Tổng quan về cảm biến tầm nhìn
Là thiết bị cốt lõi của công nghệ giám sát môi trường hiện đại, cảm biến tầm nhìn đo độ truyền qua khí quyển theo thời gian thực thông qua nguyên lý quang điện và cung cấp dữ liệu khí tượng quan trọng cho nhiều ngành công nghiệp khác nhau. Ba giải pháp kỹ thuật chính bao gồm truyền dẫn (phương pháp đường cơ sở), tán xạ (tán xạ thuận/ngược) và hình ảnh trực quan. Trong số đó, loại tán xạ thuận chiếm lĩnh thị trường chính nhờ hiệu suất chi phí cao. Các thiết bị tiêu biểu như dòng Vaisala FD70 có thể phát hiện những thay đổi về tầm nhìn trong phạm vi từ 10m đến 50km với độ chính xác ±10%. Thiết bị được trang bị giao diện RS485/Modbus và có thể thích ứng với môi trường khắc nghiệt từ -40℃ đến +60℃.
Thông số kỹ thuật cốt lõi
Hệ thống tự làm sạch cửa sổ quang học (chẳng hạn như loại bỏ bụi bằng rung động siêu âm)
Công nghệ phân tích quang phổ đa kênh (bước sóng kép 850nm/550nm)
Thuật toán bù động (hiệu chỉnh nhiễu chéo nhiệt độ và độ ẩm)
Tần số lấy mẫu dữ liệu: Có thể điều chỉnh 1Hz~0.1Hz
Tiêu thụ điện năng điển hình: <2W (nguồn điện 12VDC)
Các trường hợp ứng dụng trong ngành
1. Hệ thống giao thông thông minh
Mạng lưới cảnh báo sớm đường cao tốc
Mạng lưới giám sát tầm nhìn được triển khai trên đường cao tốc Thượng Hải-Nam Kinh, lắp đặt các nút cảm biến cách nhau 2km ở những đoạn có sương mù dày đặc. Khi tầm nhìn <200m, thông báo giới hạn tốc độ trên bảng thông tin (120-80km/h) sẽ tự động được kích hoạt, và khi tầm nhìn <50m, cổng vào trạm thu phí sẽ đóng lại. Hệ thống này giúp giảm 37% tỷ lệ tai nạn trung bình hàng năm của đoạn đường này.
2. Giám sát đường băng sân bay
Sân bay Quốc tế Đại Hưng Bắc Kinh sử dụng mảng cảm biến dự phòng ba lớp để tạo dữ liệu tầm nhìn đường băng (RVR) theo thời gian thực. Kết hợp với hệ thống hạ cánh bằng thiết bị ILS, quy trình hạ cánh mù Loại III được khởi động khi RVR <550m, đảm bảo tỷ lệ đúng giờ của chuyến bay tăng 25%.
Ứng dụng sáng tạo của giám sát môi trường
1. Theo dõi ô nhiễm đô thị
Cục Bảo vệ Môi trường Thâm Quyến đã thiết lập một trạm quan sát chung tầm nhìn-PM2.5 trên Quốc lộ 107, đảo ngược hệ số tiêu hủy khí dung thông qua tầm nhìn và thiết lập mô hình đóng góp nguồn ô nhiễm kết hợp với dữ liệu lưu lượng giao thông, xác định thành công khí thải từ xe diesel là nguồn ô nhiễm chính (đóng góp 62%).
2. Cảnh báo nguy cơ cháy rừng
Mạng lưới cảm biến tổng hợp tầm nhìn-khói được triển khai tại khu vực rừng dãy Đại Hưng An có thể nhanh chóng xác định vị trí đám cháy trong vòng 30 phút bằng cách theo dõi mức giảm tầm nhìn bất thường (>30%/giờ) và phối hợp với phát hiện nguồn nhiệt hồng ngoại, tốc độ phản ứng cao hơn 4 lần so với các phương pháp truyền thống.
Các kịch bản công nghiệp đặc biệt
1. Hoa tiêu tàu cảng
Máy đo tầm nhìn bằng laser (model: Biral SWS-200) được sử dụng tại Cảng Ningbo Zhoushan sẽ tự động kích hoạt hệ thống cập bến tự động (APS) của tàu khi tầm nhìn <1000m và đạt được sai số cập bến <0,5m trong thời tiết sương mù bằng cách kết hợp radar sóng milimet với dữ liệu tầm nhìn.
2. Giám sát an toàn đường hầm
Trong đường hầm cao tốc Trung Nam Sơn Tần Lĩnh, cứ mỗi 200m lại lắp đặt một cảm biến thông số kép đo tầm nhìn và nồng độ CO2. Khi tầm nhìn <50m và CO2>150ppm, hệ thống thông gió ba cấp sẽ tự động kích hoạt, rút ngắn thời gian phản ứng sự cố xuống còn 90 giây.
Xu hướng phát triển công nghệ
Kết hợp nhiều cảm biến: tích hợp nhiều thông số như khả năng hiển thị, PM2.5 và nồng độ carbon đen
Điện toán biên: xử lý cục bộ để đạt được phản hồi cảnh báo ở mức mili giây
Kiến trúc 5G-MEC: hỗ trợ mạng lưới có độ trễ thấp của các nút lớn
Mô hình học máy: thiết lập thuật toán dự đoán khả năng xảy ra tai nạn giao thông
Kế hoạch triển khai điển hình
Kiến trúc "máy nóng dự phòng kép + nguồn điện mặt trời" được khuyến nghị cho các tình huống đường cao tốc, với chiều cao cột 6m và độ nghiêng 30° để tránh đèn pha chiếu trực tiếp. Thuật toán hợp nhất dữ liệu phải bao gồm mô-đun nhận dạng mưa và sương mù (dựa trên mối tương quan giữa tốc độ thay đổi tầm nhìn và độ ẩm) để tránh báo động giả trong thời tiết mưa lớn.
Với sự phát triển của xe tự hành và thành phố thông minh, cảm biến tầm nhìn đang phát triển từ các thiết bị phát hiện đơn lẻ thành các đơn vị nhận thức cốt lõi của hệ thống ra quyết định giao thông thông minh. Các công nghệ mới nhất như LiDAR đếm photon (PCLidar) mở rộng giới hạn phát hiện xuống dưới 5m, cung cấp hỗ trợ dữ liệu chính xác hơn cho việc quản lý giao thông trong điều kiện thời tiết khắc nghiệt.
Thời gian đăng: 12-02-2025