Share
دراسة التغير النهاري للاشعاع الشمسي على مدينة بغداد == A Study of Diurnal Variation of Solar Radiation Over Baghdad City
Author name:
فاتن عزت محي الدين علي العبيدي
Supervisor name:
امال محمد الحلو | علي عبد داود الزكي
General topic:
Physics
Specific topic:
Solar Energy Physics
Degree:
Doctorate
University:
Mustansiriyah University - College Of Science
Language:
English
University location:
Baghdad
First pages:
26T1894 - p.pdf
Abstract:
يعتمد مظهر اي مشهد مضاء بواسطة الاشعاع الشمسي المباشر وغير المباشر على مجموعة من العوامل. توزعت هذه العوامل بين هندسية الرؤيا، انعكاسية تركيب المشهد، الاضائية والظروف الجوية. وبمرور الوقت فان هذه العوامل تتغير وبالتالي تؤثر على كيفية ظهور المشهد. تعتبر مجموعة صور المشهد الملتقطة والتي يتم جمعها بمرور الزمن ذات قيمة في دراسة تغاير مظهر المشهد والذي يمكن ان يقود الى تطبيقات جديدة ويساعد على تحسين النظريات والاساليب القائمة والتي تقود الى اضاءة اوساط يمكن السيطرة عليها. يوفر تحليل مجموعة الصور على فهم التاثير الذي يمكن ان تسببه الاضاءة على اداء النظام البصري. تم تقديم الدراسة الحالية كدراسة تحليلية احصائية مركزة لمجموعة الصور الملتقطة تحت اضاءة الاشعاع الشمسي المباشر وغير المباشر لمشهد ما بداخل منظومة بصرية مائلة باتجاه خط الاستواء. تم اجراء التحليل من خلال دراسة تغاير بضعة عوامل احصائية كدالة للزمن فضلا"عن مساحة فتحة نافذة الضوء المستخدمة، اختبار افضل القياسات الكمية لمحاكاة تغاير الشدة اليومي مع الزمن وبالتالي دراسة تاثير الاضائية على تباين الصورة. تم تحقيق الاهداف السابقة من خلال تحليل الصور عبر التغاير اليومي للحزم الحمراء - الخضراء والزرقاء والمركبةL. تم اعتماد ثلاث خوارزميات بالاستناد على الخواص الاحصائية لمؤثر سوبل لكشف الحواف، الخط ومنطقة الصورة المستقطعين. في الخوارزمية الاولى والمستندة على الخواص الاحصائية للحافة تم ملاحظة وجود حالة مستقرة للتباين مع الزمن بين اوقات شروق وغروب الشمس مع وجود حالات استثناء اثرت بفاعلية على قيمة التباين تمثلت بوجود الهباء الجوي في الساعات الضبابية والاضاءة الداخلية العالية. للخوارزمية اعلاه وتحت تاثيرمستقر لحالة الطقس وباستخدام زاوية خط العرض كزاوية ميل تم ملاحظة سلوك متميز قوي للتغاير اليومي للقياسات الاحصائية مع مساحة الفتحة المستخدمة في الاعتدالين. اكدت الخوارزمية المعتمدة الانحراف الشمسي الحاصل في الاعتدالين وفتحت حقل جديد للتعاون بين علم الفلك، جمع البيانات، التقنية البصرية وتحليل الصورة لفهم العالم الذي نعيش فيه.تم استخدام نتائج الخوارزمية الثانية والمستندة على الخواص الاحصائية للخط المستقطع لفحص الصورة. اظهرت قياسات الشدة وباستخدام هذه الخوارزمية معلومات حيوية عن انواع مختلفة من الاستطارة للضوء قيد الدراسة ومن ثم الطبيعة الفيزيائية للضوء. اظهرت نتائج القياسات لشدة الخط المستقطع الدور المتميز لاستطارة رايلي وماي والتي تعمل وبصورة منفردة ولفترات زمنية محددة على توزيع قيم شدة الخط المستقطع للحزم الحمراء - الخضراء والزرقاء والمركبة L. ان موقع الخط المستقطع على الصورة الملتقطة يحدد نوع العامل الاحصائي والذي يمكن استخدامه في علاقته مع الزمن ومساحة فتحة نافذة الضوء في تمثيل التغاير اليومي لبعض الظواهر الفيزياوية. تم ملاحظة دور العامل الاحصائي SNR في علاقته مع الزمن والمساحة كعامل محسن لحالة التشوه الحاصل في الصورة لحالة الخط المستقطع والمار بمنطقة متجانسة بيضاء، في حين لم يتحقق التحسين السابق لخط اخر يمر بمناطق لونية مختلفة. بينت النتائج ان افضل عامل احصائي لتمثيل تغاير الشدة اليومي مع الزمن وتغاير الانحراف الشمسي لمنحنيات الشروق/الغروب في علاقات تغاير مركباتها المختلفة للتباين مع المساحة هو المعدل وmx+mn. تم استخدام الخوارزمية الثالثة بالاستناد على الخواص الاحصائية للمناطق المستقطعة من الصورة. بينت النتائج ان مساحة فتحة نافذة الضوء المستخدمة تؤثر وبقوة على توزيع شدة الاطوال الموجية المهيمنة للرؤية النهارية (470، 535 و610 ) نانومتر، حيث حصل انفصال واضح لمنحنيات الشروق والغروب في كل ايام العمل بحالة شدة ثابتة وواطئة عن باقي الفترات لحالة مساحة فتحة نافذة الضوء الصغيرة (10 ×10) سم2 وغير ذلك للمساحة الكبيرة (40 ×40)سم2 | The appearance of a scene illuminated by direct and indirect solar radiation depends on a variety of factors. Among these factors are the viewing geometry, scene structure reflectance, illumination and atmospheric conditions. As time elapses, these factors change altering the appearance of the scene. Sequence images of a scene collected over time are valuable in studying the scene appearance variation. This can lead to novel applications and help in enhancing the existing methods that are leading to environments which can be controlled. So, a focused statistical analysis study to the sequence captured images is introduced. This has been done by utilizing sunlight/skylight as a source to illuminate a scene inside a tilted optical system facing the equator.Analysis of such sequence provides an understanding to the effects that the illumination may cause on system performance. This is achieved by studying the variation of some statistical estimators as a function of time as well as window's aperture area, testing the best quantitative measurements to simulate the diurnal intensity variation with time and hence investigating an illuminance effect upon image's contrast. These aims have been achieved by analyzing such images through the diurnal variation of RGB bands and L - Component. Based on Sobel edge detector's, extracted line's and block's statistical properties, three algorithms have been executed. For an algorithm based on an edge statistical properties and between sunrise and sunset times, a steady state for the diurnal variation of contrast value with time had been obtained. However, there are some exceptional cases. Aerosols in hazy hours and high interior illuminance affect attractively upon contrast's value. In this algorithm, under steady weather condition, using site's latitude as a tilted angle, a significant behavior of the diurnal statistical estimators variation with area of window's aperture strongly noticed in the case of the two equinoxes. The adopted algorithm emphasizes the sun declination at equinoxes and opens a new field of cooperation between astronomy science, data acquisition, optical technique and image analysis to understand our world. A second algorithm, based on the extracted line statistical properties, has been used for image examination. Using this algorithm, the intensity measurements provide vital information on the different types of scattering light under study and hence on the physical nature of the light. Rayleigh and Mie scattering are the dominant effects. Each one, individually, works at certain intervals upon the extracted line intensity values of RGB bands and L - Component. Line's location upon captured image specifies the type of statistical estimator, which can be used in its relationships with time and area of window's aperture to represent the diurnal variation of some physical phenomena. An enhanced statistical estimator for the distortion case has been signified in SNR relationships with time and window's aperture area. This is true for the extracted line that passes through homogeneous white region, while it isn't the case for another one passes through different color regions. Mean and mx+mn estimators are found to be the best statistical estimators to represent the diurnal intensity variation with time and sunrise/sunset sun declination variation curves in their corresponding different contrast parameters variation with area. Based on extracted block statistical properties, the third algorithm has been used. The results show that the area of window's aperture strongly affects the intensity distribution of the dominant wavelengths for human photopic vision (470, 535 and 610)nm. For all dates, the sunrise and sunset curves split with a steady and lowest intensity states from other periods of times for the case of lowest area (10x10)cm2, while it isn't the case for biggest area of window's aperture (40x40)cm2.
