Jetson天空成像仪监测系统：云量识别与工业接口集成案例

项目概述

稳格科技面向气象观测与环境监测场景，完成了一套部署在 Jetson Orin Nano 上的天空成像仪监测系统。系统通过鱼眼相机采集全天空图像，在边缘端完成云量识别、太阳位置计算、数据存储与协议输出，并通过 Web 管理平台提供实时监测、参数配置、历史查询和设备运维能力。

该项目由稳格科技承担软件平台、云量算法、硬件选型与接口集成工作，将图像采集、算法计算、GPS 授时、FTP 数据传输和 MODBUS TCP 输出整合到同一台边缘设备，形成可独立运行、可接入企业业务系统的全天空监测方案。

企业需求与业务目标

• 在设备端持续采集全天空图像，并稳定输出总云量、薄云、厚云和太阳位置数据。
• 采用浏览器访问方式，减少专用客户端安装和跨终端维护成本。
• 在本地完成图像处理与数据计算，降低对公网和云端算力的依赖。
• 通过标准工业协议和文件传输方式，与上位机、数据平台和存储服务器衔接。
• 统一设备时间、位置参数和采样周期，保证图像与观测数据具备一致的时间基准。

系统架构与技术路线

边缘端软件平台

后端服务采用 Python 开发，运行于 Jetson Orin Nano，负责摄像头采集、定时任务、云量计算、太阳位置计算、历史数据管理、FTP 传输、MODBUS TCP 服务和设备配置。服务支持随设备启动自动运行，适合无人值守的现场部署方式。

云量识别算法

算法以鱼眼图像的天空圆形区域为有效范围，排除镜头外黑边和现场遮挡区域，结合 HSV 色彩特征、亮度分布与自适应阈值区分蓝天、薄云和厚云。系统支持按现场光学条件配置天空半径、有效亮度、蓝天色调、饱和度和云层阈值，使算法参数与相机、镜头和安装环境保持匹配。

硬件与接口集成

项目围绕 Jetson、鱼眼相机、GPS、以太网和现场数据接口完成选型、适配与集成。VK-162 GPS 提供 NMEA 0183 数据，系统解析定位和 UTC 时间并执行周期校时；MODBUS TCP 向上位系统提供云量和太阳位置数据；FTP 采用批量上传、断线重连和续传机制，保障图像与记录持续汇聚。

核心功能

• 实时监测：集中展示全天空图像、总云量、薄云、厚云、太阳方位角、太阳高度角和设备状态。
• 自动采样：支持按设定周期采集图像、计算云量并保存结果，项目配置采用 60 秒采样周期。
• 历史管理：支持按日期查询历史图片与观测记录，并提供 CSV 和 ZIP 数据导出。
• 参数配置：支持采样周期、经纬度、时区、摄像头、算法阈值、遮挡区域和网络参数配置。
• GPS 授时：根据 GPS 时间与系统时间偏差自动校准，为图像、数据记录和接口输出建立统一时间基准。
• 工业通信：通过 MODBUS TCP 输出关键观测量，通过 FTP 传输图像、状态信息和数据记录。
• 远程运维：通过安全组网通道访问 Web 系统和设备服务，支持跨区域配置与运行维护。

项目成果

• 形成一套可在 Jetson 边缘端独立运行的天空成像、云量识别和数据服务系统。
• 以 60 秒周期自动完成图像采集、算法计算、结果保存和数据传输。
• 持续输出总云量、薄云、厚云、太阳方位角和太阳高度角 5 项核心数据。
• 实现 Web 化设备管理，企业用户通过浏览器即可查看实时状态、查询历史数据和调整设备参数。
• 建立 GPS 授时、MODBUS TCP、FTP 和 HTTP API 组成的数据接口体系。
• 支持遮挡区域排除和算法参数在线配置，适配不同相机视场、安装结构与现场光照条件。

企业应用价值

天空成像仪监测系统将感知、计算、存储和传输集中到边缘设备，可在现场网络条件有限的情况下持续完成核心任务。Web 管理方式降低终端部署复杂度，标准协议便于企业将云量与太阳位置数据接入既有监控平台、能源管理系统或科研数据平台。

该架构适用于气象站、光伏电站、机场港口、农业园区、环境监测站和科研机构，也可作为基于 Jetson 的边缘视觉仪器开发参考，用于构建具备本地算法、工业接口和远程管理能力的专用设备。

稳格科技交付能力

• 软件开发：Jetson 端 Python 服务、Web 管理平台、数据存储、账号权限和部署配置。
• 算法开发：天空区域提取、遮挡排除、云量分类、参数化计算和太阳位置算法。
• 硬件集成：Jetson、鱼眼相机、GPS、以太网和工业接口的选型适配与系统联调。
• 数据接入：MODBUS TCP、FTP 与 HTTP API 的接口设计、协议映射和业务系统衔接。
• 部署运维：设备自动启动、日志与存储管理、远程访问和运行状态监控。

常见问题

天空成像仪监测系统可以输出哪些数据？

系统可输出总云量、薄云、厚云、太阳方位角、太阳高度角、经纬度、时区、采样时间和设备运行状态，并保存对应的全天空图像与历史记录。

系统能否接入企业现有监控平台？

可以。系统提供 MODBUS TCP、FTP 和 HTTP API，可根据上位机、数据中台或行业平台的数据格式完成寄存器映射、文件目录和接口字段配置。

GPS 授时如何保障数据时间一致性？

VK-162 GPS 持续输出 NMEA 0183 时间与定位信息，边缘端按设定周期比较 GPS 时间和系统时间，在偏差达到阈值时自动校准，使图像、CSV 记录和协议数据使用统一时间基准。

系统能否在无公网环境运行？

可以。图像采集、云量计算、太阳位置计算、历史存储和 MODBUS TCP 均在 Jetson 本地完成。公网或专网主要用于数据汇聚与远程管理，不影响边缘端核心功能连续运行。

稳格科技可以提供哪些定制开发服务？

稳格科技可提供边缘端软件、Web 管理平台、云量与视觉算法、设备接口、GPS 授时、工业协议、数据平台接入和硬件系统集成，并依据企业的相机、算力平台、安装环境和业务系统完成定制。