Tổng quan về cảm biến tầm nhìn
Là thiết bị cốt lõi của hệ thống giám sát môi trường hiện đại, cảm biến tầm nhìn đo độ truyền dẫn 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. Ba giải pháp kỹ thuật chính là truyền dẫn (phương pháp đường cơ sở), tán xạ (tán xạ thuận/ngược) và hình ảnh trực quan. Trong đó, loại tán xạ thuận chiếm thị phần chính nhờ hiệu quả chi phí cao. Thiết bị điển hình như dòng Vaisala FD70 có thể phát hiện sự thay đổi tầm nhìn trong phạm vi từ 10m đến 50km với độ chính xác ±10%. Thiết bị này được trang bị giao diện RS485/Modbus và có thể hoạt động trong môi trường khắc nghiệt từ -40℃ đến +60℃.
Các thông số kỹ thuật cốt lõi
Hệ thống tự làm sạch cửa sổ quang học (ví dụ như loại bỏ bụi bằng rung 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 từ 1Hz đến 0.1Hz.
Mức tiêu thụ điện năng điển hình: <2W (nguồn điện 12VDC)
Các trường hợp ứng dụng trong công nghiệp
1. Hệ thống giao thông thông minh
Mạng lưới cảnh báo sớm đường cao tốc
Hệ thống giám sát tầm nhìn được triển khai trên đường cao tốc Thượng Hải-Nam Kinh bố trí các nút cảm biến cứ mỗi 2km tại các đoạn đường có nhiều sương mù. Khi tầm nhìn dưới 200m, thông báo giới hạn tốc độ trên bảng thông tin (120→80km/h) sẽ tự động được kích hoạt, và khi tầm nhìn dưới 50m, lối vào trạm thu phí sẽ bị đóng. Hệ thống này giúp giảm tỷ lệ tai nạn trung bình hàng năm trên đoạn đường này xuống 37%.
2. Giám sát đường băng sân bay
Sân bay quốc tế Bắc Kinh Đại Hưng sử dụng hệ thống cảm biến dự phòng ba lớp để tạo ra 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 < 550 m, 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 trắc chung về tầm nhìn và bụi mịn PM2.5 trên Quốc lộ 107, đảo ngược hệ số suy giảm 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 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 trong khu vực rừng Đại Hưng An có thể nhanh chóng xác định vị trí đám cháy trong vòng 30 phút bằng cách theo dõi sự giảm tầm nhìn bất thường (>30%/giờ) và phối hợp với việc phát hiện nguồn nhiệt hồng ngoại, tốc độ phản hồi nhanh hơn gấp 4 lần so với các phương pháp truyền thống.
Các kịch bản công nghiệp đặc biệt
1. Dịch vụ hoa tiêu cảng
Máy đo tầm nhìn laser (mẫu: Biral SWS-200) được sử dụng tại cảng Ningbo Zhoushan 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 điều kiện thời tiết sương mù bằng cách kết hợp dữ liệu radar sóng milimét với dữ liệu tầm nhìn.
2. Giám sát an toàn đường hầm
Trong đường hầm cao tốc Tần Lĩnh - Trung Nam Sơn, cứ mỗi 200m lại lắp đặt một cảm biến kép đo tầm nhìn và nồng độ CO. Khi tầm nhìn <50m và CO >150ppm, hệ thống thông gió ba cấp sẽ tự động được kích hoạt, rút ngắn thời gian phản ứng sự cố xuống còn 90 giây.
Xu hướng tiến hóa công nghệ
Kết hợp nhiều cảm biến: tích hợp nhiều thông số như tầm nhìn, 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 độ trễ thấp của số lượng lớn các nút mạng.
Mô hình học máy: thiết lập thuật toán dự đoán xác suất tai nạn giao thông liên quan đến tầm nhìn
Kế hoạch triển khai điển hình
Kiến trúc “chế độ dự phòng nóng 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 ánh đèn pha chiếu trực tiếp. Thuật toán kết hợp 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 sai trong điều kiện mưa lớn.
Với sự phát triển của xe tự lái và thành phố thông minh, các cảm biến tầm nhìn đang dần chuyển mình 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 dữ liệu chính xác hơn cho việc quản lý giao thông trong điều kiện thời tiết khắc nghiệt.
Thời gian đăng bài: 12/02/2025