เซ็นเซอร์การมองเห็น: การวิเคราะห์หลักการ เทคโนโลยี และสถานการณ์การใช้งาน

ภาพรวมเซ็นเซอร์การมองเห็น
ในฐานะอุปกรณ์หลักในการติดตามสภาพแวดล้อมสมัยใหม่ เซ็นเซอร์วัดการมองเห็นสามารถวัดค่าการส่งผ่านของบรรยากาศแบบเรียลไทม์ผ่านหลักการโฟโตอิเล็กทริก และให้ข้อมูลอุตุนิยมวิทยาที่สำคัญสำหรับอุตสาหกรรมต่างๆ โซลูชันทางเทคนิคหลักสามประการ ได้แก่ การส่งผ่าน (วิธีพื้นฐาน) การกระเจิง (การกระเจิงไปข้างหน้า/ย้อนกลับ) และการถ่ายภาพด้วยภาพ ในบรรดาโซลูชันเหล่านี้ การกระเจิงไปข้างหน้าเป็นอุปกรณ์ที่ได้รับความนิยมในตลาดหลักเนื่องจากมีประสิทธิภาพด้านต้นทุนสูง อุปกรณ์ทั่วไป เช่น ซีรีส์ Vaisala FD70 สามารถตรวจจับการเปลี่ยนแปลงของการมองเห็นได้ในระยะ 10 เมตร ถึง 50 กิโลเมตร ด้วยความแม่นยำ ±10% มาพร้อมกับอินเทอร์เฟซ RS485/Modbus และสามารถปรับให้เข้ากับสภาพแวดล้อมที่รุนแรงในช่วง -40 ถึง +60 องศาเซลเซียส

พารามิเตอร์ทางเทคนิคหลัก
ระบบทำความสะอาดกระจกอัตโนมัติแบบออปติคัล (เช่น การกำจัดฝุ่นด้วยการสั่นสะเทือนอัลตราโซนิก)
เทคโนโลยีการวิเคราะห์สเปกตรัมหลายช่องสัญญาณ (ความยาวคลื่นคู่ 850 นาโนเมตร/550 นาโนเมตร)
อัลกอริทึมการชดเชยแบบไดนามิก (การแก้ไขการรบกวนข้ามอุณหภูมิและความชื้น)
ความถี่ในการสุ่มตัวอย่างข้อมูล: ปรับได้ 1Hz~0.1Hz
การใช้พลังงานโดยทั่วไป: <2W (แหล่งจ่ายไฟ 12VDC)

กรณีการใช้งานในอุตสาหกรรม
1. ระบบขนส่งอัจฉริยะ
เครือข่ายเตือนภัยล่วงหน้าบนทางหลวง
เครือข่ายตรวจสอบทัศนวิสัยที่ติดตั้งบนทางด่วนเซี่ยงไฮ้-หนานจิง จะติดตั้งเซ็นเซอร์ตรวจจับทุกๆ 2 กิโลเมตรในช่วงที่มีหมอกหนา เมื่อทัศนวิสัยต่ำกว่า 200 เมตร ระบบจะแจ้งเตือนขีดจำกัดความเร็วบนป้ายข้อมูล (120→80 กม./ชม.) โดยอัตโนมัติ และเมื่อทัศนวิสัยต่ำกว่า 50 เมตร ทางเข้าด่านเก็บค่าผ่านทางจะถูกปิด ระบบนี้ช่วยลดอัตราการเกิดอุบัติเหตุเฉลี่ยต่อปีในช่วงนี้ลง 37%

2. การตรวจสอบรันเวย์สนามบิน
ท่าอากาศยานนานาชาติปักกิ่ง ต้าซิง ใช้ชุดเซ็นเซอร์สำรองสามชุดเพื่อสร้างข้อมูลระยะการมองเห็นรันเวย์ (RVR) แบบเรียลไทม์ เมื่อใช้ร่วมกับระบบลงจอดด้วยเครื่องมือ ILS ขั้นตอนการลงจอดแบบตาบอดระดับ III จะเริ่มต้นขึ้นเมื่อ RVR น้อยกว่า 550 เมตร ซึ่งจะทำให้อัตราการตรงต่อเวลาของเที่ยวบินเพิ่มขึ้น 25%

การประยุกต์ใช้การตรวจสอบสิ่งแวดล้อมอย่างสร้างสรรค์
1. การติดตามมลพิษในเขตเมือง
สำนักงานปกป้องสิ่งแวดล้อมเซินเจิ้นได้จัดตั้งสถานีสังเกตการณ์ร่วมด้านทัศนวิสัย PM2.5 บนทางหลวงแผ่นดินหมายเลข 107 ทำการกลับค่าสัมประสิทธิ์การสูญเสียละอองลอยผ่านทัศนวิสัย และสร้างแบบจำลองการมีส่วนร่วมของแหล่งกำเนิดมลพิษร่วมกับข้อมูลการจราจร โดยสามารถระบุตำแหน่งไอเสียรถยนต์ดีเซลเป็นแหล่งมลพิษหลักได้สำเร็จ (การมีส่วนร่วม 62%)

2. คำเตือนความเสี่ยงไฟป่า
เครือข่ายเซ็นเซอร์คอมโพสิตตรวจจับควันและทัศนวิสัยที่ติดตั้งในพื้นที่ป่าเทือกเขา Khingan ใหญ่สามารถระบุตำแหน่งไฟได้อย่างรวดเร็วภายใน 30 นาที โดยการตรวจสอบการลดลงที่ผิดปกติของทัศนวิสัย (>30%/ชม.) และให้ความร่วมมือกับการตรวจจับแหล่งความร้อนอินฟราเรด และความเร็วในการตอบสนองนั้นสูงกว่าวิธีการดั้งเดิมถึง 4 เท่า

สถานการณ์อุตสาหกรรมพิเศษ
1. การนำร่องเรือเข้าท่าเรือ
เครื่องวัดทัศนวิสัยแบบเลเซอร์ (รุ่น: Biral SWS-200) ที่ใช้ในท่าเรือหนิงโปโจวซาน จะเปิดใช้งานระบบเทียบท่าอัตโนมัติ (APS) ของเรือโดยอัตโนมัติเมื่อทัศนวิสัยต่ำกว่า 1,000 เมตร และจะตรวจจับความผิดพลาดในการเทียบท่าได้ต่ำกว่า 0.5 เมตรในสภาพอากาศที่มีหมอก โดยผสานเรดาร์คลื่นมิลลิเมตรเข้ากับข้อมูลทัศนวิสัย

2. การตรวจสอบความปลอดภัยในอุโมงค์
ในอุโมงค์ทางหลวงฉินหลิงจงหนานซาน มีการติดตั้งเซ็นเซอร์แบบสองพารามิเตอร์สำหรับการมองเห็นและความเข้มข้นของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ทุกๆ 200 เมตร เมื่อทัศนวิสัยต่ำกว่า 50 เมตร และก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์มากกว่า 150 ppm ระบบระบายอากาศสามระดับจะทำงานโดยอัตโนมัติ ช่วยลดระยะเวลาตอบสนองอุบัติเหตุเหลือเพียง 90 วินาที

แนวโน้มวิวัฒนาการของเทคโนโลยี
การรวมเซ็นเซอร์หลายตัว: การรวมพารามิเตอร์ต่างๆ เช่น ทัศนวิสัย PM2.5 และความเข้มข้นของคาร์บอนดำ
การประมวลผลแบบ Edge: การประมวลผลภายในเครื่องเพื่อให้ได้การตอบสนองคำเตือนระดับมิลลิวินาที
สถาปัตยกรรม 5G-MEC: รองรับเครือข่ายความหน่วงต่ำของโหนดขนาดใหญ่
แบบจำลองการเรียนรู้ของเครื่อง: การสร้างอัลกอริทึมการคาดการณ์ความน่าจะเป็นของอุบัติเหตุจราจรและการมองเห็น

แผนการใช้งานทั่วไป
แนะนำให้ใช้สถาปัตยกรรม “สแตนด์บายแบบสองเครื่อง + แหล่งจ่ายไฟพลังงานแสงอาทิตย์” สำหรับสถานการณ์บนทางหลวง โดยมีเสาสูง 6 เมตร และเอียง 30 องศา เพื่อหลีกเลี่ยงไฟหน้ารถโดยตรง อัลกอริทึมการรวมข้อมูลต้องมีโมดูลตรวจจับฝนและหมอก (โดยพิจารณาจากความสัมพันธ์ระหว่างอัตราการเปลี่ยนแปลงของทัศนวิสัยและความชื้น) เพื่อป้องกันการแจ้งเตือนที่ผิดพลาดในสภาพอากาศฝนตกหนัก

ด้วยการพัฒนาของการขับขี่อัตโนมัติและเมืองอัจฉริยะ เซ็นเซอร์ตรวจจับการมองเห็นจึงพัฒนาจากอุปกรณ์ตรวจจับเดี่ยวไปสู่หน่วยรับรู้หลักของระบบตัดสินใจจราจรอัจฉริยะ เทคโนโลยีล่าสุด เช่น Photon Counting LiDAR (PCLidar) ขยายขีดจำกัดการตรวจจับให้ต่ำกว่า 5 เมตร มอบข้อมูลที่แม่นยำยิ่งขึ้นสำหรับการจัดการจราจรในสภาพอากาศเลวร้าย