۱. مورد پایش و هشدار زودهنگام هواشناسی شهری
(۱) پیشینه پروژه
در پایش هواشناسی در یک شهر بزرگ استرالیا، تجهیزات سنتی رصد هواشناسی محدودیت‌های خاصی در پایش تغییرات سیستم ابری، مناطق بارش و شدت بارش دارند و برآورده کردن نیازهای خدمات هواشناسی اصلاح‌شده شهر دشوار است. به‌ویژه در صورت وقوع ناگهانی هوای همرفتی شدید، صدور هشدارهای اولیه به موقع و دقیق غیرممکن است که این امر خطر بزرگی را برای جان ساکنان شهر، حمل‌ونقل و امنیت عمومی ایجاد می‌کند. به منظور بهبود توانایی پایش هواشناسی و هشدار اولیه، ادارات مربوطه، تصویربردارهای آسمان را معرفی کردند.
(II) راه حل
در مناطق مختلف شهر، مانند ایستگاه‌های هواشناسی، پشت بام ساختمان‌های بلند و سایر مکان‌های باز، چندین تصویربردار آسمان نصب شده است. این تصویربردارها از لنزهای زاویه باز برای ثبت تصاویر آسمان در زمان واقعی استفاده می‌کنند، از فناوری تشخیص و پردازش تصویر برای تجزیه و تحلیل ضخامت، سرعت حرکت، روند توسعه ابرها و غیره استفاده می‌کنند و آنها را با داده‌هایی مانند تصاویر رادار هواشناسی و ماهواره‌ای ابرها ترکیب می‌کنند. این داده‌ها به سیستم نظارت و هشدار اولیه هواشناسی شهری متصل می‌شوند تا نظارت ۲۴ ساعته و بدون وقفه انجام شود. به محض مشاهده علائم آب و هوای غیرطبیعی، سیستم به طور خودکار اطلاعات هشدار اولیه را به ادارات مربوطه و عموم مردم ارسال می‌کند.
(III) اثر اجرا
پس از به‌کارگیری تصویربردار آسمان، زمان‌بندی و دقت نظارت و هشدار زودهنگام هواشناسی شهری تا حد زیادی بهبود یافت. در طول یک رویداد شدید آب و هوایی همرفتی، توسعه ابر و مسیر حرکت آن ۲ ساعت قبل به طور دقیق رصد شد که به کنترل سیل شهر، انحراف ترافیک و سایر بخش‌ها زمان پاسخگویی کافی داد. در مقایسه با گذشته، دقت هشدارهای هواشناسی ۳۰ درصد افزایش یافته و رضایت عمومی از خدمات هواشناسی از ۷۰ درصد به ۸۵ درصد افزایش یافته است که به طور مؤثر خسارات اقتصادی و تلفات ناشی از بلایای هواشناسی را کاهش می‌دهد.
۲. پرونده تضمین ایمنی هوانوردی فرودگاهی
(۱) پیشینه پروژه
در طول برخاستن و فرود پروازها در فرودگاهی در شرق ایالات متحده، ابرهای کم ارتفاع، دید و سایر شرایط هواشناسی تأثیر زیادی دارند. تجهیزات اصلی نظارت بر هواشناسی به اندازه کافی دقیق نیستند تا تغییرات هواشناسی را در یک منطقه کوچک اطراف فرودگاه رصد کنند. در شرایط کم ابر، مه و سایر شرایط آب و هوایی، تشخیص دقیق دید باند دشوار است که این امر خطر تأخیر در پرواز، لغو پروازها و حتی حوادث ایمنی را افزایش می‌دهد و بر راندمان عملیاتی فرودگاه و ایمنی هوانوردی تأثیر می‌گذارد. برای بهبود این وضعیت، فرودگاه یک تصویربردار آسمان را مستقر کرد.
(دوم) راه حل
تصاویر هوایی با دقت بالا در دو انتهای باند فرودگاه و مکان‌های کلیدی اطراف آن نصب شده‌اند تا عناصر هواشناسی مانند ابرها، دید و بارش در بالا و اطراف فرودگاه را به صورت بلادرنگ رصد و تجزیه و تحلیل کنند. تصاویر گرفته شده توسط تصویربردار از طریق یک شبکه اختصاصی به مرکز هواشناسی فرودگاه منتقل می‌شوند و با داده‌های سایر تجهیزات هواشناسی ترکیب می‌شوند تا نقشه وضعیت هواشناسی منطقه فرودگاه ایجاد شود. هنگامی که شرایط هواشناسی نزدیک به مقدار بحرانی استانداردهای برخاستن و فرود پرواز باشد یا به آن برسد، سیستم به سرعت اطلاعات هشدار را به بخش کنترل ترافیک هوایی، خطوط هوایی و غیره ارسال می‌کند و مبنای تصمیم‌گیری برای فرماندهی کنترل ترافیک هوایی و برنامه‌ریزی پرواز را فراهم می‌کند.
(III) اثر اجرا
پس از نصب تصویربردار آسمان، توانایی نظارت فرودگاه بر شرایط پیچیده هواشناسی به طور قابل توجهی افزایش یافته است. در هوای کم ابر و مه آلود، می‌توان برد بصری باند را با دقت بیشتری ارزیابی کرد و تصمیمات مربوط به برخاستن و فرود هواپیما را علمی‌تر و معقول‌تر کرد. میزان تأخیر پرواز 25 درصد و تعداد لغو پروازها به دلایل هواشناسی 20 درصد کاهش یافته است. در عین حال، سطح ایمنی هوانوردی به طور مؤثر بهبود یافته است و ایمنی سفر مسافران و نظم عادی عملیات فرودگاه را تضمین می‌کند.
۳. مورد تحقیقاتی کمکی رصد نجومی
(۱) پیشینه پروژه
هنگام انجام مشاهدات نجومی در یک رصدخانه نجومی در ایسلند، عوامل آب و هوایی، به ویژه پوشش ابر، به شدت بر آن تأثیر می‌گذارند که به طور جدی در برنامه رصد اختلال ایجاد می‌کند. پیش‌بینی‌های سنتی آب و هوا در پیش‌بینی دقیق تغییرات کوتاه‌مدت آب و هوا در نقطه رصد دشوار است، در نتیجه تجهیزات رصد اغلب بیکار و در انتظار می‌مانند، که باعث کاهش کارایی رصد و تأثیر بر پیشرفت کار تحقیقات علمی می‌شود. به منظور بهبود اثربخشی رصد نجومی، این رصدخانه از یک تصویرگر آسمان برای کمک به رصد استفاده می‌کند.
(دوم) راه حل
تصویرگر آسمان در یک فضای باز از رصدخانه نجومی نصب شده است تا تصاویر آسمان را به صورت بلادرنگ ثبت کرده و پوشش ابرها را تجزیه و تحلیل کند. با اتصال به تجهیزات رصد نجومی، هنگامی که تصویرگر آسمان تشخیص دهد که ابرهای کمتری در منطقه رصد وجود دارد و شرایط آب و هوایی مناسب است، تجهیزات رصد نجومی به طور خودکار برای رصد شروع به کار می‌کنند. در صورت افزایش لایه ابر یا سایر شرایط نامساعد جوی، رصد به موقع متوقف شده و هشدار اولیه صادر می‌شود. در عین حال، داده‌های تصویر آسمان بلندمدت ذخیره و تجزیه و تحلیل می‌شوند و الگوهای تغییر آب و هوا در نقاط رصد خلاصه می‌شوند تا مرجعی برای تدوین برنامه‌های رصد ارائه دهند.
(III) اثر اجرا
پس از به‌کارگیری تصویرگر آسمان، زمان رصد مؤثر رصدخانه نجومی ۳۵ درصد افزایش یافت و میزان استفاده از تجهیزات رصد به طور قابل توجهی بهبود یافت. محققان می‌توانند فرصت‌های رصدی مناسب را به موقع‌تر ثبت کنند، داده‌های رصد نجومی با کیفیت بالاتری به دست آورند و به نتایج تحقیقات علمی جدیدی در زمینه‌های تکامل ستارگان و تحقیقات کهکشانی دست یابند که به طور مؤثری توسعه تحقیقات نجومی را ارتقا داده است.
تصویرگر آسمان با جمع‌آوری، پردازش و تجزیه و تحلیل تصاویر آسمان، عملکرد خود را محقق می‌کند. من به تفصیل نحوه‌ی به دست آوردن تصاویر، تجزیه و تحلیل عناصر هواشناسی و نتایج خروجی از دو جنبه‌ی ترکیب سخت‌افزاری و الگوریتم نرم‌افزاری را بررسی خواهم کرد و اصول کار را برای شما توضیح خواهم داد.
تصویرگر آسمان عمدتاً شرایط آسمان و عناصر هواشناسی را از طریق تصویربرداری نوری، تشخیص تصویر و فناوری تجزیه و تحلیل داده‌ها رصد می‌کند. اصول کار آن به شرح زیر است:
ثبت تصویر: تصویرگر آسمان مجهز به لنز زاویه باز یا لنز چشم ماهی است که می‌تواند تصاویر پانوراما از آسمان را با زاویه دید وسیع‌تری ثبت کند. برد تصویربرداری برخی از تجهیزات می‌تواند به تصویربرداری حلقه‌ای ۳۶۰ درجه برسد، به طوری که می‌توان اطلاعاتی مانند ابرها و درخشش در آسمان را به طور کامل ثبت کرد. لنز، نور را به حسگر تصویر (مانند حسگر CCD یا CMOS) همگرا می‌کند و حسگر، سیگنال نور را به سیگنال الکتریکی یا سیگنال دیجیتال تبدیل می‌کند تا ثبت اولیه تصویر تکمیل شود.
پیش‌پردازش تصویر: تصویر اصلی جمع‌آوری‌شده ممکن است مشکلاتی مانند نویز و نور ناهموار داشته باشد و پیش‌پردازش مورد نیاز است. نویز تصویر توسط الگوریتم فیلتر حذف می‌شود و کنتراست و روشنایی تصویر توسط متعادل‌سازی هیستوگرام و سایر روش‌ها تنظیم می‌شود تا وضوح اهدافی مانند ابرها در تصویر برای تجزیه و تحلیل بعدی افزایش یابد.
تشخیص و شناسایی ابر: از الگوریتم‌های تشخیص تصویر برای تجزیه و تحلیل تصاویر از پیش پردازش شده و شناسایی مناطق ابری استفاده کنید. روش‌های رایج شامل الگوریتم‌های مبتنی بر تقسیم‌بندی آستانه است که آستانه‌های مناسبی را برای جدا کردن ابرها از پس‌زمینه بر اساس تفاوت در مقیاس خاکستری، رنگ و سایر ویژگی‌های بین ابرها و پس‌زمینه آسمان تعیین می‌کنند؛ الگوریتم‌های مبتنی بر یادگیری ماشین که مقدار زیادی از داده‌های تصویر آسمان برچسب‌گذاری شده را آموزش می‌دهند تا به مدل اجازه دهند الگوهای مشخصه ابرها را یاد بگیرد و در نتیجه ابرها را به طور دقیق شناسایی کند.
تجزیه و تحلیل عناصر هواشناسی:
محاسبه پارامترهای ابر: پس از شناسایی ابرها، پارامترهایی مانند ضخامت ابر، مساحت، سرعت و جهت حرکت را تجزیه و تحلیل کنید. با مقایسه تصاویر گرفته شده در زمان‌های مختلف، تغییر موقعیت ابر را محاسبه کرده و سپس سرعت و جهت حرکت را استخراج کنید؛ ضخامت ابر را بر اساس اطلاعات خاکستری یا رنگی ابرها در تصویر، همراه با مدل انتقال تابش جوی، تخمین بزنید.
ارزیابی دید: با تجزیه و تحلیل وضوح، کنتراست و سایر ویژگی‌های صحنه‌های دور در تصویر، همراه با مدل پراکندگی جوی، میزان دید جوی را تخمین بزنید. اگر صحنه‌های دور در تصویر تار باشند و کنتراست کم باشد، به این معنی است که دید ضعیف است.
تشخیص پدیده‌های آب و هوایی: علاوه بر ابرها، تصویربرداران آسمان می‌توانند سایر پدیده‌های آب و هوایی را نیز شناسایی کنند. به عنوان مثال، با تجزیه و تحلیل اینکه آیا قطرات باران، دانه‌های برف و سایر ویژگی‌های نور منعکس شده در تصویر وجود دارد یا خیر، می‌توان تشخیص داد که آیا آب و هوای بارندگی وجود دارد یا خیر؛ با توجه به رنگ آسمان و تغییرات نور، می‌توان در تعیین وجود پدیده‌های آب و هوایی مانند رعد و برق و مه کمک کرد.
پردازش داده‌ها و خروجی: داده‌های عناصر هواشناسی تحلیل‌شده مانند ابرها و دید، یکپارچه شده و به شکل نمودارهای بصری، گزارش‌های داده و غیره خروجی داده می‌شوند. برخی از تصویربردارهای آسمان همچنین از ادغام داده‌ها با سایر تجهیزات پایش هواشناسی (مانند رادارهای هواشناسی و ایستگاه‌های هواشناسی) پشتیبانی می‌کنند تا خدمات جامع اطلاعات هواشناسی را برای سناریوهای کاربردی مانند پیش‌بینی آب و هوا، ایمنی هوانوردی و مشاهدات نجومی ارائه دهند.
اگر می‌خواهید درباره جزئیات اصول کار بخش خاصی از تصویرگر آسمان یا تفاوت‌های اصول کار انواع مختلف تجهیزات بیشتر بدانید، لطفاً به من بگویید.
شرکت فناوری هونده، با مسئولیت محدود
تلفن: +86-15210548582
Email: info@hondetech.com
وب‌سایت شرکت:www.hondetechco.com
زمان ارسال: ۱۹ ژوئن ۲۰۲۵