可攜式自動多角度觀測裝置的製作方法

2023-05-09 09:58:51 2

專利名稱：可攜式自動多角度觀測裝置的製作方法
技術領域：
本發明屬於一種地學領域，具體涉及遙感地面觀測技術。
背景技術：
多角度遙感實驗數據的獲取是遙感發展的關鍵點之一，除了遙感專用的輻射測量儀器，還需要有多角度觀測裝置，現有的多角度測量裝置根據其測量方式主要分為三類(I)傳感器圍繞固定中心點進行半球掃描，如美國JPL的PARABOLA，可攜式地表及大氣各向異性測量裝置(Deering, 1986，Remote Sensing of Environment ;Abdou, 2000, Journalof Geophysical Research),此測量方式在各個角度所測量目標地物的不一致性導致目標地物必須保證均一(2)保持目標物與傳感器的距離固定，通過移動傳感器對同一目標物進行半球測量。代表性測量裝置為瑞士蘇黎世大學遙感實驗室的FIGOS (Sandmeier, 1999, IEEETransactions on Geoscience and Remote Sensing)。此類裝置米取方位軌、天頂弧及自動測量方式，能夠在短時間內進行觀測，但是關鍵的主平面觀測卻受觀測架自身在地面形成的陰影幹擾，2m的測量高度也要求目標地物相對矮小均一。該裝置耗資巨大且體型笨重，嚴重限制了其推廣性。(3)本申請人研製的手動可攜式多角度觀測架(專利號2009100777927. 4)，整個裝置僅包含十幾根不鏽鋼管與一個簡易操作平臺，整體重量不超過20公斤便於攜帶與操作。然而此觀測架依然存在一些局限性，第一，需要人工調整方位角與天頂角，費時費力，難以長期連續測量，且操作人員本身輻射將在一定程度上影響測量精度；第二，熱輻射等遙感參數隨時間變化很快，手工調整速度跟不上某些對時間要求很高的遙感參數的測量；第三，現有三腳架及底座平臺高度可調性不高，要求冠層高度在1. 5m左右，過高或過矮都不能保證不同天頂角觀測的是同一目標，帶來較大不確定性。

發明內容
本發明的目的是提供一種可攜式自動多角度觀測裝置，以解決現有多角度觀測技術或是存在笨重、操作不便的技術問題；或是存在適用性差，各角度觀測的物體存在差異，精度較低的技術問題；或是存在人為影響大的技術問題。為了實現上述發明目的，本發明所採用的技術方案如下可攜式自動多角度觀測裝置，主要有以下部分組成高度可調地腳可轉的三腳架、控制測量高度的主杆和安裝傳感器探頭的橫杆、精確控制測量方位角的軸承旋轉基座、精確控制主杆傾斜角度(天頂角)的軸承裝置、用於帶動觀測架自動運行的方位角運行電機、用於帶動觀測架自動運行的天頂角運行電機和由編程自動控制電腦系統組成的控制電機運轉的控制箱；所述三角架固定在軸承旋轉基座下端，軸承旋轉基座是由位於下端的底盤、中部的轉盤座和位於上端的支撐下盤配合，通過旋轉軸和方位角渦輪蝸杆實現轉動連接組成；支撐下盤與內部旋轉軸相連，旋轉軸固定有水平方向的旋轉渦輪組，該水平方向的旋轉渦輪組包括方位角渦輪和方位角渦杆，方位角渦輪與方位角渦杆相連，方位角渦杆一端設有方位角手輪裝置，另一端通過聯軸器與方位角運行電機相連；在支撐下盤上安裝固定有支撐盤，該支撐盤為框架結構，其內通過線輪支架及線輪軸安裝有線輪，線輪通過包括天頂角渦輪和天頂角渦杆組成的傾斜渦輪組中的天頂角渦杆相連，天頂角渦杆一端設有天頂角手輪裝置，另一端通過聯軸器與天頂角電機相連；在該支撐盤上端安裝固定有軸承架，與線輪同方向設置的中軸通過滾動軸承固定在所述軸承架上，中軸穿過且固定在中輔助杆下端，有兩個較短的側輔助杆的一端分別固定在支撐盤上端，另一端相互呈一定角度張開，它們的端部分別固定有輪子，有一根不鏽鋼絲繩繞過兩個輪子和線輪後兩端共同固定在主杆的適當位置上；主杆為一根多節可伸縮的結構，有一個橫杆通過加強杆將其一端固定於主杆頂部，該橫杆另一端為用於安裝傳感器探頭的固定裝置，所述傳感器包括用於獲取光譜、溫度和圖像的探頭；軸承旋轉基座通過六顆內六角螺釘螺母與三腳架盤相連接，三腳架盤連接有壓板和可調節的三腳架上、下組件，組件之間通過三腳架鎖緊輪固定，三腳架下組件通過地腳銷釘與地腳釘相連接。所述主杆上裝有光電開關，在天頂角歸零時觸發。在所述轉盤座上設有與支撐下盤相抵的起鬆開鎖緊作用的調整螺栓。所述三腳架由地腳與三角架組成，地腳與三腳架之間通過轉軸連接。本發明的有益效果(I)根據事先編制好的觀測控制流，可自動獲取目標的多天頂角、多方位角數據。
(2)實現了光譜、溫度及圖像的一體化測量，增加了數據的一致性。(3)在太陽入射的熱點區域，可實現自動加密測量。(4)三腳架的創新設計，保證了冠層高度的測量範圍可從0-2. 5m範圍內變化，保證了低矮作物的測量準確性。(5)通過軟體自動控制多種儀器測量並記錄，大大節約了人力物力，提高了測量的效率和準確性。


圖1是本發明的結構的主視圖。圖2是圖1的側視圖。圖3是圖2的沿A-A方向的剖視圖。圖4是圖1的沿A-A方向的剖視圖。圖5是三腳架的結構的主視圖。圖6是圖5的仰視圖。圖中編號1_轉盤座，2-旋轉軸，3-旋轉渦輪組(方位角)，4_支撐下盤，5-支撐盤，6-線輪支架，7-線輪軸，8-線輪，9-傾斜渦輪組(天頂角)，10-中軸，11-滾動軸承，12-主杆，13-中輔助杆，14限位開關(光電開關)，15-側輔助杆，16-角度指示針，17-天頂角手輪，18-方位角手輪，19-天頂角電機保護罩，20-方位角電機保護罩，21-底盤，22-方位角聯軸器，23-輪子，24-橫杆，25-加強杆，26-主杆，27-三腳架，28-軸承架，29-三腳架盤，30-腳架上組件，31-上固定件，32-腳架下組件，33-三腳架鎖緊輪，34-地腳釘，35-圓柱頭內六角螺釘M10X50，36-扣緊螺母，37-壓板，38-地腳銷釘，39-圓柱頭內六角螺釘。
具體實施例方式本發明的結構參見圖1，2，主要由6個部分組成①高度可調、地腳可轉的三腳架、②精確控制測量方位角的軸承旋轉基座、③精確控制主杆傾斜角度(天頂角)的渦輪裝置、④控制測量高度的主杆、⑤安裝傳感器探頭的橫杆、⑥用於實現編程自動控制轉動方案且帶動觀測架自動運行控制箱。具體觀測架主體設計參見圖3、4。所述三角架27固定在軸承旋轉基座下端，軸承旋轉基座是由位於下端的底盤21、中部的轉盤座I和位於上端的支撐下盤4配合，通過旋轉軸2和方位角渦輪蝸杆實現轉動連接組成；支撐下盤4與內部旋轉軸2相連，旋轉軸2固定有水平方向的旋轉渦輪組3 (即方位角渦輪)，方位角渦輪與方位角渦杆相連，方位角渦杆一端設有方位角手輪18裝置，另一端通過方位角聯軸器22與方位角運行電機相連；在支撐下盤4上安裝固定有支撐盤5，該支撐盤5為框架結構，其內通過線輪支架6及線輪軸7安裝有線輪8，線輪8通過傾斜渦輪組9 (即天頂角渦輪)與天頂角渦杆相連，天頂角渦杆一端設有天頂角手輪17裝置，另一端通過天頂角聯軸器與天頂角電機相連；在該支撐盤5上端安裝固定有軸承架28，與線輪8同方向設置的中軸10通過滾動軸承11固定在所述軸承架28上，中軸10穿過且固定在中輔助杆13下端，有兩個較短的側輔助杆15的一端分別固定在支撐盤5上端，另一端相互呈一定角度張開，它們的端部分別固定有輪子23，有一根不鏽鋼絲繩繞過兩個輪子23和線輪8後兩端共同固定在主杆12的適當位置上；主杆12為一根多節可伸縮的結構，有一個橫杆24通過加強杆25將其一端固定於主杆12頂部,該橫杆24另一端為用於安裝傳感器探頭的固定裝置，所述傳感器包括用於獲取光譜、溫度和圖像的探頭。三腳架的主題設計參加圖5、6，軸承旋轉基座通過六顆內六角螺釘螺母35、36與三腳架盤29相連接，其中三組螺釘和螺母將旋轉基座與三腳架盤29固定，另三組螺釘和螺母頂在壓板37上，鎖死三腳架，保證測量中的穩定性。三腳架盤29連接有壓板37和可調節的三腳架上、下組件30、32，以便在實際測量中調節三腳架高度及水平。組件之間通過三腳架鎖緊輪33固定。三腳架下組件32通過地腳銷釘38與地腳釘34相連接，在測量時地腳釘34可深入地面起固定作用，保證三腳架可大幅度展開，在較低高度測量時也能保持良好的穩定性。本自動多角度觀測架各個部件的具有工作描述如下(I)高度可調、地腳可轉動的三腳架以前三腳架地腳與三腳架的腿平行，三腳架張角有一定限制，難以扎穩，很大程度上限制了低矮作物的測量。本發明中使用的三腳架採用全鋼質結構，地腳與三腳架之間通過轉軸連接，角度可轉動調節，只需將地腳垂直插入地裡，即可將三腳架大幅度展開，測量低矮作物。(2)全天自動觀測，無需人為幹預通過新的控制電機和智能軟體系統，可根據編制好的觀測控制流，按照用戶自定義的方式實現全天自動觀測。包括遙感研究關心的主平面、垂直主平面、順壟、垂直壟觀測。測量期間無需人為幹預。省時省力，也避免了人為操作可能產生的誤差。(3)光譜、溫度及圖像一體化測量，保證了數據一致性。通過新的觀測平臺及自動控制軟體，可同時測量光譜、溫度和圖像，增加了數據的一致性。傳統方法實現這一目標至少需要4個實驗人員，分別操作多角度觀測架、光譜儀、熱輻射計、攝像頭，且難以保證數據同時採集，數據一致性較差，滿足不了精度需求。(4)熱點自動加密功能可自動判斷太陽入射方向，自動在熱點加密測量，這是目前其他多角度觀測儀器所沒有的功能。熱點變化快，而熱點數據在遙感上有十分迫切的應用需求。傳統的等間隔自動測量或手動測量方式無法滿足速度、精度的需求，本儀器根據時間及經緯度信息自動找到熱點並加密測量，可獲取寶貴的熱點數據。本儀器自身的面積較小，其在太陽方向上的陰影幾乎不影響各個探頭的視場。(5)獨特的渦輪裝置，天頂角轉動平穩天頂角採取獨特的渦輪渦杆帶動，有效防止天頂角滑落帶來的風險。一般的驅動方式，當儀器平臺運行到最高點時，一旦出現斷電等突發情況，電機失去力量，平臺將迅速滑落，給儀器和操作人員帶來風險。而本儀器使用的渦輪渦杆裝置，僅能通過驅動天頂角轉軸來帶動儀器平臺運動，當失去驅動力時，儀器平臺將停留在當前位置。並且本儀器在手動多角度觀測架的基礎上，重新設計並調整了渦輪渦杆的結構、尺寸，將運動時儀器平臺的顫動降到最低，保證平臺平穩運轉，這對精密的遙感測量儀器十分重要。(6)可視化操作，實時角度、測量狀態顯示通過自動控制軟體，可通過簡單的滑鼠點擊控制多角度觀測架完成複雜的測量任務。在軟體界面上，可實時顯示當前觀測架的觀測方位角、天頂角、測量狀態，預覽測量數據，並實時記錄在日誌文件裡。這是目前其他多角度觀測架都不具備的功能。(7)結構精簡，可操作性強，便於運輸整個裝置僅包含控制系統、軸承基座、三腳架和幾根不鏽鋼金屬管，通過卡扣或銷子完成安裝，簡單便捷。整體結構簡單，便於維修保養。可將觀測架轉入兩個帶滾輪的箱子中，便於運輸。本發明的測量步驟如下①觀測架安裝所有組成部分通過卡扣或螺絲進行連接，支撐架與主杆數目視地物複雜程度而定；②探頭固定儀器探頭安裝至橫杆一端的固定板上，並使用專用扎帶將光纖和電纜固定於觀測架上；③觀測架、參考板、測量人員及相應設備就位在不破壞選定觀測視場的前提下，將觀測架移至目標地物中，根據觀測架高度與位置確定參考板的架設點。在北半球測量時，觀測架初始位置為正南方向，參考板置於觀測架的正北方向；在南半球觀測時，觀測架初始位置為正北方向，參考板置於觀測架的正南方向。參考板由可升降的對中杆與自製的託盤支撐；將控制系統分別與電機和電腦連接，供電；測試無誤後人員離開視場範圍，使用電腦及配套軟體進行操作一般在IOm外；可根據需求延長的控制線長度以遠離視場，實現試驗場無人值守操作。④測量根據程序提供的選項，自動進行主平面、垂直主平面、順壟、垂直壟和其他設定平面的測量，可進行多平面組合測量。測量期間，儀器每個周期測量一個參考板，並據此計算多角度觀測的反射率光譜曲線。⑤結束測量存儲數據、斷開電源、拆卸觀測架，完成測量。⑥數據自動處理根據儀器觀測的主平面、垂直主平面等平面，可計算出目標的BRF。
權利要求
1.可攜式自動多角度觀測裝置，其特徵在於它主要有以下部分組成高度可調地腳可轉的三腳架、控制測量高度的主杆和安裝傳感器探頭的橫杆、精確控制測量方位角的軸承旋轉基座、精確控制主杆傾斜角度的軸承裝置、用於帶動觀測架自動運行的方位角運行電機、用於帶動觀測架自動運行的天頂角運行電機和由編程自動控制電腦系統組成的控制電機運轉的控制箱；所述三角架固定在軸承旋轉基座下端，軸承旋轉基座是由位於下端的底盤、中部的轉盤座和位於上端的支撐下盤配合，通過旋轉軸和方位角渦輪蝸杆實現轉動連接組成；支撐下盤與內部旋轉軸相連，旋轉軸固定有水平方向的旋轉渦輪組，該水平方向的旋轉渦輪組包括方位角渦輪和方位角渦杆，方位角渦輪與方位角渦杆相連，方位角渦杆一端設有方位角手輪裝置，另一端通過聯軸器與方位角運行電機相連；在支撐下盤上安裝固定有支撐盤，該支撐盤為框架結構，其內通過線輪支架及線輪軸安裝有線輪，線輪通過包括天頂角渦輪和天頂角渦杆組成的傾斜渦輪組中的天頂角渦杆相連，天頂角渦杆一端設有天頂角手輪裝置，另一端通過聯軸器與天頂角電機相連；在該支撐盤上端安裝固定有軸承架，與線輪同方向設置的中軸通過滾動軸承固定在所述軸承架上，中軸穿過且固定在中輔助杆下端，有兩個較短的側輔助杆的一端分別固定在支撐盤上端，另一端相互呈一定角度張開，它們的端部分別固定有輪子，有一根不鏽鋼絲繩繞過兩個輪子和線輪後兩端共同固定在主杆的適當位置上；主杆為一根多節可伸縮的結構，有一個橫杆通過加強杆將其一端固定於主杆頂部，該橫杆另一端為用於安裝傳感器探頭的固定裝置，所述傳感器包括用於獲取光譜、溫度和圖像的探頭；軸承旋轉基座通過六顆內六角螺釘螺母與三腳架盤相連接，三腳架盤連接有壓板和可調節的三腳架上、下組件，組件之間通過三腳架鎖緊輪固定，三腳架下組件通過地腳銷釘與地腳釘相連接。
2.根據權利要求1所述的可攜式自動多角度觀測裝置，其特徵在於，所述主杆上裝有光電開關，在天頂角歸零時觸發。
3.根據權利要求1所述的可攜式自動多角度觀測裝置，其特徵在於，在所述轉盤座上設有與支撐下盤相抵的起鬆開鎖緊作用的調整螺栓。
4.根據權利要求1所述的可攜式自動多角度觀測裝置，其特徵在於，所述三腳架由地腳與三角架組成，地腳與三腳架之間通過轉軸連接。
全文摘要
本發明公開了一種可攜式自動多角度觀測裝置，它主要有以下部分組成高度可調地腳可轉的三腳架、控制測量高度的主杆和安裝傳感器探頭的橫杆、精確控制測量方位角的軸承旋轉基座、精確控制主杆傾斜角度的軸承裝置、用於帶動觀測架自動運行的方位角運行電機、用於帶動觀測架自動運行的天頂角運行電機和由編程自動控制電腦系統組成的控制電機運轉的控制箱。本發明可以解決現有多角度觀測技術或是存在笨重、操作不便的技術問題；或是存在適用性差，各角度觀測的物體存在差異，精度較低的技術問題；或是存在人為影響大的技術問題。
文檔編號G01C1/00GK103047960SQ20121058957
公開日2013年4月17日 申請日期2012年12月28日 優先權日2012年12月28日
發明者閻廣建, 張吳明, 劉亞琪, 任華忠, 胡容海, 朱振, 孟夏 申請人:北京師範大學