Jetson天空成像儀監測系統：雲量識別與工業介面整合案例

專案概述

穩格科技面向氣象觀測與環境監測場景，完成了一套部署在 Jetson Orin Nano 上的天空成像儀監測系統。系統透過魚眼相機採集全天空影像，在邊緣端完成雲量識別、太陽位置計算、資料儲存與協議輸出，並透過 Web 管理平臺提供即時監測、引數配置、歷史查詢和裝置運維能力。

該專案由穩格科技承擔軟體平臺、雲量演算法、硬體選型與介面整合工作，將影像採集、演算法計算、GPS 授時、FTP 資料傳輸和 MODBUS TCP 輸出整合到同一臺邊緣裝置，形成可獨立執行、可接入企業業務系統的全天空監測方案。

企業需求與業務目標

• 在裝置端持續採集全天空影像，並穩定輸出總雲量、薄雲、厚雲和太陽位置資料。
• 採用瀏覽器訪問方式，減少專用客戶端安裝和跨終端維護成本。
• 在本地完成影像處理與資料計算，降低對公網和雲端算力的依賴。
• 透過標準工業協議和檔案傳輸方式，與上位機、資料平臺和儲存伺服器銜接。
• 統一裝置時間、位置引數和取樣週期，保證影像與觀測資料具備一致的時間基準。

系統架構與技術路線

邊緣端軟體平臺

後端服務採用 Python 開發，運行於 Jetson Orin Nano，負責攝像頭採集、定時任務、雲量計算、太陽位置計算、歷史資料管理、FTP 傳輸、MODBUS TCP 服務和裝置配置。服務支援隨裝置啟動自動執行，適合無人值守的現場部署方式。

雲量識別演算法

演算法以魚眼影像的天空圓形區域為有效範圍，排除鏡頭外黑邊和現場遮擋區域，結合 HSV 色彩特徵、亮度分佈與自適應閾值區分藍天、薄雲和厚雲。系統支援按現場光學條件配置天空半徑、有效亮度、藍天色調、飽和度和雲層閾值，使演算法引數與相機、鏡頭和安裝環境保持匹配。

硬體與介面整合

專案圍繞 Jetson、魚眼相機、GPS、乙太網和現場資料介面完成選型、適配與整合。VK-162 GPS 提供 NMEA 0183 資料，系統解析定位和 UTC 時間並執行週期校時；MODBUS TCP 向上位系統提供雲量和太陽位置資料；FTP 採用批次上傳、斷線重連和續傳機制，保障影像與記錄持續匯聚。

核心功能

• 即時監測：集中展示全天空影像、總雲量、薄雲、厚雲、太陽方位角、太陽高度角和裝置狀態。
• 自動取樣：支援按設定週期採集影像、計算雲量並儲存結果，專案配置採用 60 秒取樣週期。
• 歷史管理：支援按日期查詢歷史圖片與觀測記錄，並提供 CSV 和 ZIP 資料匯出。
• 引數配置：支援取樣週期、經緯度、時區、攝像頭、演算法閾值、遮擋區域和網路引數配置。
• GPS 授時：根據 GPS 時間與系統時間偏差自動校準，為影像、資料記錄和介面輸出建立統一時間基準。
• 工業通訊：透過 MODBUS TCP 輸出關鍵觀測量，透過 FTP 傳輸影像、狀態資訊和資料記錄。
• 遠端運維：透過安全組網通道訪問 Web 系統和裝置服務，支援跨區域配置與執行維護。

專案成果

• 形成一套可在 Jetson 邊緣端獨立執行的天空成像、雲量識別和資料服務系統。
• 以 60 秒週期自動完成影像採集、演算法計算、結果儲存和資料傳輸。
• 持續輸出總雲量、薄雲、厚雲、太陽方位角和太陽高度角 5 項核心資料。
• 實現 Web 化裝置管理，企業使用者透過瀏覽器即可檢視即時狀態、查詢歷史資料和調整裝置引數。
• 建立 GPS 授時、MODBUS TCP、FTP 和 HTTP API 組成的資料介面體系。
• 支援遮擋區域排除和演算法引數線上配置，適配不同相機視場、安裝結構與現場光照條件。

企業應用價值

天空成像儀監測系統將感知、計算、儲存和傳輸集中到邊緣裝置，可在現場網路條件有限的情況下持續完成核心任務。Web 管理方式降低終端部署複雜度，標準協議便於企業將雲量與太陽位置資料接入既有監控平臺、能源管理系統或科研資料平臺。

該架構適用於氣象站、光伏電站、機場港口、農業園區、環境監測站和科研機構，也可作為基於 Jetson 的邊緣視覺儀器開發參考，用於構建具備本地演算法、工業介面和遠端管理能力的專用裝置。

穩格科技交付能力

• 軟體開發：Jetson 端 Python 服務、Web 管理平臺、資料儲存、賬號許可權和部署配置。
• 演算法開發：天空區域提取、遮擋排除、雲量分類、引數化計算和太陽位置演算法。
• 硬體整合：Jetson、魚眼相機、GPS、乙太網和工業介面的選型適配與系統聯調。
• 資料接入：MODBUS TCP、FTP 與 HTTP API 的介面設計、協議對映和業務系統銜接。
• 部署運維：裝置自動啟動、日誌與儲存管理、遠端訪問和執行狀態監控。

常見問題

天空成像儀監測系統可以輸出哪些資料？

系統可輸出總雲量、薄雲、厚雲、太陽方位角、太陽高度角、經緯度、時區、取樣時間和裝置執行狀態，並儲存對應的全天空影像與歷史記錄。

系統能否接入企業現有監控平臺？

可以。系統提供 MODBUS TCP、FTP 和 HTTP API，可根據上位機、資料中臺或行業平臺的資料格式完成暫存器對映、檔案目錄和介面欄位配置。

GPS 授時如何保障資料時間一致性？

VK-162 GPS 持續輸出 NMEA 0183 時間與定位資訊，邊緣端按設定週期比較 GPS 時間和系統時間，在偏差達到閾值時自動校準，使影像、CSV 記錄和協議資料使用統一時間基準。

系統能否在無公網環境執行？

可以。影像採集、雲量計算、太陽位置計算、歷史儲存和 MODBUS TCP 均在 Jetson 本地完成。公網或專網主要用於資料匯聚與遠端管理，不影響邊緣端核心功能連續執行。

穩格科技可以提供哪些定製開發服務？

穩格科技可提供邊緣端軟體、Web 管理平臺、雲量與視覺演算法、裝置介面、GPS 授時、工業協議、資料平臺接入和硬體系統整合，並依據企業的相機、算力平臺、安裝環境和業務系統完成定製。