多角度熱輻射近地面觀測裝置的製作方法

2023-05-18 15:53:16

專利名稱：多角度熱輻射近地面觀測裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及典型城市地表熱輻射近地面觀測技術，具體涉及一種多角度熱輻 射近地面觀測裝置。
背景技術：
近年來，由於全球氣候變化、陸面過程等相關研究的推動，對各種遙感產品的精度 的需求進一步提高。在熱紅外遙感領域，地表溫度產品在乾旱監測、地表-大氣界面的熱通 量交換和地表蒸散發中起著非常重要的作用。此外，它在地質學、水文學和陸面過程模型研 究中地表溫度也是十分關鍵的參數。然而，許多理論模擬和實驗觀測已經證實，大部分的自然和人工地表在熱紅外波 段範圍內都具有熱輻射方向性特徵即對於同一觀測目標，在不同的觀測天頂角和方位角 能夠測量到不同輻射溫度值。而現階段絕大多數針對衛星遙感影像的反演算法(如單窗算 法、劈窗算法、溫度/發射率分離算法等)均只能提供像元內物體在某一個方向的平均溫 度。顯然，這限制了地表溫度產品在眾多相關領域內的應用潛力。為了通過遙感反演獲得精度更高的地表溫度產品，熱紅外傳感器的正向過程的物 理建模顯得愈發重要。鑑於此，上世紀七八十年代以來，許多研究者開始報導地表熱輻射方 向性領域內正向模擬的相關研究成果。其中，土壤-植被冠層耦合地表得到了最多的關注。 針對於水體、土壤_植被耦合界面的部分儀器觀測裝置也已經建立起來。但是，在不同的城市，甚至城市的不同地區，地表物體的規模和建築物的布局方式 巨大；此外，城市地表包含了各種各樣的地表類型，如草地、低矮灌叢、高大喬木等植被；低 矮平房、具有玻璃幕牆的高大建築等，這使得城市地表的熱輻射方向性的觀測要遠遠複雜 於其他類型的地物。以前建立的針對於低矮草地和灌木的許多觀測裝置移動困難、觀測範圍較小。由 於城市建築物規格巨大，給遙感的地面試驗觀測帶來了許多困難，現有技術中適用於植被 熱輻射方向性觀測的地面觀測裝置已無法滿足現實要求，無法對複雜城市地表實現觀測。

實用新型內容本實用新型的要解決的技術問題是為克服現有技術的不足，提供一種適用於城市 地表進行觀測、操作簡單、結實耐用、造價便宜的多角度熱輻射近地面觀測裝置。為解決上述技術問題，本實用新型採用的技術方案是一種多角度熱輻射近地面 觀測裝置，主要由支撐杆、操作杆、基座、轉軸結構、觀測裝置等組成。支撐杆下端固定連接 於基座上，支撐杆上端通過轉軸結構與操作杆中部連接，操作杆的一端安裝有觀測裝置，另 一端設置為把手，操作杆的把手端與支撐杆下端且位於基座的上部處連接有鋼絲繩，觀測 裝置包括熱紅外成像儀和遙控數位相機。進一步地，熱紅外成像儀設置於觀測裝置盒內，觀測裝置盒的一側設置有角度刻 盤和懸垂。[0010]進一步地，基座安裝於移動小車上面。進一步地，所述的基座由混凝土製成，呈稜台形或圓臺形，上面中心處澆鑄有鋼製 方管，支撐杆的下端插入方管內，支撐杆的下端通過八個螺栓與基座的鋼製方管固定連接， 基座的側面對稱地設置有兩個提手。進一步地，所述的觀測裝置盒固定於操作杆的一端；觀測裝置盒包括盒本體，前端 固定上夾板、前端固定T形板；盒本體為木製，前端固定上夾板為厚度6毫米的鋼板，前端固 定T形板為厚度6mm鋼板；前端固定上夾板與前端固定T形板上均設有相對應的多個連接 孔，通過連接孔和連接螺栓，前端固定上夾板與前端固定T形板夾持固定於操作杆上，在前 端固定T形板下方通過4根固定杆中的3根固定觀測裝置盒盒本體，另外1根固定杆固定 遙控數位相機。進一步地，所述的支撐杆由方形鋼管制成，高度3米；操作杆由鋁管制成，鋁管的 截面形狀為長方形，操作杆長度為6米。與現有技術相比，本實用新型的多角度熱輻射近地面觀測裝置操作簡單，結實耐 用、造價低，非常適於典型城市地表進行觀測，該裝置能夠實現對地表高大目標方向亮溫的 靈活觀測，觀測效率高。

圖1是本實用新型的多角度熱輻射近地面觀測裝置示意圖；圖2是轉軸結構示意圖；圖3是圖1中A部觀測裝置安裝結構示意圖；圖4是圖3中K向示意圖；圖5是圖3的立體圖；圖6是支撐杆與底座的連接結構示意圖；圖7城市熱輻射方向性物理模型示意圖。
以下結合附圖通過實施例對本實用新型作進一步說明。
具體實施方式
參見附圖圖1至圖6，本實用新型的多角度熱輻射近地面觀測裝置，主要由支撐杆 1、操作杆2、基座3、轉軸結構4、觀測裝置5等零部件組成。支撐杆1下端固定連接於基座 3上，支撐杆1上端通過轉軸結構4與操作杆2中部連接；操作杆2的一端安裝有觀測裝置 5，另一端設置為把手；操作杆2的把手端與支撐杆1下端且位於基座3的上部處連接有鋼 絲繩7 ；基座3可安裝於移動小車6上面。支撐杆1，由方形鋼管制成，高度3米。操作杆2，由鋁管制成，鋁管的截面形狀為長方形，操作杆2長度為6米。操作杆2 用於安裝觀測裝置5，還可以用於調節觀測高度。基座3，由混凝土製成，呈稜台形，上面中心處澆鑄有鋼製方管8，方管8的尺寸比 支撐杆1方形鋼管的尺寸大，便於支撐杆1的下端插入。支撐杆1的下端通過八個螺栓與 基座3的鋼製方管8固定連接。基座3的側面對稱地設置有兩個提手，便於對基座3抬移。 基座3可安裝於移動小車6上面。基座3也可以製成圓臺形。[0027]移動小車6設置有手柄，底部安裝有滾輪。通過手柄可移動小車進而移動基座3， 以實現移動整個裝置。轉軸結構4，包括支撐底板41、上支撐夾板42、下支撐夾板43、支撐軸44等組成。 支撐底板41為厚度10毫米的方形鋼板，支撐底板41下面焊接於支撐杆1上端，支撐底板 41上面焊接有轉軸單耳；下支撐夾板43為厚度10毫米的長方形鋼板，其下面焊接有轉軸 雙耳；下支撐夾板43的轉軸雙耳與支撐底板41轉軸單耳通過圓柱形轉軸44鉸接；下支撐 夾板43上設置有六個連接孔；上支撐夾板42也為厚度10毫米的長方形鋼板，其上也設置 有六個連接孔，且與下支撐夾板43上設置的六個連接孔對應，上支撐夾板42和下支撐夾板 43通過對應的連接孔穿裝T型連接螺栓並在連接螺栓上旋裝螺母夾持固定於操作杆2的中 部。觀測裝置5，包括熱紅外成像儀51和遙控數位相機52。觀測裝置5通過觀測裝置 盒安裝於操作杆2的一端。觀測裝置盒固定於操作杆2的一端。觀測裝置盒包括盒本體50，前端固定上夾板 55、前端固定T形板56。盒本體50為木製，前端固定上夾板55為厚度6毫米的鋼板，前端固 定T形板56為厚度6mm鋼板；前端固定上夾板55與前端固定T形板56上均設有相對應的 多個連接孔，通過連接孔和連接螺栓，前端固定上夾板55與前端固定T形板56夾持固定於 操作杆上，在前端固定T形板56下方通過4根固定杆中的3根固定觀測裝置盒盒本體50， 觀測裝置盒盒本體50內安裝有熱紅外成像儀51，另外1根固定杆固定遙控數位相機52。觀測裝置盒的作用是安置熱紅外成像儀51，並對觀測儀器起到保護作用。在觀測 裝置盒本體的一個側面上設置有角度刻盤53和懸垂54，以確定觀測角度。工作原理多角度熱輻射近地面觀測裝置的工作原理介紹主要包括1)觀測對象；2)觀測方 案介紹兩個部分。1)觀測對象多角度熱輻射近地面觀測裝置的觀測對象為城市熱輻射方向性物理模型。城市 熱輻射方向性物理模型(以下簡稱物理模型)是為了對城市熱輻射方向性計算機模型的 模擬結果進行必要的驗證而建立的一個按一定比例縮小的城市小區。製作的模型尺寸為 300 X 200 X 250mm,模型間的空間布局和相對位置關係均可根據實際情況設置。模型的材質採用一般建築常用的輕體磚和水泥結構，製作的模型內部中空，以期 儘量與真實的建築結構的熱力學性質一致。物理模型被排放在一個開闊的水泥地表觀測 場，並且根據真實建築間距按比例調節建築模型間的間距，構成一個微觀的城市區域建築 群模型，如圖7所示。由於單個建築模型與地表是脫離的，因此可以自由地調節建築模型間 的間隔，以適應不同街道寬度的場景。為了便於觀測研究，簡化的物理模型由地面場景和四周八個方位角的觀測裝置組 成，見圖7。為了精確計算太陽_地面目標_傳感器位置的相對位置關係，還需對城市區域 物理模型的觀測場建立局部空間坐標系統。以地面目標的中心點作為坐標原點，X軸指向 東，Y軸指向北，建立右手空間坐標系。確定觀測儀器在局部坐標系中的空間位置，以及觀 測儀器與物理模型間的相對位置、觀測方位角和觀測天頂角等。2)觀測方案
5[0039]下面以觀測支架安置在某一方位角(8個典型方位角之一)情況下，說明具體觀測 方案。觀測方案主要包括如下幾個部分。[1]數位相機和熱像儀的固定及設定。將熱像儀和數位相機固定於前端的觀測裝 置盒。且將熱紅外成像儀設置成自動拍攝(拍攝間隔為10秒)；將數位相機設置成遙控拍 攝；[2]觀測高度的調節。通過操作操作杆來調節儀器的觀測高度。然後使用鋼絲繩 將操作杆始終固定於該高度，直到本次測量結束；[3]觀測角度的調節。結合觀測高度等，用觀測裝置盒的側面刻有角度刻盤確定好 操作杆的傾斜角度。通過觀測角度和高度的調節，從而精確確定觀測儀器在局部坐標系中 的空間位置；[4]數位相機和熱紅外成像儀的拍攝。由於已設定了熱紅外成像儀為自動拍攝，因 此拍攝人員只需要利用遙控器，遙控數位相機對物理模型進行不間斷拍攝，記錄人員記錄 每次拍攝的時間；[5]使用點溫計對溫度的測量。在數位相機和熱紅外成像儀拍攝的同時，記錄人員 記錄點溫度對物理模型組分溫度測量的結果；而且每隔半小時，記錄人員需記錄微氣象站 的空氣溫度；[6]轉到第2步驟，調節觀測位置進行其他角度的拍攝。分別在8個不同的方位 角，使用上述方法安置並調整觀測裝置的角度和高度，以天頂角O度，10度，30度45度和60 度方向對地面目標進行拍攝和記錄。本實用新型主要應用於城市地表方向亮溫的觀測和研究，但是，可以預見，在遙感 產品的正向建模檢驗中，也可用於許多具有類似需求的野外地面實驗觀測。
權利要求一種多角度熱輻射近地面觀測裝置，其特徵在於該裝置包括支撐杆(1)、操作杆(2)、基座(3)、轉軸結構(4)、觀測裝置(5)；支撐杆(1)下端固定連接於所述的基座(3)上，支撐杆(1)上端通過轉軸結構(4)與操作杆(2)中部連接；操作杆(2)的一端安裝有觀測裝置(5)，另一端設置為把手；操作杆(2)的把手端與支撐杆(1)下端且位於基座的上部處連接有鋼絲繩(7)，所述的觀測裝置(5)包括熱紅外成像儀(51)和遙控數位相機(52)。
2 根據權利要求1所述的多角度熱輻射近地面觀測裝置，其特徵在於所述的熱紅外 成像儀(51)設置於觀測裝置盒內，觀測裝置盒的一側設置有角度刻盤(53)和懸垂(54)。
3.根據權利要求1或2所述的多角度熱輻射近地面觀測裝置，其特徵在於所述的基 座(3)安裝於移動小車(6)上面。
4.根據權利要求1或2所述的多角度熱輻射近地面觀測裝置，其特徵在於所述的基 座(3)由混凝土製成，呈稜台形或圓臺形，上面中心處澆鑄有鋼製方管(8)，支撐杆(1)的下 端插入方管(8)內，支撐杆(1)的下端通過八個螺栓與基座(3)的鋼製方管(8)固定連接， 基座(3)的側面對稱地設置有兩個提手。
5.根據權利要求3所述的多角度熱輻射近地面觀測裝置，其特徵在於所述的基座(3) 由混凝土製成，呈稜台形或圓臺形，上面中心處澆鑄有鋼製方管(8)，支撐杆(1)的下端插 入方管(8)內，支撐杆(1)的下端通過八個螺栓與基座(3)的鋼製方管(8)固定連接，基座(3)的側面對稱地設置有兩個提手。
6.根據權利要求2所述的多角度熱輻射近地面觀測裝置，其特徵在於所述的觀測裝 置盒固定於操作杆(2)的一端；觀測裝置盒包括盒本體(50)，前端固定上夾板(55)、前端固 定T形板(56)；盒本體(50)為木製，前端固定上夾板(55)為厚度6毫米的鋼板，前端固定 T形板(56)為厚度6mm鋼板；前端固定上夾板(55)與前端固定T形板(56)上均設有相對 應的多個連接孔，通過連接孔和連接螺栓，前端固定上夾板(55)與前端固定T形板(56)夾 持固定於操作杆上，在前端固定T形板(56)下方通過4根固定杆中的3根固定觀測裝置盒 盒本體(50)，另外1根固定杆固定遙控數位相機(52)。
7.根據權利要求1所述的多角度熱輻射近地面觀測裝置，其特徵在於所述的支撐杆 (1)由方形鋼管制成，高度3米；操作杆(2)由鋁管制成，鋁管的截面形狀為長方形，操作杆 ⑵長度為6米。
專利摘要本實用新型涉及熱輻射近地面觀測技術領域，公開了一種多角度熱輻射近地面觀測裝置。一種多角度熱輻射近地面觀測裝置，主要由支撐杆、操作杆、基座、轉軸結構、觀測裝置組成；支撐杆下端固定連接於基座上，支撐杆上端通過轉軸結構與操作杆中部連接，操作杆的一端安裝有觀測裝置，另一端設置為把手；操作杆的把手端與支撐杆下端且位於基座的上部處連接有鋼絲繩。本實用新型的多角度熱輻射近地面觀測裝置操作簡單，結實耐用、造價低，非常適於典型城市地表進行觀測，該裝置能夠實現對地表高大目標方向亮溫的靈活觀測，觀測效率高。
文檔編號G01J5/02GK201637490SQ201020047048
公開日2010年11月17日 申請日期2010年1月21日 優先權日2010年1月21日
發明者佔文鳳, 周紀, 陳雲浩, 馬偉 申請人:北京師範大學