1. Kaupunkien meteorologisen seurannan ja varhaisvaroituksen tapaus
(I) Hankkeen tausta
Suuressa australialaisessa kaupungissa meteorologisessa seurannassa perinteisillä meteorologisilla havainnointilaitteilla on tiettyjä rajoituksia pilvijärjestelmän muutosten, sadealueiden ja -intensiteetin seurannassa, ja kaupungin tarkennettujen meteorologisten palveluiden tarpeiden täyttäminen on vaikeaa. Erityisesti äkillisen voimakkaan konvektiivisen sään sattuessa on mahdotonta antaa ennakkovaroituksia oikea-aikaisesti ja tarkasti, mikä aiheuttaa suuren riskin kaupunkilaisten hengelle, liikenteelle ja yleiselle turvallisuudelle. Meteorologisen seurannan ja ennakkovaroituksen parantamiseksi asiaankuuluvat yksiköt ovat ottaneet käyttöön taivaskuvaajia.
(II) Ratkaisu
Kaupungin eri alueille, kuten meteorologisiin havaintoasemiin, korkeiden rakennusten katoille ja muihin avoimiin paikkoihin, on asennettu useita taivaskuvaajia. Nämä kamerat käyttävät laajakulmaobjektiiveja ottaakseen taivaskuvia reaaliajassa, hyödyntävät kuvantunnistus- ja prosessointitekniikkaa analysoidakseen pilvien paksuutta, liikkumisnopeutta ja kehitystrendiä ja yhdistävät ne esimerkiksi meteorologisten tutka- ja satelliittipilvikuvien kaltaisiin tietoihin. Tiedot yhdistetään kaupungin meteorologiseen seuranta- ja varhaisvaroitusjärjestelmään, jotta saavutetaan 24 tunnin keskeytymätön seuranta. Kun epänormaalin sään merkkejä havaitaan, järjestelmä antaa automaattisesti varhaisvaroitustiedotteita asiaankuuluville osastoille ja yleisölle.
(III) Täytäntöönpanon vaikutus
Taivaskameran käyttöönoton jälkeen kaupunkien meteorologisen seurannan ja varhaisvaroituksen ajantasaisuus ja tarkkuus paranivat huomattavasti. Vakavan konvektiivisen säätapahtuman aikana pilvien kehitystä ja liikereittiä seurattiin tarkasti kaksi tuntia etukäteen, mikä antoi kaupungin tulvantorjunnalle, liikenteenohjaukselle ja muille osastoille riittävän vasteajan. Aiempaan verrattuna meteorologisten varoitusten tarkkuus on parantunut 30 % ja yleisön tyytyväisyys meteorologisiin palveluihin on noussut 70 %:sta 85 %:iin, mikä on tehokkaasti vähentänyt meteorologisten katastrofien aiheuttamia taloudellisia menetyksiä ja uhreja.
2. Lentokentän ilmailun turvallisuuden varmistustapaus
(I) Hankkeen tausta
Yhdysvaltojen itäosassa sijaitsevalla lentokentällä lentojen nousun ja laskeutumisen aikana matalalla olevilla pilvillä, näkyvyydellä ja muilla meteorologisilla olosuhteilla on suuri vaikutus. Alkuperäiset meteorologiset seurantalaitteet eivät ole riittävän tarkkoja seuraamaan meteorologisia muutoksia pienellä alueella lentokentän ympärillä. Matalan pilvisyyden, sumun ja muiden sääolosuhteiden aikana kiitotien näkyvyyttä on vaikea arvioida tarkasti, mikä lisää lentojen viivästysten, peruutusten ja jopa turvallisuusonnettomuuksien riskiä ja vaikuttaa lentokentän toiminnan tehokkuuteen ja lentoturvallisuuteen. Tilanteen parantamiseksi lentokenttä otti käyttöön taivaskameran.
(II) Ratkaisu
Lentokentän kiitotien molempiin päihin ja sen ympäristön keskeisiin paikkoihin on asennettu tarkkoja taivaskameroita, joilla seurataan ja analysoidaan reaaliajassa meteorologisia elementtejä, kuten pilviä, näkyvyyttä ja sadetta lentokentän yläpuolella ja ympärillä. Kuvantamislaitteiden ottamat kuvat lähetetään lentokentän meteorologiseen keskukseen erillisen verkon kautta ja yhdistetään muiden meteorologisten laitteiden tietoihin, jolloin luodaan meteorologinen tilannekartta lentokenttäalueesta. Kun meteorologiset olosuhteet ovat lähellä tai saavuttavat lentoonlähtö- ja laskeutumisstandardien kriittisen arvon, järjestelmä antaa viipymättä varoitustiedot lennonjohto-osastolle, lentoyhtiöille jne., mikä tarjoaa päätöksentekoperusteen lennonjohdon komennoille ja lentojen aikataulutukselle.
(III) Täytäntöönpanon vaikutus
Taivaskameran asentamisen jälkeen lentokentän valvontakyky monimutkaisissa meteorologisissa olosuhteissa on parantunut merkittävästi. Vähäpilvisellä ja sumuisella säällä kiitotienäkyvyyttä voidaan arvioida tarkemmin, mikä tekee lentojen nousu- ja laskeutumispäätöksistä tieteellisempiä ja järkevämpiä. Lentojen viivästymisaste on laskenut 25 % ja meteorologisista syistä johtuvien lentojen peruutusten määrä 20 %. Samalla lentoturvallisuuden tasoa on parannettu tehokkaasti, mikä varmistaa matkustajien matkustusturvallisuuden ja lentokentän normaalin toimintajärjestyksen.
3. Tähtitieteellisten havaintojen apututkimustapaus
(I) Hankkeen tausta
Islannin tähtitieteellisellä observatoriolla tehtäviin tähtitieteellisiin havaintoihin vaikuttavat suuresti säätekijät, erityisesti pilvisyys, jotka häiritsevät vakavasti havaintosuunnitelmaa. Perinteisillä sääennusteilla on vaikea ennustaa tarkasti lyhytaikaisia säämuutoksia havaintopaikalla, minkä seurauksena havaintolaitteet ovat usein käyttämättöminä ja odottavat, mikä heikentää havaintojen tehokkuutta ja vaikuttaa tieteellisen tutkimustyön edistymiseen. Tähtitieteellisten havaintojen tehokkuuden parantamiseksi observatorio käyttää havaintojen apuna taivaskuvauslaitetta.
(II) Ratkaisu
Taivaskamera on asennettu tähtitieteellisen observatorion avoimelle alueelle ottamaan taivaan kuvia reaaliajassa ja analysoimaan pilvipeittoa. Yhdistämällä sen tähtitieteellisiin havaintolaitteisiin, kun taivaskamera havaitsee, että havaintoalueella on vähemmän pilviä ja sääolosuhteet ovat sopivat, tähtitieteelliset havaintolaitteet käynnistyvät automaattisesti havainnointia varten. Jos pilvikerros kasvaa tai ilmenee muita epäsuotuisia sääolosuhteita, havainto keskeytetään ja annetaan ennakkovaroitus. Samalla pitkän aikavälin taivaskuvadata tallennetaan ja analysoidaan, ja havaintopisteiden säämuutosmallit kootaan yhteen, jotta voidaan tarjota viite havaintosuunnitelmien laatimista varten.
(III) Täytäntöönpanon vaikutus
Taivaskuvauslaitteen käyttöönoton jälkeen tähtitieteellisen observatorion tehokas havaintoaika kasvoi 35 % ja havaintolaitteiden käyttöaste parani merkittävästi. Tutkijat pystyivät hyödyntämään sopivia havaintomahdollisuuksia nopeammin, hankkimaan laadukkaampaa tähtitieteellistä havaintoaineistoa ja saavuttamaan uusia tieteellisiä tutkimustuloksia tähtien kehityksen ja galaksitutkimuksen aloilla, mikä on tehokkaasti edistänyt tähtitieteellisen tutkimuksen kehitystä.
Taivaskuvaaja toteuttaa tehtävänsä keräämällä, käsittelemällä ja analysoimalla taivaskuvia. Kerron yksityiskohtaisesti, miten kuvia hankitaan, meteorologisia elementtejä analysoidaan ja tuloksia tuotetaan laitteiston ja ohjelmistoalgoritmin avulla, ja selitän toimintaperiaatteen.
Taivaskamera valvoo pääasiassa taivaan olosuhteita ja meteorologisia elementtejä optisen kuvantamisen, kuvantunnistuksen ja data-analyysitekniikan avulla. Sen toimintaperiaate on seuraava:
Kuvanotto: Taivaskuvaaja on varustettu laajakulmaobjektiivilla tai kalansilmäobjektiivilla, jolla voidaan ottaa panoraamakuvia taivaasta laajemmalla katselukulmalla. Joidenkin laitteiden kuvausalue voi olla jopa 360°, jolloin voidaan tallentaa täydellisesti tietoja, kuten pilviä ja hohdetta taivaalla. Objektiivi suuntaa valon kuvakennolle (kuten CCD- tai CMOS-kenno), ja anturi muuntaa valosignaalin sähköiseksi signaaliksi tai digitaaliseksi signaaliksi kuvan alustavan hankinnan loppuun saattamiseksi.
Kuvan esikäsittely: Kerätyssä alkuperäisessä kuvassa voi olla ongelmia, kuten kohinaa ja epätasaista valoa, ja esikäsittely on tarpeen. Kuvan kohina poistetaan suodatusalgoritmilla, ja kuvan kontrastia ja kirkkautta säädetään histogrammin tasauksella ja muilla menetelmillä, jotta kuvassa olevat kohteet, kuten pilvien, erottuvat paremmin myöhempää analyysia varten.
Pilvien havaitseminen ja tunnistaminen: Käytä kuvantunnistusalgoritmeja esikäsiteltyjen kuvien analysointiin ja pilvialueiden tunnistamiseen. Yleisiä menetelmiä ovat kynnysarvoihin perustuvat algoritmit, jotka asettavat sopivat kynnysarvot pilvien erottamiseksi taustasta pilvien ja taivaan taustan harmaasävyjen, värien ja muiden ominaisuuksien erojen perusteella; koneoppimiseen perustuvat algoritmit, jotka kouluttavat suuren määrän merkittyjä taivaskuvatietoja, jotta malli voi oppia pilvien ominaispiirteet ja tunnistaa siten pilvet tarkasti.
Meteorologisten elementtien analyysi:
Pilviparametrien laskenta: Kun pilvet on tunnistettu, analysoi parametreja, kuten pilven paksuutta, pinta-alaa, liikkumisnopeutta ja -suuntaa. Vertaamalla eri aikoina otettuja kuvia, laske pilven sijainnin muutos ja johdanna sitten liikkumisnopeus ja -suunta; arvioi pilven paksuus kuvan pilvien harmaasävy- tai väritietojen perusteella yhdistettynä ilmakehän säteilyn läpäisymalliin.
Näkyvyyden arviointi: Arvioi ilmakehän näkyvyyttä analysoimalla kuvan kaukaisten kohtausten selkeyttä, kontrastia ja muita ominaisuuksia yhdistettynä ilmakehän sirontamalliin. Jos kuvan kaukaiset kohtaukset ovat epätarkkoja ja kontrasti on heikko, se tarkoittaa, että näkyvyys on huono.
Sääilmiöiden arviointi: Pilvien lisäksi taivaskuvaajat voivat tunnistaa myös muita sääilmiöitä. Esimerkiksi analysoimalla, onko kuvassa sadepisaroita, lumihiutaleita ja muita heijastuneen valon ominaisuuksia, on mahdollista määrittää, onko kyseessä sateinen sää; taivaan värin ja valon muutosten perusteella on mahdollista auttaa määrittämään, onko kyseessä sääilmiöitä, kuten ukkosmyrskyjä ja sumua.
Tiedonkäsittely ja tulostus: Analysoidut meteorologisten elementtien tiedot, kuten pilvet ja näkyvyys, integroidaan ja tulostetaan visuaalisten kaavioiden, dataraporttien jne. muodossa. Jotkut taivaskuvauslaitteet tukevat myös datan yhdistämistä muiden meteorologisten seurantalaitteiden (kuten säätutkien ja sääasemien) kanssa tarjotakseen kattavia meteorologisia tietopalveluita sovellusskenaarioihin, kuten sääennusteisiin, lentoturvallisuuteen ja tähtitieteellisiin havaintoihin.
Jos haluat tietää lisää taivaskuvauslaitteen tietyn osan periaatteiden yksityiskohdista tai erityyppisten laitteiden periaatteiden eroista, kerrothan minulle.
Honde Technology Co., LTD.
Puh: +86-15210548582
Email: info@hondetech.com
Yrityksen verkkosivusto:www.hondetechco.com
Julkaisun aika: 19. kesäkuuta 2025