realizuje svou funkci sběrem, zpracováním a analýzou snímků oblohy. Podrobně rozeberu, jak získávat snímky, analyzovat meteorologické prvky a vytvářet výsledky z hlediska hardwarového složení a softwarového algoritmu, a vysvětlím vám princip fungování.
Kamera oblohy monitoruje především podmínky na obloze a meteorologické prvky pomocí optického zobrazování, rozpoznávání obrazu a technologie analýzy dat. Její princip fungování je následující:
Pořízení obrazu: Zařízení pro fotografování oblohy je vybaveno širokoúhlým objektivem nebo objektivem typu rybí oko, které dokáží pořídit panoramatické snímky oblohy s větším pozorovacím úhlem. Rozsah snímání některých zařízení může dosáhnout 360° kruhového snímání, aby bylo možné plně zachytit informace, jako jsou mraky a záře na obloze. Objektiv svádí světlo na obrazový snímač (například CCD nebo CMOS) a snímač převádí světelný signál na elektrický nebo digitální signál, čímž se dokončí počáteční pořízení obrazu.
Předzpracování obrazu: Pořízený původní obraz může mít problémy, jako je šum a nerovnoměrné osvětlení, a proto je nutné provést předzpracování. Šum obrazu je odstraněn filtračním algoritmem a kontrast a jas obrazu jsou upraveny pomocí histogramového vyrovnání a dalších metod pro zvýšení jasnosti cílů, jako jsou mraky, v obraze pro následnou analýzu.
Detekce a identifikace oblaků: Využívejte algoritmy rozpoznávání obrazu k analýze předzpracovaných obrazů a identifikaci oblastí s oblaky. Mezi běžné metody patří algoritmy založené na segmentaci prahových hodnot, které nastavují vhodné prahové hodnoty pro oddělení oblaků od pozadí na základě rozdílů ve stupních šedi, barvě a dalších prvcích mezi oblaky a pozadím oblohy; algoritmy založené na strojovém učení, které trénují velké množství dat obrazu oblohy s popisky, aby model mohl naučit charakteristické vzory oblaků, a tím přesně identifikovat oblaka.
Analýza meteorologických prvků:
Výpočet parametrů oblaků: Po identifikaci oblaků analyzujte parametry, jako je tloušťka oblaku, plocha, rychlost a směr pohybu. Porovnáním snímků pořízených v různých časech vypočítejte změnu polohy oblaku a poté odvoděte rychlost a směr pohybu; odhadněte tloušťku oblaku na základě informací o stupních šedi nebo barvě oblaků na snímku v kombinaci s modelem přenosu atmosférického záření.
Posouzení viditelnosti: Odhadněte atmosférickou viditelnost analýzou jasnosti, kontrastu a dalších vlastností vzdálených scén na snímku v kombinaci s modelem atmosférického rozptylu. Pokud jsou vzdálené scény na snímku rozmazané a kontrast je nízký, znamená to, že viditelnost je špatná.
Posouzení meteorologických jevů: Kromě mraků dokáží snímky oblohy identifikovat i další meteorologické jevy. Například analýzou přítomnosti dešťových kapek, sněhových vloček a dalších odražených světelných prvků na snímku je možné určit, zda se jedná o srážkové počasí; podle barvy oblohy a změn světla je možné určit, zda se vyskytují meteorologické jevy, jako jsou bouřky a mlha.
Zpracování a výstup dat: Analyzovaná data meteorologických prvků, jako je oblačnost a viditelnost, jsou integrována a vydávána ve formě vizuálních grafů, datových zpráv atd. Některé přístroje pro zobrazování oblohy také podporují fúzi dat s dalšími meteorologickými monitorovacími zařízeními (jako jsou meteorologické radary a meteorologické stanice) a poskytují tak komplexní meteorologické informační služby pro aplikační scénáře, jako je předpověď počasí, bezpečnost letectví a astronomická pozorování.
Pokud se chcete dozvědět více o detailech principů určité části zobrazovacího přístroje oblohy nebo o rozdílech v principech různých typů zařízení, neváhejte mi to sdělit.
Honde Technology Co., LTD.
Tel.: +86-15210548582
Email: info@hondetech.com
Webové stránky společnosti:www.hondetechco.com
Čas zveřejnění: 19. června 2025