1. Пример городского метеорологического мониторинга и системы раннего предупреждения
(I) Предыстория проекта
В крупном австралийском городе при метеорологическом мониторинге традиционное метеорологическое оборудование имеет определенные ограничения в отслеживании изменений облачности, зон выпадения осадков и их интенсивности, что затрудняет удовлетворение потребностей города в качественном метеорологическом обслуживании. Особенно в случае внезапных сильных конвективных явлений невозможно своевременно и точно выдавать предупреждения, что представляет большую опасность для жизни жителей города, транспорта и общественной безопасности. Для повышения эффективности метеорологического мониторинга и раннего предупреждения соответствующие ведомства внедрили приборы для съемки неба.
(II) Решение
В разных районах города, таких как метеорологические станции, крыши высотных зданий и другие открытые места, установлено множество приборов для съемки неба. Эти приборы используют широкоугольные объективы для получения изображений неба в режиме реального времени, применяют технологии распознавания и обработки изображений для анализа толщины, скорости движения, тенденций развития облаков и т. д., и объединяют их с данными, такими как метеорологические радары и спутниковые снимки облаков. Данные передаются в городскую систему метеорологического мониторинга и раннего предупреждения для обеспечения круглосуточного непрерывного наблюдения. При обнаружении признаков аномальной погоды система автоматически рассылает информацию о раннем предупреждении соответствующим ведомствам и населению.
(III) Эффект от реализации
После ввода в эксплуатацию системы мониторинга неба значительно повысилась своевременность и точность городского метеорологического мониторинга и раннего предупреждения. Во время сильных конвективных явлений развитие и траектория движения облаков точно отслеживались за 2 часа, что обеспечивало городским службам по борьбе с наводнениями, перенаправлению движения транспорта и другим ведомствам достаточное время для реагирования. По сравнению с прошлым, точность метеорологических предупреждений увеличилась на 30%, а удовлетворенность населения метеорологическими услугами возросла с 70% до 85%, что эффективно снизило экономические потери и число жертв, вызванных метеорологическими катастрофами.
2. Пример обеспечения безопасности полетов в аэропорту.
(I) Предыстория проекта
Во время взлета и посадки самолетов в аэропорту на востоке США низкооблачность, видимость и другие метеорологические условия оказывают значительное влияние. Существующее метеорологическое оборудование недостаточно точно для мониторинга метеорологических изменений на небольшой территории вокруг аэропорта. В условиях низкой облачности, тумана и других погодных условий сложно точно оценить видимость взлетно-посадочной полосы, что увеличивает риск задержек, отмен рейсов и даже аварий, влияя на эффективность работы аэропорта и безопасность полетов. Для улучшения ситуации аэропорт внедрил прибор для съемки неба.
(II) Решение
Высокоточные приборы для съемки неба установлены на обоих концах взлетно-посадочной полосы аэропорта и в ключевых местах вокруг нее для мониторинга и анализа метеорологических параметров, таких как облачность, видимость и осадки над аэропортом и вокруг него, в режиме реального времени. Снимки, полученные с помощью приборов, передаются в метеорологический центр аэропорта по выделенной сети и объединяются с данными другого метеорологического оборудования для создания карты метеорологической обстановки в районе аэропорта. Когда метеорологические условия приближаются к критическому значению, соответствующему стандартам взлета и посадки, или достигают его, система незамедлительно выдает предупреждение диспетчерской службе, авиакомпаниям и т.д., обеспечивая основу для принятия решений диспетчерской службой и планирования полетов.
(III) Эффект от реализации
После установки системы мониторинга неба возможности аэропорта по отслеживанию сложных метеорологических условий значительно расширились. В условиях низкой облачности и тумана дальность видимости взлетно-посадочной полосы стала более точной, что позволило принимать более обоснованные и взлётные решения. Количество задержек рейсов сократилось на 25%, а число отмен рейсов по метеорологическим причинам — на 20%. Одновременно с этим значительно повысился уровень авиационной безопасности, обеспечив безопасность пассажиров и нормальную работу аэропорта.
3. Пример вспомогательного исследования в области астрономических наблюдений
(I) Предыстория проекта
При проведении астрономических наблюдений в исландской астрономической обсерватории сильно влияют погодные факторы, особенно облачность, которая серьезно мешает плану наблюдений. Традиционные прогнозы погоды с трудом позволяют точно предсказать краткосрочные изменения погоды в точке наблюдения, в результате чего наблюдательное оборудование часто простаивает и ожидает, снижая эффективность наблюдений и влияя на ход научных исследований. Для повышения эффективности астрономических наблюдений обсерватория использует прибор для получения изображений неба.
(II) Решение
На открытой площадке астрономической обсерватории установлен прибор для получения изображений неба в режиме реального времени и анализа облачного покрова. Благодаря связи с астрономическим наблюдательным оборудованием, при обнаружении уменьшения облачности в зоне наблюдения и благоприятных погодных условий, астрономическое наблюдательное оборудование автоматически запускается для проведения наблюдений; если облачность увеличивается или возникают другие неблагоприятные погодные условия, наблюдения своевременно приостанавливаются, и выдается предупреждение. Одновременно с этим, данные долговременных изображений неба сохраняются и анализируются, а закономерности изменения погоды в точках наблюдения обобщаются для составления плана наблюдений.
(III) Эффект от реализации
После ввода в эксплуатацию прибора для получения изображений неба эффективное время наблюдений в астрономической обсерватории увеличилось на 35%, а коэффициент использования наблюдательного оборудования значительно повысился. Исследователи получили возможность более своевременно использовать подходящие возможности для наблюдений, получить больше высококачественных астрономических данных и достичь новых научных результатов в области звездной эволюции и исследования галактик, что эффективно способствовало развитию астрономических исследований.
Устройство для получения изображений неба выполняет свою функцию путем сбора, обработки и анализа изображений неба. Я подробно разберу, как получать изображения, анализировать метеорологические элементы и выводить результаты с двух сторон — аппаратной части и программного алгоритма, — и объясню вам принцип работы.
Устройство для получения изображений неба в основном отслеживает состояние неба и метеорологические элементы с помощью оптической визуализации, распознавания изображений и технологий анализа данных. Принцип его работы следующий:
Получение изображения: Объектив для съемки неба оснащен широкоугольным объективом или объективом «рыбий глаз», позволяющим получать панорамные изображения неба с большим углом обзора. Диапазон съемки некоторых устройств может достигать 360° кольцевой съемки, что позволяет полностью запечатлеть такую информацию, как облака и свечение в небе. Объектив фокусирует свет на датчик изображения (например, CCD или CMOS-сенсор), а датчик преобразует световой сигнал в электрический или цифровой сигнал для первоначального получения изображения.
Предварительная обработка изображения: полученное исходное изображение может содержать такие проблемы, как шум и неравномерное освещение, поэтому требуется предварительная обработка. Шум изображения удаляется с помощью алгоритма фильтрации, а контрастность и яркость изображения корректируются с помощью выравнивания гистограммы и других методов для повышения четкости таких объектов, как облака, на изображении для последующего анализа.
Обнаружение и идентификация облаков: Используйте алгоритмы распознавания изображений для анализа предварительно обработанных изображений и идентификации облачных областей. Распространенные методы включают алгоритмы сегментации на основе пороговых значений, которые устанавливают соответствующие пороговые значения для отделения облаков от фона на основе различий в оттенках серого, цвете и других характеристиках между облаками и фоном неба; алгоритмы машинного обучения, которые обучают модель на большом объеме размеченных данных изображений неба, чтобы она могла изучить характерные закономерности облаков и, таким образом, точно идентифицировать облака.
Анализ метеорологических элементов:
Расчет параметров облаков: После идентификации облаков проанализируйте такие параметры, как толщина облаков, площадь, скорость и направление движения. Сравнивая изображения, полученные в разное время, рассчитайте изменение положения облаков, а затем определите скорость и направление их движения; оцените толщину облаков на основе информации об облаках в оттенках серого или цвете на изображении, в сочетании с моделью пропускания атмосферного излучения.
Оценка видимости: Оценка атмосферной видимости производится путем анализа четкости, контраста и других характеристик удаленных объектов на изображении в сочетании с моделью атмосферного рассеяния. Если удаленные объекты на изображении размыты, а контраст низок, это означает плохую видимость.
Определение погодных явлений: Помимо облаков, специалисты по съемке неба могут выявлять и другие погодные явления. Например, анализируя наличие капель дождя, снежинок и других отраженных световых элементов на изображении, можно определить наличие осадков; по цвету неба и изменениям освещения можно определить наличие таких погодных явлений, как грозы и туман.
Обработка и вывод данных: Проанализированные метеорологические данные, такие как облачность и видимость, интегрируются и выводятся в виде визуальных диаграмм, отчетов и т. д. Некоторые приборы для съемки неба также поддерживают слияние данных с другим метеорологическим оборудованием (например, метеорологическими радарами и метеостанциями) для предоставления комплексных метеорологических информационных услуг для таких сценариев применения, как прогнозирование погоды, безопасность полетов и астрономические наблюдения.
Если вас интересуют более подробные сведения о принципах работы той или иной части прибора для получения изображений неба, или о различиях в принципах работы различных типов оборудования, пожалуйста, не стесняйтесь обращаться ко мне.
Компания «Хонде Технология» (Honde Technology Co., LTD.)
Тел.: +86-15210548582
Email: info@hondetech.com
Веб-сайт компании:www.hondetechco.com
Дата публикации: 19 июня 2025 г.