211service.com
Algorytm naprawia obrazy radaru pogodowego zniekształcone przez Wi-Fi
Radar pogodowy odgrywa kluczową rolę w kontroli ruchu lotniczego, gdzie kontrolerzy stale oceniają możliwość burz, uskoków wiatru, niebezpieczeństwa oblodzenia i tak dalej. Aby jak najbezpieczniej kierować samoloty, te obrazy radaru pogodowego muszą być tak wyraźne i dokładne, jak to tylko możliwe.
Niestety nie zawsze tak jest. Obrazy radaru pogodowego są często zniekształcone przez odbicia, cienie, bałagan na gruncie, turbulencje atmosferyczne i wiele innych źródeł hałasu. A szczególny problem występuje na obszarach górskich, gdzie trudno jest uzyskać pełne pokrycie radarowe regionu.
Jednym z takich miejsc jest przestrzeń powietrzna nad Austrią, krajem w Europie Środkowej zdominowanym przez Alpy. Austria posiada cztery stałe systemy radarów meteorologicznych, każdy o zasięgu działania 225 km. Teoretycznie powinno to zapewnić pełne pokrycie tego stosunkowo małego kraju. Jednak w praktyce na obrazach widoczne są liczne cienie, fałszywe echa i inne szumy, które zwiększają problemy interpretacyjne.
Teraz Harald Ganster z Joanneum Research w Graz w Austrii i kilku kumpli twierdzą, że znaleźli rozwiązanie. Ci goście pracowali nad algorytmem analizy obrazu, który automatycznie identyfikuje różnego rodzaju zakłócenia i usuwa je, piksel po pikselu.
Jednocześnie wyszukuje na obrazach cienie, w których ukształtowanie terenu uniemożliwia dotarcie echa związanego z pogodą do odbiornika. Następnie wypełnia luki.
Obrazy radaru pogodowego są bardziej podatne na zniekształcenia, niż mogłoby się wydawać. Ganster i spółka twierdzą, że z 8928 zdjęć wykonanych przez jedną stację radarową w maju 2011 r. 2713 wykazywało zakłócenia z pięciu systemów Wi-Fi GHz (stosunkowo nowy i dobrze znany problem w kręgach meteorologicznych). To ponad 30 procent obrazów.
Poprawa obrazów radaru pogodowego jest niezbędna do dokładnego przewidywania zjawisk pogodowych i warunków atmosferycznych, co jest ponadto istotnym czynnikiem w procesie pracy kontrolerów ruchu lotniczego, mówią Ganster i spółka.
Ich podejście opiera się na szczególnych cechach różnych rodzajów zakłóceń. Na przykład sieć Wi-Fi jest wyświetlana na obrazach radarowych jako linia prosta, tak jak w prawym górnym rogu prawego obrazu powyżej.
Firma Ganster i spółka opracowali algorytm, który odwzorowuje wszystkie linie proste na obrazie na linie pionowe, które można łatwo usunąć. Ponieważ nie ma naturalnie występujących struktur, które są proste, przynajmniej nie na obrazach radaru pogodowego, eliminuje to zakłócenia Wi-Fi z dużą dokładnością.
W tym samym czasie zespół przyjrzał się rozkładowi deszczu na zdjęciach z roku (lewy obrazek powyżej). To wyraźnie ujawnia cienie radarowe, w których urządzenia nie odbierają danych.
Aby temu zaradzić, opracowali algorytm, który wypełnia luki wartościami rozsądnymi meteorologicznie. Robią to, patrząc na zdjęcia tego samego regionu wykonane z kosmosu przez satelitę Meteosat drugiej generacji.
Obrazy te nie zapewniają tej samej rozdzielczości ani szczegółów, co radar pogodowy. Pokazują jednak, czy w zacienionych obszarach występują duże różnice w pogodzie. Algorytm następnie wypełnia luki, zapewniając minimalizację różnicy między obrazem radarowym a obrazem satelitarnym.
Ganster i jego współpracownicy twierdzą, że ich nowy system jest w stanie poprawić obrazy radaru pogodowego w rozsądny meteorologicznie sposób.
Obecnie jest on oceniany przez austriacką kontrolę ruchu lotniczego, gdzie kontrolerzy mogą przeglądać obrazy przed i po oraz przekazywać informacje zwrotne na temat przydatności zmodyfikowanych obrazów.
Powinno to umożliwić kontrolerom poprawę prognoz w czasie zbliżonym do rzeczywistego. Poprawione prognozy będą z kolei miały znaczący wpływ na bezpieczeństwo w lotnictwie, mówią Ganster i spółka.
Nie jest zły!
Nr ref.: arxiv.org/abs/1404.6351 : Ulepszanie radaru pogodowego przez fuzję i klasyfikację