Mô tả vỏ máy ảnh bầu trời

1. Trường hợp giám sát khí tượng đô thị và cảnh báo sớm

(I) Bối cảnh dự án

Trong công tác giám sát khí tượng tại các thành phố lớn của Úc, thiết bị quan trắc khí tượng truyền thống có những hạn chế nhất định trong việc giám sát sự thay đổi của hệ thống mây, diện tích mưa và cường độ, khó có thể đáp ứng nhu cầu dịch vụ khí tượng tinh vi của thành phố. Đặc biệt, trong trường hợp thời tiết đối lưu khắc nghiệt đột ngột, việc đưa ra cảnh báo sớm kịp thời và chính xác là không thể, gây ra rủi ro lớn cho tính mạng của cư dân đô thị, giao thông và an toàn công cộng. Để nâng cao năng lực giám sát khí tượng và cảnh báo sớm, các sở ban ngành liên quan đã đưa vào sử dụng máy ảnh bầu trời.

(II) Giải pháp

Tại các khu vực khác nhau trong thành phố, chẳng hạn như các trạm quan trắc khí tượng, mái nhà cao tầng và các địa điểm mở khác, nhiều máy ảnh bầu trời được lắp đặt. Các máy ảnh này sử dụng ống kính góc rộng để chụp ảnh bầu trời theo thời gian thực, sử dụng công nghệ nhận dạng và xử lý hình ảnh để phân tích độ dày, tốc độ di chuyển, xu hướng phát triển của mây, v.v. và kết hợp chúng với dữ liệu như radar khí tượng và ảnh mây vệ tinh. Dữ liệu được kết nối với hệ thống giám sát khí tượng đô thị và cảnh báo sớm để đạt được khả năng giám sát liên tục 24/24. Khi phát hiện dấu hiệu thời tiết bất thường, hệ thống sẽ tự động cung cấp thông tin cảnh báo sớm cho các sở ban ngành liên quan và người dân.

(III) Hiệu lực thực hiện

Sau khi đưa thiết bị quan sát bầu trời vào sử dụng, tính kịp thời và độ chính xác của việc giám sát khí tượng đô thị và cảnh báo sớm đã được cải thiện đáng kể. Trong trường hợp thời tiết đối lưu nghiêm trọng, sự phát triển và đường di chuyển của mây được theo dõi chính xác trước 2 giờ, giúp các cơ quan kiểm soát lũ lụt, phân luồng giao thông và các sở ban ngành khác của thành phố có đủ thời gian ứng phó. So với trước đây, độ chính xác của các cảnh báo khí tượng đã tăng 30%, và mức độ hài lòng của người dân đối với dịch vụ khí tượng đã tăng từ 70% lên 85%, giảm đáng kể thiệt hại kinh tế và thương vong do thiên tai gây ra.

2. Vụ việc đảm bảo an toàn hàng không tại sân bay​
(I) Bối cảnh dự án​
Trong quá trình cất và hạ cánh của các chuyến bay tại một sân bay ở miền Đông Hoa Kỳ, mây thấp, tầm nhìn và các điều kiện khí tượng khác có tác động rất lớn. Thiết bị giám sát khí tượng ban đầu không đủ chính xác để theo dõi những thay đổi khí tượng trong một khu vực nhỏ xung quanh sân bay. Trong điều kiện mây thấp, sương mù và các điều kiện thời tiết khác, rất khó để đánh giá chính xác tầm nhìn đường băng, làm tăng nguy cơ hoãn chuyến bay, hủy chuyến và thậm chí là tai nạn an toàn, ảnh hưởng đến hiệu quả hoạt động và an toàn hàng không của sân bay. Để cải thiện tình trạng này, sân bay đã triển khai một hệ thống chụp ảnh bầu trời.
(II) Giải pháp​
Các thiết bị chụp ảnh bầu trời độ chính xác cao được lắp đặt ở cả hai đầu đường băng sân bay và các vị trí quan trọng xung quanh để theo dõi và phân tích các yếu tố khí tượng như mây, tầm nhìn và lượng mưa trên và xung quanh sân bay theo thời gian thực. Hình ảnh do thiết bị chụp ảnh thu được sẽ được truyền về trung tâm khí tượng sân bay thông qua mạng chuyên dụng, sau đó kết hợp với dữ liệu từ các thiết bị khí tượng khác để tạo ra bản đồ tình hình khí tượng khu vực sân bay. Khi điều kiện khí tượng gần hoặc đạt đến giá trị tới hạn của tiêu chuẩn cất hạ cánh máy bay, hệ thống sẽ nhanh chóng gửi thông tin cảnh báo đến bộ phận kiểm soát không lưu, các hãng hàng không, v.v., làm cơ sở ra quyết định cho bộ chỉ huy kiểm soát không lưu và lập lịch bay.
(III) Hiệu quả thực hiện​
Sau khi lắp đặt thiết bị quan sát bầu trời, khả năng giám sát các điều kiện khí tượng phức tạp của sân bay đã được cải thiện đáng kể. Trong điều kiện thời tiết nhiều mây và sương mù, tầm nhìn đường băng có thể được đánh giá chính xác hơn, giúp việc ra quyết định cất hạ cánh máy bay trở nên khoa học và hợp lý hơn. Tỷ lệ chậm chuyến bay đã giảm 25%, số chuyến bay bị hủy do lý do khí tượng đã giảm 20%. Đồng thời, mức độ an toàn hàng không đã được cải thiện hiệu quả, đảm bảo an toàn cho hành khách và hoạt động bình thường của sân bay.

3. Nghiên cứu phụ trợ quan sát thiên văn​
(I) Bối cảnh dự án​
Khi thực hiện quan sát thiên văn tại một đài quan sát thiên văn ở Iceland, các yếu tố thời tiết, đặc biệt là mây che phủ, sẽ ảnh hưởng nghiêm trọng đến kế hoạch quan sát. Dự báo thời tiết truyền thống khó có thể dự đoán chính xác những thay đổi thời tiết ngắn hạn tại điểm quan sát, dẫn đến việc thiết bị quan sát thường bị bỏ không, chờ đợi, làm giảm hiệu quả quan sát và ảnh hưởng đến tiến độ nghiên cứu khoa học. Để nâng cao hiệu quả quan sát thiên văn, đài quan sát sử dụng máy ảnh bầu trời để hỗ trợ quan sát.
(II) Giải pháp​
Thiết bị chụp ảnh bầu trời được lắp đặt tại khu vực mở của đài thiên văn để chụp ảnh bầu trời theo thời gian thực và phân tích độ che phủ của mây. Bằng cách kết nối với thiết bị quan sát thiên văn, khi thiết bị phát hiện lượng mây trong khu vực quan sát ít hơn và điều kiện thời tiết phù hợp, thiết bị quan sát thiên văn sẽ tự động khởi động để quan sát; nếu lượng mây tăng lên hoặc xảy ra các điều kiện thời tiết bất lợi khác, việc quan sát sẽ được tạm dừng và cảnh báo sớm sẽ được đưa ra. Đồng thời, dữ liệu ảnh bầu trời dài hạn được lưu trữ và phân tích, đồng thời mô hình biến đổi thời tiết tại các điểm quan sát được tóm tắt để làm cơ sở cho việc lập kế hoạch quan sát.
(III) Hiệu quả thực hiện​
Sau khi máy ảnh bầu trời được đưa vào sử dụng, thời gian quan sát hiệu quả của đài quan sát thiên văn đã tăng 35%, hiệu suất sử dụng thiết bị quan sát được cải thiện đáng kể. Các nhà nghiên cứu có thể nắm bắt các cơ hội quan sát phù hợp kịp thời hơn, thu thập dữ liệu quan sát thiên văn chất lượng cao hơn, đạt được những kết quả nghiên cứu khoa học mới trong lĩnh vực tiến hóa sao và nghiên cứu thiên hà, thúc đẩy hiệu quả sự phát triển của nghiên cứu thiên văn.

Máy ảnh bầu trời thực hiện chức năng của mình bằng cách thu thập, xử lý và phân tích hình ảnh bầu trời. Tôi sẽ phân tích chi tiết cách thu thập hình ảnh, phân tích các yếu tố khí tượng và đưa ra kết quả từ hai khía cạnh: thành phần phần cứng và thuật toán phần mềm, đồng thời giải thích nguyên lý hoạt động cho bạn.
Thiết bị quan sát bầu trời chủ yếu theo dõi điều kiện bầu trời và các yếu tố khí tượng thông qua công nghệ hình ảnh quang học, nhận dạng hình ảnh và phân tích dữ liệu. Nguyên lý hoạt động của thiết bị như sau:
Thu thập hình ảnh: Máy ảnh bầu trời được trang bị ống kính góc rộng hoặc ống kính mắt cá, có thể chụp ảnh toàn cảnh bầu trời với góc nhìn rộng hơn. Tầm chụp của một số thiết bị có thể đạt đến 360°, giúp ghi lại đầy đủ thông tin như mây và ánh sáng trên bầu trời. Ống kính hội tụ ánh sáng đến cảm biến hình ảnh (như cảm biến CCD hoặc CMOS), và cảm biến chuyển đổi tín hiệu ánh sáng thành tín hiệu điện hoặc tín hiệu số để hoàn tất quá trình thu thập hình ảnh ban đầu.
Tiền xử lý ảnh: Ảnh gốc thu thập được có thể gặp các vấn đề như nhiễu và ánh sáng không đồng đều, cần phải được tiền xử lý. Nhiễu ảnh được loại bỏ bằng thuật toán lọc, độ tương phản và độ sáng của ảnh được điều chỉnh bằng phương pháp cân bằng histogram và các phương pháp khác để tăng cường độ rõ nét của các mục tiêu như mây trong ảnh cho các phân tích tiếp theo.
Phát hiện và nhận dạng mây: Sử dụng thuật toán nhận dạng hình ảnh để phân tích ảnh đã xử lý trước và xác định các khu vực mây. Các phương pháp phổ biến bao gồm thuật toán phân đoạn dựa trên ngưỡng, thiết lập ngưỡng phù hợp để tách mây khỏi nền dựa trên sự khác biệt về thang độ xám, màu sắc và các đặc điểm khác giữa mây và nền trời; thuật toán dựa trên học máy, huấn luyện một lượng lớn dữ liệu ảnh bầu trời đã được gắn nhãn để cho phép mô hình học các mẫu đặc trưng của mây, từ đó xác định chính xác mây.
Phân tích yếu tố khí tượng:
Tính toán thông số mây: Sau khi xác định mây, phân tích các thông số như độ dày, diện tích, tốc độ di chuyển và hướng di chuyển của mây. So sánh ảnh chụp tại các thời điểm khác nhau, tính toán sự thay đổi vị trí mây, sau đó suy ra tốc độ và hướng di chuyển; ước tính độ dày mây dựa trên thông tin màu hoặc xám của mây trong ảnh, kết hợp với mô hình truyền bức xạ khí quyển.
Đánh giá khả năng hiển thị: Ước tính khả năng hiển thị của khí quyển bằng cách phân tích độ rõ nét, độ tương phản và các đặc điểm khác của các cảnh ở xa trong ảnh, kết hợp với mô hình tán xạ khí quyển. Nếu các cảnh ở xa trong ảnh bị mờ và độ tương phản thấp, điều đó có nghĩa là khả năng hiển thị kém.
Nhận định hiện tượng thời tiết: Ngoài mây, máy ảnh bầu trời còn có thể nhận dạng các hiện tượng thời tiết khác. Ví dụ, bằng cách phân tích xem có mưa, bông tuyết và các đặc điểm phản xạ ánh sáng khác trong ảnh hay không, có thể xác định liệu có mưa hay không; dựa trên màu sắc của bầu trời và sự thay đổi ánh sáng, có thể hỗ trợ xác định liệu có hiện tượng thời tiết như giông bão và sương mù hay không.
Xử lý và xuất dữ liệu: Dữ liệu các yếu tố khí tượng được phân tích như mây và tầm nhìn được tích hợp và xuất dưới dạng biểu đồ trực quan, báo cáo dữ liệu, v.v. Một số máy ảnh bầu trời cũng hỗ trợ kết hợp dữ liệu với các thiết bị giám sát khí tượng khác (như radar thời tiết và trạm thời tiết) để cung cấp dịch vụ thông tin khí tượng toàn diện cho các tình huống ứng dụng như dự báo thời tiết, an toàn hàng không và quan sát thiên văn.
Nếu bạn muốn biết thêm về chi tiết nguyên lý hoạt động của một bộ phận nhất định của máy ảnh bầu trời hoặc sự khác biệt về nguyên lý hoạt động của các loại thiết bị khác nhau, vui lòng cho tôi biết.

Công ty TNHH Công nghệ Honde

Điện thoại: +86-15210548582

Email: info@hondetech.com

Trang web của công ty:www.hondetechco.com