# DIY-MeteorStation

**Repository Path**: mseeworld/DIY-MeteorStation

## Basic Information

- **Project Name**: DIY-MeteorStation
- **Description**: DIY流星观测站是一个开源的流星观测项目，其原型是国外流星研究机构CMN开发的流星自动观测软件。现阶段该项目与CMN的最新版本同步，将来会对该项目进行本地化定制。
- **Primary Language**: Python
- **License**: GPL-3.0
- **Default Branch**: master
- **Homepage**: None
- **GVP Project**: No

## Statistics

- **Stars**: 6
- **Forks**: 1
- **Created**: 2018-08-12
- **Last Updated**: 2024-08-13

## Categories & Tags

**Categories**: Uncategorized

**Tags**: None

## README

# DIY流星观测站
DIY流星观测站是一个开源的流星观测项目，旨在为广大流星爱好者（天文爱好者）提供一个可实践的科普平台，引导大家手动打造一个属于自己的流星观测站。该项目面向市场上成熟的廉价硬件器材进行设计，如使用通用的工业相机和镜头组装流星观测望远镜，使用树莓派（Raspberry Pi 3，RPi3）进行流星观测数据的处理和存储。其原型是国外流星研究机构CMN开发的流星自动观测软件，现阶段该项目与CMN的最新版本同步，将来会对该项目进行本地化定制。软件一直在升级当中，热烈欢迎bug反馈。

![GWAC项目观测到的流星图像](http://www.gwac.top/uploads/1/image/public/201808/meteor.gif)

上图所示，为GWAC项目观测到的火流星图像，GWAC项目是国家天文台空间科学部设计的超大视场光学巡天相机阵，其每天可观测到几百颗流星。该流星观测站与GWAC项目原理类似，都是通过望远镜来观测光学波段的目标，但是该流星观测站现在的性能指标与GWAC相比相差十万八千里。希望有志同道合的小伙伴一起合作，共同推进该项目，期待在不远的将来咋们这个项目也能每天拍到很多很多流星。

QQ交流群：137357505，进群问题的答案是该项目的gitee项目名称[DIY-MeteorStation](https://gitee.com/mseeworld/DIY-MeteorStation)。

## 相关系列文章
- [01 DIY流星观测站](https://blog.csdn.net/mseeworld/article/details/81639468)
- [02 DIY流星观测站——手把手搭建指南](https://blog.csdn.net/mseeworld/article/details/81636441)
- [03 DIY流星观测站——设备选型与采购](https://blog.csdn.net/mseeworld/article/details/81639565)
- [04 DIY流星观测站——镜头简介](https://blog.csdn.net/mseeworld/article/details/81639607)
- [05 DIY流星观测站——相机简介](https://blog.csdn.net/mseeworld/article/details/81639619)

## 图片展示

![DIY流星观测站组装完全体](https://oscimg.oschina.net/oscnet/d1de9ba89decb165fe9fe13539cf5258899.jpg "DIY流星观测站组装完全体")

DIY流星观测站组装完全体，模拟相机连线复杂些，数字相机连线简单些。

![DIY流星观测站晚上11点试拍](https://oscimg.oschina.net/oscnet/7031e8f0948156a7224ac2b66603a7a642d.jpg "DIY流星观测站晚上11点试拍")

DIY流星观测站晚上11点试拍，拍摄距离大于100米。左图为无照明环境下的图像。右图为楼顶图像，有天光背景照射。

![DIY流星观测站拍摄到的流星](https://oscimg.oschina.net/oscnet/acd6c1ebecddfc6c1cf9140d0828c60e33f.jpg "DIY流星观测站拍摄到的流星")

DIY流星观测站拍摄到的流星示意图。

## 项目背景
### 1，重温小时候的点滴
夏天的时候，晚上洗完澡，躺在平房上数星星，时不时一颗流星一闪而过，赶紧许个愿：希望明天不上课，和小伙伴们一起去戳鸟窝。转眼间二十多年过去了，现在城市上班，晚上走在路上，已经习惯了抬头一偏灰蒙蒙的天空，甚至已经忘了要抬头看天了。我们滑过的流星、眨眼的星星、唱歌的鸡，捉老鼠的中华田园犬、翱翔的鸟、呱呱的青蛙等等等都去哪儿了？既然在城市里看不到流星（星星），那能否通过现在的技术手段帮助我们看到流星？
### 2，水深火热的中国中小学教育
幼儿园小学化、小学初中化、初中高中化，孩子们有着数不完的作业和补习班。孩子们的童年生活已然失去了接触色彩缤纷的自然世界的机会，突然觉得我们的儿时时光还是挺幸福的！！话说回来，既然我们无法改变孩子们现在的应试现状，那我们能否让孩子享受现在的科技红利？通过市场上成熟的工业产品组装一套流星观测设备，让孩子们体验动手组装望远镜乐趣的同时，也可以通过设备近距离观测星空，体验科学探索宇宙奥秘的乐趣。
### 3，国内科普教育
国内公益组织[**一片星空**](http://www.ssaec.org/)在天文科普教育上做的非常好，该组织经常在北京的中小学校和社区举办天文科普活动，利用天文科普观测设备帮助学生们近距离接触星空。但是公益科普组织的力量毕竟是有限的，只能照顾到极少数人群。如何让更多的人（尤其是学生群体）近距离接触星空，探索大自然的奥秘，是我们大家都应该关注并思考的问题。

## 项目目标
该项目聚焦流星观测，让大家能看到流星，能详细测量流星的物理参数（如速度，质量，甚至物质组成），甚至能推测流星的来源。
### 1，DIY便携式流星观测站
面向动手能力强，有一定计算机基础的天文爱好者。使用开源流星观测软件、超小型移动计算机（如树莓派，Raspberry Pi，RPi）和商用监控摄像头设计便携式流星观测站，这样任何人可以将设备放在自己家屋顶，在屋里躺在床上检测流星的观测结果。
### 2，公共流星观测站
在郊区或偏远山区（夜天光少，晴天多）设置一个自主化流星观测站点，将站点的视频流实时发布到网上，这样大家可以在网上看到实时的星空了。选址方案：1）自家屋顶：个人感觉农村老家比较适合：有宽带支持，家用电，维护方便；2）官方支持：寻求与国家天文台合作，在国家天文台的野外观测站放置一个流星观测设备。

## 当前软件功能如下
1. 自动拍摄视频：自动从黄昏开始运行，在黎明结束运行。一年四季的黄昏和黎明时间是不一样的，所以每天的开始和结束时间并不相同。
1.  图像压缩算法：将连续的256帧图像压缩为4帧图像，详细压缩算法请参考论文（Jenniskens et al., 2011 CAMS）。
1.  实时探测火流星。
1.  从压缩文件中探测流星。
1.  从压缩文件中提取恒星目标。
1.  天文位置和测光定标。
1.  对每天晚上的结果自动重新进行天文位置定标。
1.  自动上传结果到中心服务器，如果指定了中心服务器，并开启了该功能。
1.  手动检查火流星和流星。

## 软硬件需求
该指南面向有Linux和树莓派使用经验的用户。新手请尽量按照下面的步骤依次进行操作。
### 树莓派
1.  **树莓派（RPi3）**：观测站采用树莓派3进行流星数据处理。
1.  **存储卡**：新买的树莓派默认不带存储卡，需要自己配置一个。观测站在运行时每天晚上会产生几GB的数据，为了能存储至少一个星期的数据，最好能为树莓派准备一个大于等于64GB的microSD存储卡。
1.  **电源**：电源规格为5V，最大电流至少为2.5A。使用稳定的电源，会减少后面运行时莫名其妙的故障。尤其是在冬天低温天气观测时，稳定的电源能保证系统的正常运行。
1.  **散热风扇和散热片**：夏天时需要。
1.  **实时时钟模块**：树莓派电脑本身不带电池，每次断电后，系统的时间会丢失。如果树莓派一直连接在网络上，可以设置系统自动同步网络时钟。如果树莓派不在网络上，就需要为树莓派电脑增加一个实时时钟模块（DS3231带电池），该模块可以保持电脑在关机后时间不丢失。具体设置过程请参考Guides/rpi3_rtc_setup.md。

### 相机
系统早期版本基于模拟相机进行开发，因而对模拟相机的支持比较完备。数字相机的支持正在测试当中，敬请期待。
1.  **相机**：系统测试相机为Sony Effio 673 CCTV相机，该相机使用12V的电源供电。
1.  **镜头**：系统测试镜头为4或6毫秒焦距的广角镜头。4毫米的镜头视场大约为64*48度，6毫米的镜头视场比4毫米的稍小。如果镜头上有近红外滤光片（ IR-cut filter），最好去掉该滤光片。
1.  **数字视频采集卡**：将相机产生的模拟视频信号数字化，以便树莓派处理。系统选用EasyCap UTV007采集卡，该采集卡为USB采集卡，可直接接在树莓派上。我们测试了多种型号的采集卡，发现UTV007与树莓派的兼容性最好。

### 软件依赖
项目中树莓派3选择Raspbian Jessie操作系统，详细安装教程请参考[树莓派安装](https://www.raspberrypi.org/documentation/installation/installing-images/)。
#### 树莓派上的软件依赖包
- git
- mplayer
- Python2.7 or Python 3.5
- python2.7-dev or python3-dev
- libblas-dev liblapack-dev
- libffi-dev libssl-dev
- Python libraries:
  - gitpython
  - astropy
  - OpenCV 3 for Python
  - PIL (i.e. python-imaging-tk)
  - numpy (1.14.0 or later)
  - scipy (1.0.0 or later)
  - matplotlib (2.0.0 or later)
  - cython (0.25.2 or later)
  - pyephem (3.7.6.0 or later)
  - paramiko

所有的python依赖包，会在运行setup.py时自动安装。如果想使用IP相机，则需要安装一个兼容gstreamer的OpenCV包，请参考[opencv3_install.sh](opencv3_install.sh)。

## 软件设置
### 设置时区为UTC
UTC为天文领域通用时间格式。在不同地区和国家之间合作交流时，UTC时间会非常方便。
### 开启watchdog服务
watchdog服务可定时检查树莓派电脑是否工作正常或死机，如果它发现树莓派宕机了，会重启树莓派电脑。详细设置请参考：[Guides/enabling_watchdog.md](Guides/enabling_watchdog.md)。
### 下载代码
```
git clone https://gitee.com/mseeworld/DIY-MeteorStation.git
```
### 安装代码
在RMS目录下运行
```
sudo python setup.py install
```
### 设置视频编码格式（仅针对模拟相机）
在连接好EasyCap数字视频采集卡之后，我们需要检查视频设置是否正常。
#### NTSC制式的相机（北美地区）
在命令行中运行：
```
mplayer tv:// -tv driver=v4l2:device=/dev/video0:input=0:norm=NTSC
```
#### PAL制式的相机（欧盟地区）
首先在命令行中运行：
```
mplayer tv:// -vo null
```
几秒钟之后，按Ctrl+C杀掉进程，然后在运行命令：
```
mplayer tv:// -tv driver=v4l2:device=/dev/video0:input=0:norm=PAL
```

### 编辑配置文件：
开始运行前，首先需要对配置文件[.config](.config)进行本地化设置：
#### [System]
##### Station ID
观测站的唯一编号，可以随便取一个3位数数字。
##### GPS location
观测站所在位置的经纬度坐标，该坐标用来自动计算每天的黄昏和黎明时间，用于控制系统的开始和结束运行时间。经纬多坐标可以通过手机的GPS软件查询，也可以通过百度等网站查询：[百度页面查询经纬度](http://api.map.baidu.com/lbsapi/getpoint/index.html)。
#### [Capture]
##### Resolution and FPS
对不同的相机，需要正确设置相机的分辨率和帧频。对模拟相机可参考下表。
| 参数   | PAL | NTSC |
|--------|-----|------|
| 相机宽 |720  |720   |
| 图像高 |576  |480   |
| 帧频   |25.0 |29.97 |

## 运行代码
### 开始自动观测流星
在RMS目录下运行命令
```
python -m RMS.StartCapture
```
程序会自动每天在日落时开始运行，在日出时结束运行。
如果需要立即运行程序，可添加参数 -d HH.hh，HH.hh代码需要运行的小时数
```
python -m RMS.StartCapture -d 1.5
```

### 查看压缩视频文件
运行CMN_binViewer可以查看硬盘上的压缩视频文件。

### 查看火流星文件：
```
python -m Utils.FRbinViewer ~/RMS_data/YYYMMDD_hhmmss_uuuuuu
```
YYYMMDD_hhmmss_uuuuuu是每个观测夜的目录名

### 恒星提取和流星探测
如果想要历史记录图像进行重新处理，如恒星提取和流星探测，可以运行命令：
```
python -m RMS.DetectStarsAndMeteors ~/RMS_data/YYYMMDD_hhmmss_uuuuuu
```
该命令会处理一个观测夜目录（YYYMMDD_hhmmss_uuuuuu）中所有的数据，需要运行一段时间。运行完成后，会产生一个名为CALSTARS 的结果目录。