CN102252707B - 观测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及精准农业研究领域，公开了一种观测装置及方法，该装置包括：可移动装置；高度可调的观测架(5)，固定于所述可移动装置上，所述可移动装置上与所述观测架(5)相对的一侧放置有蓄电池；所述观测架(5)包括支撑架(3)；弧形轨道(8)，安装在所述观测架(5)上，且方位角和天顶角可调；所述弧形轨道(8)包括仪器平台(10)，所述仪器平台(10)上可搭载多个不同的传感器；所述观测架(5)上安装有液压千斤顶(2)。本发明通过借助不同传感器在弧形轨道上全方位、多角度移动，可实现连续采集同一目标地物的立体空间信息。

Description

观测装置及方法

技术领域

本发明涉及精准农业研究领域，具体涉及一种面向服务于农业精准管理的作物信息快速获取的多传感器、多用途、多角度观测装置及方法。

背景技术

快速、无损获取农田作物生长信息是现代化数字农业发展的必然趋势，近地多角度、多方位立体观测信息获取是遥感发展的重要方向之一。为了更好地获取地物三维层面的遥感信息，及时到位地制定田间生产管理措施，有必要对作物不同生育期的氮素垂直分布机理进行研究；为了搞清楚不同病虫害在作物结构层次上的传播趋势及影响，有必要展开结构层次上的观测研究；为了对经济作物喷药后的药效效果进行评价，有必要开展立体维上的多层次观测研究；为了更好地研究地物辐射方向性的定量模型，有必要获取从可见光到热红外的多方位、多角度遥感观测数据。经调研发现，国内外田间观测专用地各种遥感辐射测量仪器不断在更新换代，可是面向精准农业实用的多传感器、多用途、多角度遥感观测装置还未见报道。

目前，有代表性的多角度测量装置都仅限于卫星应用，如美国JPL的PARABOLA便携式地表及大气各向异性测量装置(Deering，1986，Remote Sensing of Environment；Abdou，2000，Journalof Geophysical Research)，该设备在各个角度所测量的目标位置是变化的，不能保证目标地物的均匀。美国Nebraska大学(1992)发明了适合野外的大型机械手Hercules和Goliath，进行地表发射辐射和热辐射的全方位多角度自动测定，但是该设备结构复杂，投资昂贵。瑞士苏黎世大学遥感实验室的FIGOS(Sandmeier，1999，IEEE)。该装置采取方位圆形轨道和天顶弧架构，能在短时间内进行自动观测。但是该仪器容易受天顶弧的阴影影响，测量高度唯一。中国科学院地理科学与资源研究所(2004)发明了一种全方位多角度地面测定平台，虽然可以实现全方位多角度的测量，但是观测架本身的阴影严重影响了观测数据质量，仅局限于遥感观测领域，且无法搭载多种仪器同时观测。北京师范大学(2009)提出了一种便携式手动多角度观测架，解决了遥感观测中高度唯一、便携性差、阴影干扰大的问题，但是同样存在观测平台载重低，无法搭载成像高光谱仪。北京农业智能装备技术研究中心(2009)提出了移动多角度观测平台，实现了全方位、多角度对同一热点进行观测，且传感器距热点的位置可调，但是因其角度变动操作时间较长，观测臂高度不可调节，不同观测角度时观测目标发生变化，在精准农业应用上有一定局限性。

因此，精准农业研究领域有必要开发一种多传感器、多角度同时工作的多用途观测平台。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：如何提供一种面向作物信息快速获取的多传感器、多角度、多用途观测装置及方法，以克服现有装置机动性差、操作周期长、无法搭载成像光谱仪等多种传感器、观测目标不一致、架子阴影影响严重的缺点。

(二)技术方案

为解决上述技术问题，本发明提供了一种观测装置，包括：

可移动装置；

高度可调的观测架，固定于所述可移动装置上，所述可移动装置上与所述观测架相对的一侧放置有蓄电池；

所述观测架包括支撑架以及方位角和天顶角可调的弧形轨道；

所述弧形轨道包括仪器平台，所述仪器平台上搭载有多个不同的传感器(成像光谱仪、高清相机、GPS仪等仪器)；

所述观测架上安装有液压千斤顶，由液压千斤顶实现高度精确调整。

优选地，所述仪器平台包括步进式电机和面板。

优选地，所述观测架还包括与所述支撑架垂直的横梁，以及位于所述横梁与支撑架之间的斜撑。

优选地，所述观测架还包括安装于所述横梁一端的涡轮式电机。

优选地，所述涡轮式电机上具有卡槽。

优选地，所述面板由五块钻孔的铝合金板以螺丝固定而成，所述多个传感器同时搭载于所述面板上。

优选地，分别与所述涡轮式电机和步进式电机连接的电脑。

本发明还提供了一种使用所述装置进行数据采集的方法，包括以下步骤：

S1、可移动装置将所述装置移动到待测目标区域；

S2、根据测量要求，将横梁调整到合适长度，保证足够的成像范围；

S3、根据测量要求，使液压千斤顶将支撑架调整到合适高度；

S4、根据测量要求，在仪器平台上搭载不同用途的多个传感器；

S5、蓄电池供电，接通电脑、涡轮式电机和步进式电机；

S6、涡轮式电机调整弧形轨道到合适的观测位置；

S7、步进式电机调整仪器平台到合适的观测位置；

S8、电脑收集所述多个传感器所采集的数据。

(三)有益效果

本发明能够产生如下有益效果：通过借助不同传感器在弧形轨道上全方位、多角度移动，可实现连续采集同一目标地物的立体空间信息，能够克服现有装置机动性差、操作周期长、无法搭载成像光谱仪等多种传感器、观测目标不一致、架子阴影影响严重的缺点。

附图说明

图1是本发明实施例的装置的侧面示意图；

图2是示出了调整本发明实施例的装置中弧形轨道示意图；

图3是示出了调整本发明实施例的装置中仪器平台移动的截图；

图4是示出了本发明实施例的装置的面板及其周边部件的截图。

图中：1、四轮驱动车；2、液压千斤顶；3、支撑架；4、蓄电池；5、观测架；6、横梁；7、斜撑；8、弧形轨道；9、涡轮式电机；10、仪器平台；11、滑动链条；12、步进式电机；13、面板；14、笔记本电脑。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

参考图1所示的本发明的装置，包括：

四轮驱动车1，用于移动和支撑观测架5，以使得装置在野外的移动；

观测架5上安装有液压千斤顶2，液压千斤顶2用于精确调整观测架(5)的高度；

蓄电池4位于四轮驱动车1上与观测架5相对的一侧，用于野外试验供电和平衡观测架5所受的重力；

观测架5由支撑架3(标注升降刻度)、横梁6、斜撑7、弧形轨道8、以及控制弧形轨道8角度变化的涡轮式电机9构成；根据观测需要可调整横梁6的长度，可改变水平面的观测半径；

用于多方位角观测的弧形轨道8由仪器平台10、滑动链条11组成，弧形轨道8的方位角和天顶角可调，弧形轨道8的方位角(即转动方向)由涡轮式电机9调节，天顶角的变化由步进式电机12调节，涡轮式电机9上的卡槽可以在任意位置固定弧形轨道8，使其停止移动；弧形轨道8通过轴承与观测架5的横梁6连接。

控制弧形轨道8方位角变化的涡轮式电机9有卡槽自锁功能，当涡轮式电机9的角度变动后，由涡轮式电机9上的卡槽固定，以防止弧形轨道8左右摇摆；

仪器平台10由步进式电机12、面板13构成，仪器平台10由控制天顶角移动的步进式电机12带动滑动链条11在弧形轨道8上移动，仪器平台10由多个面板13组成，可同时搭载多个不同的传感器(如成像光谱仪、数码相机、GPS仪等)，以实现多源数据的同步获取；

面板13由五块铝合金面板通过螺丝与步进式电机固定，组成仪器平台10，其中四块面板用于搭载成像光谱仪、相机、GPS仪以及其它传感器，一块面板是底板。面板13选用铝合金面板材质的原因是铝合金重量轻且结实(铁板重、木板容易损坏，都不适合)。四块铝合金板可以搭载4个传感器，仅需要螺丝将传感器固定在铝合金板上即可。

参考图2所示，笔记本电脑14通过程序发送角度变化指令给控制弧形轨道角度变化的涡轮式电机9，从而弧形轨道8相应地变化，变动后由卡槽固定在一个位置。

参考图3所示，仪器平台10由笔记本电脑14控制步进式电机12去带动滑动链条11而实现其移动，笔记本电脑14发送角度变化指令给步进式电机12时，滑动链条11相应地移动。其中，13具体所指的是五块铝合金板中的底板。

下面对本发明的测量过程进行说明。

S1、四轮驱动车将所述装置移动到待测目标区域，机动性高；因配重有蓄电池，可实现野外采样点的连续观测；

S2、根据测量要求，将所述横梁调整到合适长度，保证传感器的足够的成像范围；

S3、根据测量要求，使所述液压千斤顶将所述支撑架调整到合适高度；

S4、根据测量要求，在所述仪器平台上搭载不同用途的多个传感器；

S5、所述蓄电池供电，接通所述电脑、涡轮式电机和步进式电机；

S6、所述涡轮式电机调整弧形轨道到合适的观测位置；

S7、所述步进式电机调整仪器平台到合适的观测位置；

S8、所述电脑收集所述多个传感器所采集的数据，以获取地面作物信息，为大面积作物长势、病虫害监测研究提供地面数据支持。

以上所述仅是本发明的实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种观测装置，其特征在于，包括：

可移动装置；

高度可调的观测架(5)，固定于所述可移动装置上，所述可移动装置上与所述观测架(5)相对的一侧放置有蓄电池；

所述观测架(5)包括支撑架(3)以及方位角和天顶角可调的弧形轨道(8)；

所述弧形轨道(8)包括仪器平台(10)，所述仪器平台(10)上搭载有多个不同的传感器；

所述观测架(5)上安装有液压千斤顶(2)。

2.如权利要求1所述的观测装置，其特征在于，所述仪器平台(10)包括步进式电机(12)和面板(13)。

3.如权利要求2所述的观测装置，其特征在于，所述观测架(5)还包括与所述支撑架(3)垂直的横梁(6)，以及位于所述横梁(6)与支撑架(3)之间的斜撑(7)。

4.如权利要求3所述的观测装置，其特征在于，所述观测架(5)还包括安装于所述横梁(6)一端的涡轮式电机(9)。

5.如权利要求4所述的观测装置，其特征在于，所述涡轮式电机(9)上具有卡槽。

6.如权利要求2所述的观测装置，其特征在于，所述面板(13)由五块钻孔的铝合金板以螺丝固定而成，所述多个传感器同时搭载于所述面板(13)上。

7.如权利要求4所述的观测装置，其特征在于，所述观测装置还包括分别与所述涡轮式电机(9)和步进式电机(12)连接的电脑。

8.一种使用权利要求7所述的观测装置进行数据采集的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、所述可移动装置(1)将所述观测装置移动到待测目标区域；

S2、根据测量要求，将所述横梁(6)调整到合适长度，保证足够的成像范围；

S3、根据测量要求，使所述液压千斤顶(2)将所述支撑架(3)调整到合适高度；

S4、根据测量要求，在所述仪器平台(10)上搭载不同用途的多个传感器；

S5、所述蓄电池供电，接通所述电脑、涡轮式电机(9)和步进式电机(12)；

S6、所述涡轮式电机(9)调整弧形轨道(8)到合适的观测位置；

S7、所述步进式电机(12)调整仪器平台(10)到合适的观测位置；

S8、所述电脑收集所述多个传感器所采集的数据。

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