CN102135451A

CN102135451A - 多角度热辐射近地面观测装置

Info

Publication number: CN102135451A
Application number: CN2010100345352A
Authority: CN
Inventors: 陈云浩; 周纪; 占文凤; 马伟
Original assignee: Beijing Normal University
Current assignee: Beijing Normal University
Priority date: 2010-01-21
Filing date: 2010-01-21
Publication date: 2011-07-27

Abstract

本发明涉及热辐射近地面观测技术领域，公开了一种多角度热辐射近地面观测装置。一种多角度热辐射近地面观测装置，主要由支撑杆、操作杆、基座、转轴结构、观测装置组成；支撑杆下端固定连接于基座上，支撑杆上端通过转轴结构与操作杆中部连接，操作杆的一端安装有观测装置，另一端设置为把手；操作杆的把手端与支撑杆下端且位于基座的上部处连接有钢丝绳。本发明的多角度热辐射近地面观测装置操作简单，结实耐用、造价低，非常适于典型城市地表进行观测，该装置能够实现对地表高大目标方向亮温的灵活观测，观测效率高。

Description

多角度热辐射近地面观测装置

技术领域

本发明涉及典型城市地表热辐射近地面观测技术，具体涉及一种多角度热辐射近地面观测装置。

背景技术

近年来，由于全球气候变化、陆面过程等相关研究的推动，对各种遥感产品的精度的需求进一步提高。在热红外遥感领域，地表温度产品在干旱监测、地表—大气界面的热通量交换和地表蒸散发中起着非常重要的作用。此外，它在地质学、水文学和陆面过程模型研究中地表温度也是十分关键的参数。

然而，许多理论模拟和实验观测已经证实，大部分的自然和人工地表在热红外波段范围内都具有热辐射方向性特征：即对于同一观测目标，在不同的观测天顶角和方位角能够测量到不同辐射温度值。而现阶段绝大多数针对卫星遥感影像的反演算法(如单窗算法、劈窗算法、温度/发射率分离算法等)均只能提供像元内物体在某一个方向的平均温度。显然，这限制了地表温度产品在众多相关领域内的应用潜力。

为了通过遥感反演获得精度更高的地表温度产品，热红外传感器的正向过程的物理建模显得愈发重要。鉴于此，上世纪七八十年代以来，许多研究者开始报道地表热辐射方向性领域内正向模拟的相关研究成果。其中，土壤-植被冠层耦合地表得到了最多的关注。针对于水体、土壤-植被耦合界面的部分仪器观测装置也已经建立起来。

但是，在不同的城市，甚至城市的不同地区，地表物体的规模和建筑物的布局方式巨大；此外，城市地表包含了各种各样的地表类型，如草地、低矮灌丛、高大乔木等植被；低矮平房、具有玻璃幕墙的高大建筑等，这使得城市地表的热辐射方向性的观测要远远复杂于其他类型的地物。

以前建立的针对于低矮草地和灌木的许多观测装置移动困难、观测范围较小。由于城市建筑物规格巨大，给遥感的地面试验观测带来了许多困难，现有技术中适用于植被热辐射方向性观测的地面观测装置已无法满足现实要求，无法对复杂城市地表实现观测。

发明内容

本发明的要解决的技术问题是为克服现有技术的不足，提供一种适用于城市地表进行观测、操作简单、结实耐用、造价便宜的多角度热辐射近地面观测装置。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种多角度热辐射近地面观测装置，主要由支撑杆、操作杆、基座、转轴结构、观测装置等组成。支撑杆下端固定连接于基座上，支撑杆上端通过转轴结构与操作杆中部连接，操作杆的一端安装有观测装置，另一端设置为把手，操作杆的把手端与支撑杆下端且位于基座的上部处连接有钢丝绳，观测装置包括热红外成像仪和遥控数码相机。

进一步地，热红外成像仪设置于观测装置盒内，观测装置盒的一侧设置有角度刻盘和悬垂。

进一步地，基座安装于移动小车上面。

进一步地，所述的基座由混凝土制成，呈棱台形或圆台形，上面中心处浇铸有钢制方管，支撑杆的下端插入方管内，支撑杆的下端通过八个螺栓与基座的钢制方管固定连接，基座的侧面对称地设置有两个提手。

进一步地，所述的观测装置盒固定于操作杆的一端；观测装置盒包括盒本体，前端固定上夹板、前端固定T形板；盒本体为木制，前端固定上夹板为厚度6毫米的钢板，前端固定T形板为厚度6mm钢板；前端固定上夹板与前端固定T形板上均设有相对应的多个连接孔，通过连接孔和连接螺栓，前端固定上夹板与前端固定T形板夹持固定于操作杆上，在前端固定T形板下方通过4根固定杆中的3根固定观测装置盒盒本体，另外1根固定杆固定遥控数码相机。

进一步地，所述的支撑杆由方形钢管制成，高度3米；操作杆由铝管制成，铝管的截面形状为长方形，操作杆长度为6米。

与现有技术相比，本发明的多角度热辐射近地面观测装置操作简单，结实耐用、造价低，非常适于典型城市地表进行观测，该装置能够实现对地表高大目标方向亮温的灵活观测，观测效率高。

附图说明

图1是本发明的多角度热辐射近地面观测装置示意图；

图2是转轴结构示意图；

图3是图1中A部观测装置安装结构示意图；

图4是图3中K向示意图；

图5是图3的立体图；

图6是支撑杆与底座的连接结构示意图；

图7城市热辐射方向性物理模型示意图。

下面结合附图通过实施例对本发明作进一步说明。

具体实施方式

参见附图图1至图6，本发明的多角度热辐射近地面观测装置，主要由支撑杆1、操作杆2、基座3、转轴结构4、观测装置5等零部件组成。支撑杆1下端固定连接于基座3上，支撑杆1上端通过转轴结构4与操作杆2中部连接；操作杆2的一端安装有观测装置5，另一端设置为把手；操作杆2的把手端与支撑杆1下端且位于基座3的上部处连接有钢丝绳7；基座3可安装于移动小车6上面。

支撑杆1，由方形钢管制成，高度3米。

操作杆2，由铝管制成，铝管的截面形状为长方形，操作杆2长度为6米。操作杆2用于安装观测装置5，还可以用于调节观测高度。

基座3，由混凝土制成，呈棱台形，上面中心处浇铸有钢制方管8，方管8的尺寸比支撑杆1方形钢管的尺寸大，便于支撑杆1的下端插入。支撑杆1的下端通过八个螺栓与基座3的钢制方管8固定连接。基座3的侧面对称地设置有两个提手，便于对基座3抬移。基座3可安装于移动小车6上面。基座3也可以制成圆台形。

移动小车6设置有手柄，底部安装有滚轮。通过手柄可移动小车进而移动基座3，以实现移动整个装置。

转轴结构4，包括支撑底板41、上支撑夹板42、下支撑夹板43、支撑轴44等组成。支撑底板41为厚度10毫米的方形钢板，支撑底板41下面焊接于支撑杆1上端，支撑底板41上面焊接有转轴单耳；下支撑夹板43为厚度10毫米的长方形钢板，其下面焊接有转轴双耳；下支撑夹板43的转轴双耳与支撑底板41转轴单耳通过圆柱形转轴44铰接；下支撑夹板43上设置有六个连接孔；上支撑夹板42也为厚度10毫米的长方形钢板，其上也设置有六个连接孔，且与下支撑夹板43上设置的六个连接孔对应，上支撑夹板42和下支撑夹板43通过对应的连接孔穿装T型连接螺栓并在连接螺栓上旋装螺母夹持固定于操作杆2的中部。

观测装置5，包括热红外成像仪51和遥控数码相机52。观测装置5通过观测装置盒安装于操作杆2的一端。

观测装置盒固定于操作杆2的一端。观测装置盒包括盒本体50，前端固定上夹板55、前端固定T形板56。盒本体50为木制，前端固定上夹板55为厚度6毫米的钢板，前端固定T形板56为厚度6mm钢板；前端固定上夹板55与前端固定T形板56上均设有相对应的多个连接孔，通过连接孔和连接螺栓，前端固定上夹板55与前端固定T形板56夹持固定于操作杆上，在前端固定T形板56下方通过4根固定杆中的3根固定观测装置盒盒本体50，观测装置盒盒本体50内安装有热红外成像仪51，另外1根固定杆固定遥控数码相机52。

观测装置盒的作用是安置热红外成像仪51，并对观测仪器起到保护作用。在观测装置盒本体的一个侧面上设置有角度刻盘53和悬垂54，以确定观测角度。

工作原理：

多角度热辐射近地面观测装置的工作原理介绍主要包括：1)观测对象；2)观测方案介绍两个部分。

1)观测对象

多角度热辐射近地面观测装置的观测对象为城市热辐射方向性物理模型。城市热辐射方向性物理模型(以下简称物理模型)是为了对城市热辐射方向性计算机模型的模拟结果进行必要的验证而建立的一个按一定比例缩小的城市小区。制作的模型尺寸为300×200×250mm，模型间的空间布局和相对位置关系均可根据实际情况设置。

模型的材质采用一般建筑常用的轻体砖和水泥结构，制作的模型内部中空，以期尽量与真实的建筑结构的热力学性质一致。物理模型被排放在一个开阔的水泥地表观测场，并且根据真实建筑间距按比例调节建筑模型间的间距，构成一个微观的城市区域建筑群模型，如图7所示。由于单个建筑模型与地表是脱离的，因此可以自由地调节建筑模型间的间隔，以适应不同街道宽度的场景。

为了便于观测研究，简化的物理模型由地面场景和四周八个方位角的观测装置组成，见图7。为了精确计算太阳—地面目标—传感器位置的相对位置关系，还需对城市区域物理模型的观测场建立局部空间坐标系统。以地面目标的中心点作为坐标原点，X轴指向东，Y轴指向北，建立右手空间坐标系。确定观测仪器在局部坐标系中的空间位置，以及观测仪器与物理模型间的相对位置、观测方位角和观测天顶角等。

1)观测方案

下面以观测支架安置在某一方位角(8个典型方位角之一)情况下，说明具体观测方案。观测方案主要包括如下几个部分。

[1]数码相机和热像仪的固定及设定。将热像仪和数码相机固定于前端的观测装置盒。且将热红外成像仪设置成自动拍摄(拍摄间隔为10秒)；将数码相机设置成遥控拍摄；

[2]观测高度的调节。通过操作操作杆来调节仪器的观测高度。然后使用钢丝绳将操作杆始终固定于该高度，直到本次测量结束；

[3]观测角度的调节。结合观测高度等，用观测装置盒的侧面刻有角度刻盘确定好操作杆的倾斜角度。通过观测角度和高度的调节，从而精确确定观测仪器在局部坐标系中的空间位置；

[4]数码相机和热红外成像仪的拍摄。由于已设定了热红外成像仪为自动拍摄，因此拍摄人员只需要利用遥控器，遥控数码相机对物理模型进行不间断拍摄，记录人员记录每次拍摄的时间；

[5]使用点温计对温度的测量。在数码相机和热红外成像仪拍摄的同时，记录人员记录点温度对物理模型组分温度测量的结果；而且每隔半小时，记录人员需记录微气象站的空气温度；

[6]转到第2步骤，调节观测位置进行其他角度的拍摄。分别在8个不同的方位角，使用上述方法安置并调整观测装置的角度和高度，以天顶角0°、10°、30°、45°和60°方向对地面目标进行拍摄和记录。

本发明主要应用于城市地表方向亮温的观测和研究，但是，可以预见，在遥感产品的正向建模检验中，也可用于许多具有类似需求的野外地面实验观测。

Claims

1.一种多角度热辐射近地面观测装置，其特征在于：该装置包括支撑杆(1)、操作杆(2)、基座(3)、转轴结构(4)、观测装置(5)；支撑杆(1)下端固定连接于所述的基座(3)上，支撑杆(1)上端通过转轴结构(4)与操作杆(2)中部连接；操作杆(2)的一端安装有观测装置(5)，另一端设置为把手；操作杆(2)的把手端与支撑杆(1)下端且位于基座的上部处连接有钢丝绳(7)，所述的观测装置(5)包括热红外成像仪(51)和遥控数码相机(52)。

2.根据权利要求1所述的多角度热辐射近地面观测装置，其特征在于：所述的热红外成像仪(51)设置于观测装置盒内，观测装置盒的一侧设置有角度刻盘(53)和悬垂(54)。

3.根据权利要求1或2所述的多角度热辐射近地面观测装置，其特征在于：所述的基座(3)安装于移动小车(6)上面。

4.根据权利要求1或2所述的多角度热辐射近地面观测装置，其特征在于：所述的基座(3)由混凝土制成，呈棱台形或圆台形，上面中心处浇铸有钢制方管(8)，支撑杆(1)的下端插入方管(8)内，支撑杆(1)的下端通过八个螺栓与基座(3)的钢制方管(8)固定连接，基座(3)的侧面对称地设置有两个提手。

5.根据权利要求3所述的多角度热辐射近地面观测装置，其特征在于：所述的基座(3)由混凝土制成，呈棱台形或圆台形，上面中心处浇铸有钢制方管(8)，支撑杆(1)的下端插入方管(8)内，支撑杆(1)的下端通过八个螺栓与基座(3)的钢制方管(8)固定连接，基座(3)的侧面对称地设置有两个提手。

6.根据权利要求2所述的多角度热辐射近地面观测装置，其特征在于：所述的观测装置盒固定于操作杆(2)的一端；观测装置盒包括盒本体(50)，前端固定上夹板(55)、前端固定T形板(56)；盒本体(50)为木制，前端固定上夹板(55)为厚度6毫米的钢板，前端固定T形板(56)为厚度6mm钢板；前端固定上夹板(55)与前端固定T形板(56)上均设有相对应的多个连接孔，通过连接孔和连接螺栓，前端固定上夹板(55)与前端固定T形板(56)夹持固定于操作杆上，在前端固定T形板(56)下方通过4根固定杆中的3根固定观测装置盒盒本体(50)，另外1根固定杆固定遥控数码相机(52)。

7.根据权利要求1所述的多角度热辐射近地面观测装置，其特征在于：所述的支撑杆(1)由方形钢管制成，高度3米；操作杆(2)由铝管制成，铝管的截面形状为长方形，操作杆(2)长度为6米。