遙感多角度地面觀測裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種遙感多角度地面觀測裝置，它包括驅(qū)動車、安裝在驅(qū)動車上的通過電機驅(qū)動的高低可調(diào)節(jié)的支撐組件、安裝在支撐組件上的方位角旋轉(zhuǎn)基座、安裝在方位角旋轉(zhuǎn)基座旋轉(zhuǎn)端的弧形導軌和安裝在弧形導軌上的儀器小車。所述支撐組件的下部與三輪車基座相連；有一個橫桿一端與支架組件中可滑動的支撐桿相連，另一端與控制方位角的旋轉(zhuǎn)基座相連，旋轉(zhuǎn)基座下部實現(xiàn)弧形導軌方位角控制的旋轉(zhuǎn)端與所述弧形導軌一端相連；所述弧形導軌上安裝搭載多種儀器的小車平臺。本發(fā)明可以解決對地物二向反射及多角度紅外溫度、發(fā)射率進行全方位多角度觀測設(shè)備的快速獲取數(shù)據(jù)、輕便宜攜帶無需現(xiàn)場組裝和觀測平臺同時搭載多個傳感器器技術(shù)問題。
【專利說明】遙感多角度地面觀測裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及地理，遙感觀測相關(guān)實驗器材領(lǐng)域，具體來說，是涉及到對地物二向反射(BRDF)及多角度紅外溫度、發(fā)射率進行觀測的實驗裝置，特別是一種多角度全自動觀測 裝直。
【背景技術(shù)】
[0002]盡管定量遙感已經(jīng)有了幾十年的發(fā)展史，尤其是近年來升空的很多衛(wèi)星，為遙感反演提供了大量的可用數(shù)據(jù)，但是可用的地面實測BRDF (二向反射分布函數(shù))多角度數(shù)據(jù)卻不多，不能滿足反射率模型機理研究和植被結(jié)構(gòu)參數(shù)反演的需要。有些多角度數(shù)據(jù)，由于沒有在公開場合發(fā)表，因此實際可用的實測數(shù)據(jù)更是少之又少。早期的多角度觀測完全由實驗人員手持光譜儀進行，不僅操作繁瑣，過程復雜，而且操作時間比較長，很難獲得較為準確的實驗數(shù)據(jù)。之后，陸續(xù)出現(xiàn)了一些觀測設(shè)備，能夠在一定程度上實現(xiàn)自動觀測，減輕人員勞動強度。從目前已出現(xiàn)的多角度觀測裝置的規(guī)格尺寸上來看，可分為小型、中型何大型三類:小型設(shè)備的測量半徑在Im以內(nèi)，適合做小型地物的觀測；中型在I~3m之間，可以滿足中小型地物(如小麥，玉米，草等)的觀測需要；大型則是在3m以上，可以觀測樹木冠層的BRDF，但往往大型設(shè)備比較笨重，不易攜帶。
[0003]BRDF的觀測主要有兩種觀測方式，一種是常規(guī)方式:即入射光源和地面目標位置保持恒定，多角度觀測架通過移動傳感器來完成對半球空間相對完整觀測。另一種是非常常規(guī)模式:即傳感器位置不變，觀測方向在半球空間變化，此種觀測模式需要地物比較均
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[0004]目前已有的觀測平臺如下:
[0005]I)美國JPL實驗室研制的PARABOLA便攜式地表及大氣各向異性測量裝置，此裝置原理是傳感器繞固定中心進行半球掃面，對于不同角度觀測的不是地面相同區(qū)域，所以要求地面比較均一。
[0006]2)1994年瑞士蘇黎世大學遙感實驗室研制的FIGOS裝置，采用360度圓形方位軌道，及半圓形的天頂弧架構(gòu)，傳感器在天頂弧上運動，天頂弧能繞圓形軌道轉(zhuǎn)動，從而能夠較快地進行自動測量，但是主平面方向的測量會受到天頂弧陰影的影響。且只能測量較為矮小的植被，測量高度也是固定的。
[0007]3) 2006年加拿大萊斯布里奇大學開發(fā)了一款低成本的小型多角度觀測平臺ULGS，天頂軌道可在方位圓軌道上作360度旋轉(zhuǎn)，同時天頂弧軌道上搭載有光譜儀，光譜儀可在天頂弧上-60°~60°范圍內(nèi)運動。該觀測平臺純手動操作，且主要用于室內(nèi)觀測。
[0008]4) 2007年比利時魯漢大學演示了一款新的觀測儀器CLabSpeG (CompactLaboratory Spectro-Goniometer)，其主要針對直徑為1.25m的半球球心樣本進行觀測，相比于萊斯布里奇大學設(shè)計的小型多角度觀測平臺，這套裝置實現(xiàn)了自動采集數(shù)據(jù)和遠程控制的功能。但獲取整個半球的BRDF數(shù)據(jù)需要花費約兩個半小時，無法適應(yīng)野外觀測(因太陽光照在兩個半小時內(nèi)會發(fā)生巨大變化)。[0009]5) 2008年中國科學院安徽光學緊密機械研究所設(shè)計了一款天頂弧和方位圓軌道均為2m的中興多角度觀測系統(tǒng)，由于采用了鋁合金材料，使得整個儀器重量大為減輕，方便運輸和攜帶。
[0010]6) 2010年北京師范大學設(shè)計了一款便攜式自動多角度觀測裝置MAOS (Mult1-Angle Observation System),該裝置結(jié)構(gòu)簡單，由三腳架、控制高度的主桿和安裝傳感器的橫桿組成，通過計算機軟件控制能夠?qū)崿F(xiàn)自動觀測。
[0011]對于多角度自動觀測裝置的研制重點是要解決以下幾個問題:首先是多角度快速獲取數(shù)據(jù)的問題，之前有眾多大學或?qū)嶒炇已兄瞥隽瞬煌愋偷难b置，如加拿大Lethbridge大學發(fā)明的多角度觀測裝置ULGS-2.5，北京農(nóng)業(yè)智能設(shè)備裝置技術(shù)研究中心設(shè)計的移動多角度觀測平臺，上述裝置雖然能夠進行全方位多角度觀測，但是由于觀測角度需要人工調(diào)節(jié)，花費時間較長，在此期間太陽高度角會發(fā)生明顯變化，故觀測數(shù)據(jù)不夠精確。其次是便攜問題，現(xiàn)有的觀測裝置幾乎都不便攜，體積過大，質(zhì)量過重，甚至有的設(shè)備需要到現(xiàn)場進行組裝，無法靈活應(yīng)對各種天氣狀況。第三是觀測平臺載重問題，有的觀測平臺只能安置單一的傳感器設(shè)備，無法同時搭載多個傳感器。
[0012]因此需要設(shè)計一種便攜，靈活穩(wěn)定的新型多角度觀測裝置，以解決上述問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]本發(fā)明的目的是提供一種遙感多角度地面觀測裝置，以解決對地物二向反射，多角度紅外溫度及發(fā)射率進行全方位多角度觀測設(shè)備的快速獲取數(shù)據(jù)、輕便宜攜帶無需現(xiàn)場組裝和觀測平臺同時搭載多個傳感器器技術(shù)問題。
[0014]為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下:
[0015]一種遙感多角度地面觀測裝置，它包括驅(qū)動車、安裝在驅(qū)動車上的通過電機驅(qū)動的高低可調(diào)節(jié)的支撐組件、安裝在支撐組件上的方位角旋轉(zhuǎn)基座、安裝在方位角旋轉(zhuǎn)基座旋轉(zhuǎn)端的弧形導軌和安裝在弧形導軌上的儀器小車；所述支撐組件的下部與車基座相連；有一個橫桿一端與支架組件中可滑動的支撐桿相連，另一端與控制方位角的旋轉(zhuǎn)基座相連，旋轉(zhuǎn)基座下部實現(xiàn)弧形導軌方位角控制的旋轉(zhuǎn)端與所述弧形導軌一端相連，旋轉(zhuǎn)基座的旋轉(zhuǎn)軸通過皮帶或齒輪傳動裝置與電機連接；所述弧形導軌在圓弧上具有均勻的齒輪，儀器小車通過齒輪與弧形導軌卡在一起，儀器小車的輪軸再通過鏈條與控制儀器小車在弧形導軌上滑動的步進電動機相連；所述弧形導軌上標有天頂角刻度；所述儀器小車上安裝有遙感探頭、激光指示器和攝像頭。
[0016]所述弧形導軌的半徑和圓弧長度按觀測角度的范圍定，儀器小車在弧形導軌上的運動步長為1°。
[0017]所述方位角旋轉(zhuǎn)基座下方有一固定的觀測儀器。
[0018]支撐組件主要包括基座、主支撐桿及橫桿部分；其中基座通過固定架與驅(qū)動小車相連，主支撐桿通過銷軸與基座連接，主支撐桿中部又通過電動推桿與基座連接；在基座側(cè)面還通過萬向節(jié)及支撐桿與主支撐桿相連；所述主支撐桿由兩塊豎直槽鋼及槽鋼中間的齒條和齒條固定塊組成，齒條和齒條固定塊膠合在一起，在槽鋼中上部，安有一固定的齒輪，齒輪與兩槽鋼中間的齒條咬合在一起，齒輪通過電動機帶動。
[0019]所述支撐桿上設(shè)有高度調(diào)劑開關(guān)。[0020]本發(fā)明具有如下優(yōu)點:操作方便、易于攜帶、應(yīng)用靈活、適應(yīng)性強；通過支架桿高度的調(diào)節(jié)，可以觀測不同高度的冠層，其觀測范圍達3，45米，既能保證低矮冠層測量的準確性，又能適應(yīng)高觀測植被的觀測；儀器小車能夠同時攜帶多種儀器，實現(xiàn)光譜、溫度及圖像數(shù)據(jù)的同時觀測，增加數(shù)據(jù)一致性和準確性，提高觀測效率；通過事先制定的觀測任務(wù)，能夠通過計算機軟件自動控制儀器進行觀測，可獲取目標地物多方位角、多天頂角的數(shù)據(jù)，且任務(wù)編制靈活，能夠在主平面加密測量點，而其他平面減少測量點；儀器小車在導軌上及導軌在方位角上運行快(導軌轉(zhuǎn)動一周時間為I分19秒，小車從0°到90°時間為I分鐘)而穩(wěn)定，且小車能夠同時在方位角和天頂角方向運行，能夠快速完成觀測任務(wù)；整個觀測流程都能夠?qū)崿F(xiàn)自動化，大大節(jié)約了人力物力，提高實驗效率和準確性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1是本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖2是圖1中的支架組件示意圖；
[0023]圖3是圖1中的旋轉(zhuǎn)基座、圓弧導軌和儀器小車部分示意圖；
[0024]圖4是是圖1中儀器小車的示意圖；
[0025]圖5是實際觀測的二項反射因子圖；
[0026]圖6是半球空間反射率因子分布圖。
[0027]圖中編號:1_三輪驅(qū)動小車，2-支架組件，3-旋轉(zhuǎn)基座，4-帶刻度1/4圓弧導軌，5-儀器小車，6-電動推桿，7-支撐塊，8-固定架，9-銷軸，10-側(cè)面支撐軸，11-萬向節(jié)零件，12-壓塊，13-齒輪，14-行星齒輪箱，15-齒條，16-槽鋼，17-齒條固定塊，18-橫桿，19-電動推桿，20-支撐板，21-測量儀器組件，22-支撐套筒，23-導軌齒輪，24-儀器小車上側(cè)邊夾板，25-帶輪，26-齒輪，27-步進電動機。
【具體實施方式】
[0028]下面結(jié)合附圖并通過【具體實施方式】進一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案。
[0029]如圖1-4所示，給出了本發(fā)明的一個具體實施案例。
[0030]圖1是本發(fā)明的一個整體結(jié)構(gòu)示意圖，該觀測裝置主要包括:方便儀器移動運輸?shù)娜嗱?qū)動小車1、可調(diào)節(jié)高度的支架組件2、旋轉(zhuǎn)基座3、帶刻度1/4圓弧4，能夠攜帶多種觀測設(shè)備的儀器小車5。
[0031]所述三輪驅(qū)動小車I有安裝支架組件的基座，支架組件能夠完全傾斜放在車上，測量完畢后能夠快速完成儀器整理；小車由柴油機作為動力，能夠?qū)崿F(xiàn)遠距離運輸儀器設(shè)備，方便快捷。
[0032]所述可調(diào)節(jié)高度的支架組件2的機械結(jié)構(gòu)如圖2所示，支架組件主要分為基座、主支撐桿及橫桿部分。其中基座通過圖中的固定架8與三輪驅(qū)動小車相連，使得整個支架系統(tǒng)固定在車上，主支撐桿通過銷軸9與基座連接，并且主支撐桿中部又通過電動推桿6與基座連接，這樣只需調(diào)節(jié)電推桿的長度，就能夠使支架系統(tǒng)前后傾斜，當電動推桿完全收攏時，支架系統(tǒng)就能夠完全傾斜到車上。在基座側(cè)面還通過萬向節(jié)及支撐桿10與支架組件相連，防止支架系統(tǒng)左右擺動；所述主支撐桿由兩塊豎直槽鋼(圖2中16)，及槽鋼中間的齒條(圖2中15)和齒條固定塊(圖2中17)組成，齒條和齒條固定塊膠合在一起，在槽鋼中上部，安有一固定的齒輪(圖2中13)，齒輪與兩槽鋼中間的齒條咬合在一起，齒輪通過電動機帶動，則能夠使齒條及齒條固定塊(合稱為支架桿)在槽鋼中間上下移動，即實現(xiàn)了高度的調(diào)節(jié)。
[0033]圖2中的橫桿一端固定在支架桿上，并通過電動推桿也與支架桿相連，這樣當支架桿在槽鋼中上下滑動時，橫桿也跟著上下滑動。
[0034]圖2中的橫桿另一端則通過旋轉(zhuǎn)基座與圓弧軌道(圖3)相連。旋轉(zhuǎn)基座如圖3中的20-22所示，上端通過支撐套筒22與橫桿相連，下端與圓弧軌道連接。圓弧軌道固定在套筒的軸上，而軸通過電動機鏈條帶動，實現(xiàn)圓弧軌道在方位角上的轉(zhuǎn)動。在旋轉(zhuǎn)基座的正下方還有一個固定的測量儀器組件21，其觀測方向為正下方。圖3中的圓弧軌道由一整塊鋼條彎曲壓制而成，做成半徑為1.7米的1/4圓弧(圖3中4)，并在圓弧內(nèi)測壓制了一層齒條(圖3中23)。
[0035]圖4所示為導軌上儀器小車，通過夾板(圖4中24)固定在導軌上，小車內(nèi)部的齒輪(圖3中26)與導軌上的齒條咬合，齒輪通過軸與帶輪25連接，帶輪25由電動機27通過鏈條帶動，這樣齒輪26就能夠在齒條上滾動，帶動儀器小車在圓弧軌道上移動，即實現(xiàn)高度角方向的移動。此處所使用的電動機是防丟步步進電動機，即若在實驗中小車被卡在軌道上，通過人工處理后實驗能夠繼續(xù)進行。
[0036]通過本發(fā)明所涉及到的各個部件，能夠帶來以下好處:
[0037]1、支架組件高度可調(diào)節(jié)，能夠適應(yīng)不同的植被冠層。
[0038]2、圓弧軌道上的儀器小車能夠攜帶多種儀器設(shè)備，實現(xiàn)輻射、溫度及圖像數(shù)據(jù)的同時獲取，保證了實驗數(shù)據(jù)的一致性。
[0039]3、全自動觀測，無需手動操作。本裝置通過自己開發(fā)的計算機軟件，建立觀測任務(wù)，設(shè)定觀測時間，就能夠?qū)崿F(xiàn)自動觀測，自動記錄數(shù)據(jù)。并且，在軟件界面上能夠?qū)崟r顯示觀測到的數(shù)據(jù)和圖像，使得實驗人員能夠在觀測過程中監(jiān)督觀測結(jié)果是否合理。
[0040]4、圓弧軌道轉(zhuǎn)動速度和儀器小車滑動的速度較快，能夠在較短時間內(nèi)完成觀測任務(wù)，并且圓弧軌道方位角上的轉(zhuǎn)動和儀器小車高度角上的滑動時可以同時進行的，進一步加快了觀測速度。
[0041]5、整個裝置操作方便、易于攜帶、應(yīng)用靈活、適應(yīng)性強。實驗后無需拆除所有部件，只需將支架系統(tǒng)完全傾斜放在車上即可。也能方便下次實驗的快速開始。
[0042]使用本發(fā)明進行觀測的步驟如下:
[0043]6、儀器準備。將實驗三輪車開到制定地點，接通電源，通過車上的開關(guān)控制電動推桿，使支架組件成豎直狀態(tài)，在旋轉(zhuǎn)基座下方固定儀器安裝位置及儀器小車上安裝所需的測量儀器，根據(jù)測量植被冠層的高度調(diào)節(jié)支架的高度。
[0044]7、在控制軟件上新建觀測任務(wù)，設(shè)定觀測平面，關(guān)鍵角度間隔等參數(shù)，點擊開始觀測，整個裝置啟動并開始自動觀測，整個過程無需值守。
[0045]8、觀測完畢后，檢查并保存數(shù)據(jù)，卸載儀器設(shè)備，將支架組件傾斜到車上，切斷電源，觀測完畢。
[0046]觀測結(jié)果:使用本系統(tǒng)，在控制軟件中設(shè)定好觀測任務(wù)后，能夠得到目標植被的雙向反射率因子，結(jié)果如圖5所示，圖中橫坐標是觀測天頂角，縱坐標是地物在太陽主平面上不同波段的反射率因子(BRF)。再通過不同觀測不同平面不同天頂角的反射率因子后，能夠通過核驅(qū)動模型計算出半球空間的反射率因子分布，如圖6。
【權(quán)利要求】
1.一種遙感多角度地面觀測裝置，其特征在于，它包括驅(qū)動車、安裝在驅(qū)動車上的通過電機驅(qū)動的高低可調(diào)節(jié)的支撐組件、安裝在支撐組件上的方位角旋轉(zhuǎn)基座、安裝在方位角旋轉(zhuǎn)基座旋轉(zhuǎn)端的弧形導軌和安裝在弧形導軌上的儀器小車；所述支撐組件的下部與驅(qū)動車基座相連；有一個橫桿一端與支架組件中可滑動的支撐桿相連，另一端與控制方位角的旋轉(zhuǎn)基座相連，旋轉(zhuǎn)基座下部實現(xiàn)弧形導軌方位角控制的旋轉(zhuǎn)端與所述弧形導軌一端相連，旋轉(zhuǎn)基座的旋轉(zhuǎn)軸通過皮帶或齒輪傳動裝置與電機連接；所述弧形導軌在圓弧上具有均勻的齒輪，儀器小車通過齒輪與弧形導軌卡在一起，儀器小車的輪軸再通過鏈條與控制儀器小車在弧形導軌上滑動的步進電動機相連；所述弧形導軌上標有天頂角刻度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種遙感多角度地面觀測裝置，其特征在于，所述弧形導軌的半徑和圓弧長度按觀測角度的范圍定，儀器小車在弧形導軌上的運動步長為1°。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種遙感多角度觀測裝置，其特征在于，所述方位角旋轉(zhuǎn)基座下方有一固定的觀測儀器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種遙感多角度地面觀測裝置，其特征在于，支撐組件主要包括基座、主支撐桿及橫桿部分；其中基座通過固定架與驅(qū)動小車相連，主支撐桿通過銷軸與基座連接，主支撐桿中部又通過電動推桿與基座連接；在基座側(cè)面還通過萬向節(jié)及支撐桿與主支撐桿相連；所述主支撐桿由兩塊豎直槽鋼及槽鋼中間的齒條和齒條固定塊組成，齒條和齒條固定塊膠合在一起，在槽鋼中上部，安有一固定的齒輪，齒輪與兩槽鋼中間的齒條咬合在一起，齒輪通過電動機帶動。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種遙感多角度地面觀測裝置，其特征在于，所述支撐桿上設(shè)有聞度調(diào)劑開關(guān)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種遙感多角度地面觀測裝置，其特征在于，所述儀器小車上安裝有遙感探頭、激光指示器和攝像頭。
【文檔編號】G01D21/02GK103697945SQ201410001586
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2014年1月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月3日
【發(fā)明者】穆西晗, 閻廣建, 閆凱, 漆建波 申請人:北京師范大學