1. Случай городского метеорологического мониторинга и раннего оповещения
(I) Предыстория проекта
При метеорологическом мониторинге в крупном австралийском городе традиционное метеорологическое оборудование имеет определённые ограничения в отслеживании изменений облачности, зон и интенсивности осадков, что затрудняет удовлетворение потребностей города в метеорологическом обслуживании. Особенно в случае внезапного возникновения экстремальной конвективной погоды невозможно своевременно и точно выдавать ранние предупреждения, что представляет серьёзную угрозу для жизни городских жителей, транспорта и общественной безопасности. Для повышения эффективности метеорологического мониторинга и раннего оповещения соответствующие ведомства внедрили системы получения изображений неба.
(II) Решение
В различных районах города, таких как метеорологические станции, крыши высотных зданий и другие открытые площадки, установлено множество устройств для получения изображений неба. Эти устройства используют широкоугольные объективы для получения изображений неба в режиме реального времени, используют технологии распознавания и обработки изображений для анализа толщины, скорости движения, тенденций развития облаков и т.д. и объединяют эти данные с данными метеорадара и спутниковых снимков облаков. Эти данные передаются в городскую систему метеорологического мониторинга и раннего оповещения, обеспечивая круглосуточный непрерывный мониторинг. При обнаружении признаков аномальной погоды система автоматически отправляет ранние предупреждения соответствующим ведомствам и населению.
(III) Эффект реализации
После ввода в эксплуатацию устройства формирования изображений неба значительно повысилась своевременность и точность метеорологического мониторинга и раннего оповещения в городах. Во время экстремальных конвективных погодных явлений развитие и траектория движения облаков отслеживались за 2 часа, что обеспечивало городским службам по борьбе с наводнениями, организации дорожного движения и другим службам достаточное время реагирования. По сравнению с предыдущими годами точность метеорологических предупреждений выросла на 30%, а уровень удовлетворенности населения метеорологическими услугами увеличился с 70% до 85%, что позволило существенно снизить экономический ущерб и число жертв, вызванных метеорологическими катастрофами.
2. Дело о гарантии безопасности полетов в аэропорту
(I) Предыстория проекта
На взлёт и посадку самолётов в аэропорту на востоке США большое влияние оказывают облачность на низкой высоте, видимость и другие метеорологические условия. Первоначально используемое метеорологическое оборудование недостаточно точно отслеживало метеорологические изменения на небольшой территории вокруг аэропорта. В условиях низкой облачности, тумана и других погодных условий сложно точно оценить видимость на взлётно-посадочной полосе, что увеличивает риск задержек, отмен рейсов и даже аварий, что влияет на эффективность работы аэропорта и безопасность полётов. Для улучшения ситуации аэропорт развёрнул систему визуализации неба.
(II) Решение
Высокоточные устройства формирования изображений неба установлены по обоим концам взлетно-посадочной полосы аэропорта и в ключевых точках вокруг нее для мониторинга и анализа метеорологических параметров, таких как облачность, видимость и осадки, над аэропортом и вокруг него в режиме реального времени. Изображения, полученные с помощью устройства формирования изображений, передаются в метеорологический центр аэропорта по выделенной сети и объединяются с данными другого метеорологического оборудования для создания карты метеорологической обстановки в районе аэропорта. При приближении метеорологических условий к критическим значениям, установленным для взлета и посадки самолетов, или достижении их, система оперативно выдает предупреждающую информацию диспетчерской службе, авиакомпаниям и т.д., предоставляя основу для принятия решений по управлению воздушным движением и планированию полетов.
(III) Эффект реализации
После установки системы визуализации неба возможности аэропорта по мониторингу сложных метеорологических условий значительно улучшились. В условиях низкой облачности и тумана дальность видимости на взлетно-посадочной полосе оценивается точнее, что делает решения о взлете и посадке более научными и обоснованными. Количество задержек рейсов сократилось на 25%, а количество отмен рейсов по метеорологическим причинам – на 20%. Одновременно с этим существенно повысился уровень безопасности полетов, что обеспечило безопасность пассажиров и нормальную работу аэропорта.
3. Вспомогательное исследовательское дело по астрономическим наблюдениям
(I) Предыстория проекта
Проведение астрономических наблюдений в Исландской астрономической обсерватории сильно зависит от погодных факторов, особенно от облачности, что может серьёзно помешать выполнению плана наблюдений. Традиционные прогнозы погоды не позволяют точно предсказать краткосрочные изменения погоды в точке наблюдения, что приводит к частому простою оборудования, что снижает эффективность наблюдений и затрудняет ход научных исследований. Для повышения эффективности астрономических наблюдений обсерватория использует устройство формирования изображений неба.
(II) Решение
Формирователь неба устанавливается на открытой площадке астрономической обсерватории для получения изображений неба в режиме реального времени и анализа облачности. Благодаря взаимодействию с астрономическим оборудованием, когда формирователь неба обнаруживает уменьшение облачности в зоне наблюдения и благоприятные погодные условия, он автоматически включается для проведения наблюдений. При увеличении облачности или возникновении других неблагоприятных погодных условий наблюдение приостанавливается и выдается заблаговременное предупреждение. Одновременно с этим данные долгосрочных изображений неба сохраняются и анализируются, а данные об изменении погоды в точках наблюдения суммируются для предоставления справочной информации при разработке планов наблюдений.
(III) Эффект реализации
После ввода в эксплуатацию устройства для получения изображений неба эффективное время наблюдений астрономической обсерватории увеличилось на 35%, а коэффициент использования наблюдательного оборудования значительно повысился. Исследователи могут более оперативно использовать подходящие возможности для наблюдений, получать более качественные данные астрономических наблюдений и добиваться новых научных результатов в области эволюции звёзд и изучения галактик, что существенно способствовало развитию астрономических исследований.
Устройство формирования изображений неба реализует свою функцию, собирая, обрабатывая и анализируя изображения неба. Я подробно разберу, как получать изображения, анализировать метеорологические элементы и выводить результаты, исходя из двух аспектов: аппаратного обеспечения и программного алгоритма, а также объясню принцип работы.
Формирователь изображений неба в основном отслеживает состояние неба и метеорологические элементы с помощью оптических технологий формирования изображений, распознавания изображений и анализа данных. Принцип его работы заключается в следующем:
Получение изображения: Спутниковый фотоаппарат оснащён широкоугольным объективом или объективом типа «рыбий глаз», позволяющим получать панорамные снимки неба с большим углом обзора. Диапазон съёмки некоторых устройств достигает 360°, что позволяет полностью запечатлеть такие детали, как облака и свечение на небе. Объектив направляет световой поток на датчик изображения (например, ПЗС или КМОП), который преобразует световой сигнал в электрический или цифровой для завершения первоначального получения изображения.
Предварительная обработка изображения: Исходное изображение может содержать такие проблемы, как шум и неравномерное освещение, поэтому необходима предварительная обработка. Шум изображения удаляется алгоритмом фильтрации, а контрастность и яркость корректируются с помощью гистограммного выравнивания и других методов для повышения чёткости таких объектов, как облака, для последующего анализа.
Обнаружение и идентификация облаков: используйте алгоритмы распознавания изображений для анализа предварительно обработанных изображений и определения областей с облаками. К распространённым методам относятся алгоритмы пороговой сегментации, которые устанавливают соответствующие пороговые значения для отделения облаков от фона на основе различий в оттенках серого, цвете и других характеристиках облаков и фона неба; а также алгоритмы машинного обучения, которые обрабатывают большой объём размеченных данных изображений неба, позволяя модели изучать характерные особенности облаков, тем самым точно идентифицируя их.
Анализ метеорологических элементов:
Расчёт параметров облаков: После идентификации облаков проанализируйте такие параметры, как толщина облаков, их 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 оттенках серого или цвете облаков на изображении, а также модели передачи атмосферной радиации.
Оценка видимости: оцените атмосферную видимость, анализируя чёткость, контрастность и другие характеристики удалённых объектов на изображении в сочетании с моделью атмосферного рассеяния. Если удалённые объекты на изображении размыты и имеют низкую контрастность, это означает плохую видимость.
Оценка погодных явлений: Помимо облаков, специалисты по визуализации неба могут распознавать и другие погодные явления. Например, анализируя наличие на изображении капель дождя, снежинок и других отражённых световых объектов, можно определить, выпадают ли осадки; по цвету неба и изменениям освещённости можно определить наличие таких погодных явлений, как грозы и туман.
Обработка и вывод данных: Проанализированные данные по метеорологическим элементам, таким как облачность и видимость, интегрируются и выводятся в виде визуальных диаграмм, отчетов и т. д. Некоторые устройства формирования изображений неба также поддерживают объединение данных с другим оборудованием для метеорологического мониторинга (таким как метеорологические радары и метеостанции) для предоставления комплексных услуг по предоставлению метеорологической информации для таких прикладных сценариев, как прогнозирование погоды, безопасность полетов и астрономические наблюдения.
Если вы хотите узнать больше о деталях принципов работы определенной части приемника изображений неба или о различиях в принципах работы разных типов оборудования, пожалуйста, не стесняйтесь рассказать мне.
Honde Technology Co., LTD.
Тел.: +86-15210548582
Email: info@hondetech.com
Сайт компании:www.hondetechco.com
Время публикации: 19 июня 2025 г.