1. Trường hợp giám sát và cảnh báo sớm khí tượng đô thị
(I) Bối cảnh dự án
Tại các thành phố lớn của Úc, công tác giám sát khí tượng bằng thiết bị truyền thống có những hạn chế nhất định trong việc theo dõi sự thay đổi của hệ thống mây, diện tích và cường độ mưa, và khó đáp ứng được nhu cầu dịch vụ khí tượng chính xác của thành phố. Đặc biệt, trong trường hợp xảy ra thời tiết đối lưu mạnh đột ngột, việc đưa ra cảnh báo sớm một cách kịp thời và chính xác là không thể, gây ra rủi ro lớn cho tính mạng người dân thành thị, giao thông và an ninh công cộng. Để nâng cao khả năng giám sát và cảnh báo sớm khí tượng, các cơ quan liên quan đã đưa vào sử dụng máy ảnh bầu trời.
(II) Giải pháp
Tại nhiều khu vực khác nhau trong thành phố, chẳng hạn như các trạm quan trắc khí tượng, mái nhà của các tòa nhà cao tầng và các địa điểm ngoài trời khác, nhiều thiết bị chụp ảnh bầu trời được lắp đặt. Các thiết bị 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 các dữ liệu như radar khí tượng và ảnh vệ tinh về mây. Dữ liệu được kết nối với hệ thống giám sát và cảnh báo sớm khí tượng đô thị để đạt được khả năng giám sát liên tục 24 giờ. Khi phát hiện dấu hiệu thời tiết bất thường, hệ thống sẽ tự động phát ra thông tin cảnh báo sớm cho các cơ quan chức năng và người dân.
(III) Hiệu quả thực hiện
Sau khi thiết bị chụp ảnh bầu trời được đưa vào sử dụng, tính kịp thời và chính xác của việc giám sát và cảnh báo sớm khí tượng đô thị đã được cải thiện đáng kể. Trong các sự kiện thời tiết đối lưu mạnh, sự hình thành và đường đi của mây được giám sát chính xác trước 2 giờ, giúp các cơ quan phòng chống lũ lụt, điều tiết giao thông và các đơn vị khác trong thành phố có đủ thời gian phản ứng. So với trước đây, độ chính xác của cảnh báo khí tượng đã tăng 30%, và sự hài lòng của người dân đối với dịch vụ khí tượng đã tăng từ 70% lên 85%, giúp giảm thiểu hiệu quả thiệt hại kinh tế và thương vong do thiên tai khí tượng gây ra.
2. Hồ sơ đảm bảo an toàn hàng không tại sân bay
(I) Bối cảnh dự án
Trong quá trình cất cánh và hạ cánh của các chuyến bay tại một sân bay ở miền đông Hoa Kỳ, mây tầng thấp, tầm nhìn và các điều kiện khí tượng khác có ảnh hưởng rất lớn. Thiết bị giám sát khí tượng ban đầu không đủ chính xác để theo dõi sự 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, việc đánh giá chính xác tầm nhìn đường băng trở nên khó khăn, làm tăng nguy cơ chậm chuyến, hủy chuyến và thậm chí tai nạn an toàn, ảnh hưởng đến hiệu quả hoạt động và an toàn hàng không của sân bay. Để cải thiện tình hình này, sân bay đã triển khai một thiết bị chụp ảnh bầu trời.
(II) Giải pháp
Các thiết bị chụp ảnh bầu trời độ phân giải cao được lắp đặt ở cả hai đầu đường băng sân bay và các vị trí trọng yếu xung quanh để giám sát và phân tích các yếu tố khí tượng như mây, tầm nhìn và lượng mưa trên và xung quanh sân bay trong thời gian thực. Hình ảnh do thiết bị chụp được truyền đến trung tâm khí tượng sân bay thông qua mạng chuyên dụng và 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 cánh và hạ cánh, hệ thống sẽ nhanh chóng phát ra thông tin cảnh báo cho bộ phận kiểm soát không lưu, các hãng hàng không, v.v., cung cấp cơ sở ra quyết định cho việc chỉ huy kiểm soát không lưu và lập lịch bay.
(III) Hiệu quả thực hiện
Sau khi lắp đặt thiết bị chụp ảnh bầu trời, khả năng giám sát các điều kiện thời tiết phức tạp của sân bay đã được tăng cường đáng kể. Trong điều kiện mây thấp và sương mù, tầm nhìn đường băng có thể được đánh giá chính xác hơn, giúp đưa ra các quyết định cất cánh và hạ cánh khoa học và hợp lý hơn. Tỷ lệ chậm chuyến bay đã giảm 25%, và số lượng chuyến bay bị hủy do lý do thời tiết 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 về quan sát thiên văn
(I) Bối cảnh dự án
Khi tiến hành quan sát thiên văn tại đài quan sát thiên văn ở Iceland, các yếu tố thời tiết, đặc biệt là mây che phủ, ảnh hưởng rất lớn 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 xuyên phải ngừng hoạt động và chờ đợi, làm giảm hiệu quả quan sát và ảnh hưởng đến tiến độ công tác nghiên cứu khoa học. Để nâng cao hiệu quả quan sát thiên văn, đài quan sát sử dụng máy ảnh chụp bầu trời để hỗ trợ quan sát.
(II) Giải pháp
Thiết bị chụp ảnh bầu trời được lắp đặt ở khu vực ngoài trời của đài quan sát thiên văn để thu thập hình 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 chụp ảnh bầu trời phát hiện thấy lượng mây giảm ở khu vực quan sát và điều kiện thời tiết thuận lợi, thiết bị quan sát thiên văn sẽ tự động được khởi động để quan sát; nếu lớp mây dày lên hoặc xảy ra các điều kiện thời tiết bất lợi khác, việc quan sát sẽ bị tạm dừng kịp thời và cảnh báo sớm sẽ được phát ra. Đồng thời, dữ liệu hình ảnh bầu trời dài hạn được lưu trữ và phân tích, và các mô hình thay đổi thời tiết của các điểm quan sát được tổng hợp để cung cấp cơ sở tham khảo cho việc lập kế hoạch quan sát.
(III) Hiệu quả thực hiện
Sau khi thiết bị chụp ảnh bầu trời được đưa vào sử dụng, thời gian quan sát hiệu quả của đài quan sát thiên văn đã tăng 35%, và tỷ lệ 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 được nhiều dữ liệu quan sát thiên văn chất lượng cao hơn và đạt được những kết quả nghiên cứu khoa học mới trong lĩnh vực tiến hóa sao và nghiên cứu thiên hà, điều này đã 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 được hình ảnh, phân tích các yếu tố khí tượng và xuất kết quả từ hai khía cạnh cấu tạo phần cứng và thuật toán phần mềm, đồng thời giải thích nguyên lý hoạt động cho các bạn.
Thiết bị chụp ảnh bầu trời chủ yếu giám sát các điều kiện bầu trời và các yếu tố khí tượng thông qua công nghệ chụp ảnh quang học, nhận dạng hình ảnh và phân tích dữ liệu. Nguyên lý hoạt động của nó như sau:
Thu nhận 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. Phạm vi chụp của một số thiết bị có thể đạt tới chụp ảnh vòng tròn 360°, để thu được đầy đủ thông tin như mây và ánh sáng trên bầu trời. Ống kính hội tụ ánh sáng lên 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 thành việc thu nhận hình ảnh ban đầu.
Xử lý sơ bộ ảnh: Ảnh gốc thu được có thể gặp các vấn đề như nhiễu và ánh sáng không đều, do đó cần phải xử lý sơ bộ. Nhiễu ảnh được loại bỏ bằng thuật toán lọc, và độ tương phản cũng như độ sáng được điều chỉnh bằng phương pháp cân bằng biểu đồ và các phương pháp khác để tăng cường độ rõ nét của các đối tượng như mây trong ảnh cho quá trình phân tích tiếp theo.
Phát hiện và nhận dạng mây: Sử dụng các thuật toán nhận dạng hình ảnh để phân tích hình ảnh đã được xử lý trước và xác định các vùng mây. Các phương pháp phổ biến bao gồm các thuật toán dựa trên phân đoạn ngưỡng, thiết lập các ngưỡng thích hợp để tách mây khỏi nền dựa trên sự khác biệt về độ xám, màu sắc và các đặc điểm khác giữa mây và nền trời; các thuật toán dựa trên học máy, huấn luyện một lượng lớn dữ liệu hình ảnh bầu trời được gắn nhãn để cho phép mô hình học các mẫu đặc trưng của mây, từ đó xác định mây một cách chính xác.
Phân tích các yếu tố khí tượng:
Tính toán tham số đám mây: Sau khi xác định các đám mây, phân tích các tham số như độ dày, diện tích, tốc độ và hướng di chuyển của đám mây. Bằng cách so sánh các hình ảnh được chụp ở các thời điểm khác nhau, tính toán sự thay đổi vị trí của đám mây, sau đó suy ra tốc độ và hướng di chuyển; ước tính độ dày của đám mây dựa trên thông tin thang độ xám hoặc màu sắc của đám mây trong hình ảnh, kết hợp với mô hình truyền bức xạ khí quyển.
Đánh giá tầm nhìn: Ước tính tầm nhìn khí quyển bằng cách phân tích độ rõ nét, độ tương phản và các đặc điểm khác của các cảnh xa trong ảnh, kết hợp với mô hình tán xạ khí quyển. Nếu các cảnh xa trong ảnh bị mờ và độ tương phản thấp, điều đó có nghĩa là tầm nhìn kém.
Đánh giá hiện tượng thời tiết: Ngoài mây, máy ảnh chụp bầu trời còn có thể xác định các hiện tượng thời tiết khác. Ví dụ, bằng cách phân tích xem có giọt mưa, bông tuyết và các đặc điểm ánh sáng phản chiếu khác trong ảnh hay không, có thể xác định xem có mưa hay không; dựa vào màu sắc của bầu trời và sự thay đổi ánh sáng, có thể hỗ trợ xác định xem có các hiện tượng thời tiết như giông bão và sương mù hay không.
Xử lý và xuất dữ liệu: Dữ liệu về các yếu tố khí tượng đã được phân tích, chẳng hạn như mây và tầm nhìn, được tích hợp và xuất ra dưới dạng biểu đồ trực quan, báo cáo dữ liệu, v.v. Một số thiết bị chụp ảnh bầu trời cũng hỗ trợ tích 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 kịch bản ứng dụng như dự báo thời tiết, an toàn hàng không và quan sát thiên văn.
Nếu bạn muốn tìm hiểu thêm về chi tiết nguyên lý hoạt động của một bộ phận cụ thể nào đó của máy ảnh chụp bầu trời, hoặc sự khác biệt về nguyên lý hoạt động của các loại thiết bị khác nhau, xin vui lòng cho tôi biết.
Công ty TNHH Công nghệ Honde
Điện thoại: +86-15210548582
Email: info@hondetech.com
Trang web công ty:www.hondetechco.com
Thời gian đăng bài: 19/06/2025