地基全天空云观测系统及全天空云图数据库 - 成果应用 - 科技聚焦

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地基全天空云观测系统（Total-sky Cloud Imager, TCI）是在中国气象科学研究院的支持下，由灾害天气国家重点实验室自主研制的地基云自动化观测设备。TCI设备的三个主要组成部分是：摄像装置、太阳遮挡装置和处理终端，其中摄像装置采用了稳定性高的工业相机和视角不低于180°的鱼眼镜头的组合。不同于其他的可见光波段地基云观测设备，TCI对太阳遮挡的处理采用了闲时全遮光、观测时全敞开的新型保护方案，大大减少了设备机械结构的复杂性，适于进行推广应用。该成果已获得多项国家专利授权。

地基全天空云观测系统外场架设照片

地基全天空云观测系统软件界面

自2009年以来，我们在多个不同气候类型的地区开展了观测试验，获取了大量的地基全天空云观测资料，并基于这些资料联合北京交通大学视觉智能实验室开展了云检测和云图分类方法研究。为实现数据资源共享，我们建立了全天空云图数据库，向国内外的科研人员开放，以促进云检测和云类识别相关算法的研究。

全天空云图数据库

此次公开的全天空云图数据库包含5000幅全天空图像，分为晴空、卷云、层状云、积状云和混合天空五类，每类各包含1000幅图像。这些图像都是我们自主研制的TCI设备于2012-2014间在我国青藏高原地区获取的。原始图像的分辨率为１３９２×１０２４，其有效区域是直径为８００个像元的圆形区域，且所有的图像都为JPEG格式。一些典型的全天空图像如下所示：

全天空图像示例

下载方式

感兴趣的科研人员需要签署数据共享协议，将其发送到yangjun@cma.gov.cn，以获取下载地址。

相关链接

http://www.camscma.cn/cgyy02/5364.jhtml

http://icn.bjtu.edu.cn/visint/resources/CloudImages

相关成果

专利

杨俊，吕伟涛，马颖，姚雯。基于天空可见光图像的日照时数测量方法。国家发明专利，专利号：ZL201210199585.5，2014。

马颖，吕伟涛，杨俊，张阳，姚雯。基于齿轮结构的半球形开合镜头遮挡装置。国家发明专利，专利号：ZL201210140553.8，2014。

张阳，马颖，吕伟涛。一种全视野镜头遮挡装置。国家发明专利，专利号：ZL201110159309.1，2013。

吕伟涛，李清勇，杨俊。一种地基数学云图的纹理特征抽取和检索方法。国家发明专利，专利号：ZL200910238522.4，2011。

张阳，吕伟涛，马颖，姚雯，杨俊。基于球瓣旋转遮光结构的地基全天空云自动观测系统。国家实用新型专利，专利号：ZL200920277594.5，2010。

张阳，吕伟涛，马颖，姚雯，杨俊。基于摄像单元升降结构的地基全天空云自动观测系统。国家实用新型专利，专利号：ZL200920277906.2，2010。

论文

Q. Li, Z. Zhang, W. Lu, J. Yang, Y. Ma, and W. Yao. From Pixels to Patches: a Cloud Classification Method Based on Bag of Micro-structures, Atmos. Meas. Tech. Discuss., 8, 10213–10247, doi:10.5194/amtd-8-10213-2015.

J. Yang, Q. Min, W. Lu, Y. Ma, W. Yao, T. Lu, J. Du, and G. Liu. A total sky cloud detection method using real clear sky background, Atmos. Meas. Tech. Discuss., 8, 13073–13098, doi:10.5194/amtd-8-13073-2015.

J. Yang, Q. Min, W. Lu, Y. Ma, W. Yao, T. Lu, J. Du, and G. Liu. An automated cloud detection method based on the green channel of total-sky visible images, Atmos. Meas. Tech., 8, 4671–4679, doi:10.5194/amt-8-4671-2015, 2015.

M. Xia, W. Lu, J. Yang, Y. Ma, W. Yao, and Z. Zhang. A hybrid method based on extreme learning machine and k-nearest neighbor for cloud classification of ground-based visible cloud image, neurocomputing, 160, 238-249, 2015.

J. Yang, W. Lu, Y. Ma, and W. Yao. An automated cirrus cloud detection method for a ground based cloud image, J. Atmos. Ocean. Tech., 29, 527–537, 2012.

Q. Li, W. Lu, J. Yang, and J. Wang. Thin Cloud Detection of All-Sky Images Using Markov Random Fields, IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters, 9(3), 417-421, 2012.

Q. Li, W. Lu, and J. Yang. A hybrid thresholding algorithm for cloud detection on ground-based color images, J. Atmos. Ocean. Tech., 28, 1286–1296, 2011.

朱彪，杨俊，吕伟涛，陈丽英，马颖，姚雯，张义军。基于KNN的地基可见光云图分类方法，应用气象学报，23（6），721-728，2012.

杨俊，吕伟涛，马颖，姚雯，李清勇。基于局部阈值插值的地基云自动检测方法，气象学报，68（6），1007-1017，2010.

杨俊，吕伟涛，马颖，姚雯，李清勇。基于自适应阈值的地基云自动检测方法，应用气象学报，20（6），713-721，2009.