CN106768073A - 一种能采集环景与天况的双摄像头自动气象站 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种能采集环景与天况的双摄像头自动气象站，其包括支架及装于支架上的气压、温度、湿度、雨量、风速和风向传感器中的一种或多种传感器，支架的顶端上装有主采集器，主采集器包括具有内腔的壳体、竖直朝上装于壳体的顶端上的广角摄像头、水平设于壳体的内腔中的标准摄像头及树莓派计算模块和电源模块，壳体上沿周向设有环形口，环形口上装有透明玻璃形成环形取景窗，标准摄像头对准环形取景窗，壳体的内腔中设有控制标准摄像头360度旋转的旋转控制器，壳体的下部自上而下并行设有多个与外界相通的径向槽，气压、温度、湿度传感器装于径向槽内；优点是能采集所在位置的常规气象数据、360度实景与天空状况的图像和视频数据。
Description
技术领域
本发明涉及一种自动气象站，尤其是涉及一种能采集环景与天况的双摄像头自动气象站。
背景技术
自动气象站是一种能够自动采集、存储和上传所在位置的气象观测数据的设备，其获得的气象观测数据可供气象分析使用。现有的观测气象要素最多的自动气象站通常由支架及设置于支架上的气压传感器、温度传感器、湿度传感器、雨量传感器、风速传感器、风向传感器、采集器和为采集器供电的电源组成，气压传感器的输出端、温度传感器的输出端、湿度传感器的输出端、雨量传感器的输出端、风速传感器的输出端和风向传感器的输出端分别与采集器的输入端连接，采集器的输出端与外部PC机连接，通过气压传感器和采集器可定期获取所在位置的气压数据，通过温度传感器和采集器可定期获取所在位置的温度数据，通过湿度传感器和采集器可定期获取所在位置的湿度数据，通过雨量传感器和采集器可定期获取所在位置的雨量数据、通过风速传感器和采集器可定期获取所在位置的风速数据，通过风向传感器和采集器可定期获取所在位置的风向数据。现有的其它自动气象站均是根据实际需要选择气压传感器、温度传感器、湿度传感器、雨量传感器、风速传感器、风向传感器中的一种或多种传感器进行气象数据的采集。现有的自动气象站的观测项目主要为气压、温度、湿度、雨量、风速和风向中的一种或多种，现有的自动气象站经扩充其它传感器后还可观测其它气象要素，但无论是现有的自动气象站还是扩充后的自动气象站都只能采集常规气象数据，而对于所在位置360度实景与天空状况的图像和视频数据采集却无能为力，这极不利于天气现象、能见度等信息的采集分析。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种能采集环景与天况的双摄像头自动气象站，其不仅能够采集常规气象数据，而且能够采集所在位置360度实景与天空状况的图像和视频数据。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种能采集环景与天况的双摄像头自动气象站，包括支架及气压传感器、温度传感器、湿度传感器、雨量传感器、风速传感器和风向传感器中的一种或多种传感器，其特征在于：所述的支架的顶端上安装有主采集器，所述的主采集器包括具有一个内腔的壳体、内嵌且竖直朝上安装于所述的壳体的顶端上的广角摄像头、水平设置于所述的壳体的内腔中的标准摄像头、设置于所述的壳体的内腔中的树莓派计算模块和为所述的树莓派计算模块供电的电源模块，所述的壳体上沿周向开设有一个环形口，所述的环形口上加装有透明玻璃形成一个环形取景窗，所述的标准摄像头对准所述的环形取景窗，所述的壳体的内腔中还设置有用于控制所述的标准摄像头360度旋转的旋转控制器，所述的壳体的下部自上而下并行设置有多个与外界相通的径向槽，所述的气压传感器、所述的温度传感器或/和所述的湿度传感器被选用时安装于所述的径向槽内，所述的雨量传感器、所述的风速传感器或/和所述的风向传感器被选用时安装于所述的支架上，所述的气压传感器、所述的温度传感器、所述的湿度传感器、所述的雨量传感器、所述的风速传感器和所述的风向传感器中的一种或多种传感器被选用时其输出端与所述的树莓派计算模块连接，所述的广角摄像头和所述的标准摄像头各自的输出端分别与所述的树莓派计算模块连接，所述的旋转控制器与所述的树莓派计算模块连接。
所述的径向槽的槽口设计为向上凸的弧形状。在此，将径向槽的槽口设计为向上凸的弧形状，可在保持良好的通风、散热效果的前提下，能够防止雨水进入径向槽内，从而可延长气压传感器、温度传感器、湿度传感器的使用寿命；当然实际设计时也可设计成其它结构的槽，只需保证能够防雨水进入，且通风、散热效果好。
所述的旋转控制器包括竖直放置的电机和与所述的电机连接的控制电路，所述的电机的输出轴上连接有云台，所述的标准摄像头水平安装于所述的云台上，所述的控制电路与所述的树莓派计算模块连接。在此，利用电机的输出轴的正反转使水平安装于云台上的标准摄像头旋转，从而可实现360度取景；这种结构的旋转控制器简单，且易实现。
所述的支架上安装有空气质量检测器，所述的壳体的顶端上暴露安装有紫外线传感器和可见光传感器，所述的空气质量检测器、所述的紫外线传感器、所述的可见光传感器各自的输出端分别与所述的树莓派计算模块连接。在此，可利用空气质量检测器、紫外线传感器分别采集所在位置的空气质量、紫外线等气象数据；可利用可见光传感器来判别成像效果，这样在低光照情况下关闭旋转控制器和标准摄像头，以节省电力。
所述的支架由支撑底座、竖直设置于所述的支撑底座上的中空竖杆和横向设置于所述的中空竖杆上的中空横杆组成，所述的中空横杆和所述的中空竖杆各自的两端均封闭，所述的中空横杆与所述的中空竖杆的内腔相连通，所述的雨量传感器被选用时竖直朝上安装于所述的中空横杆的一端的上方，所述的空气质量检测器安装于所述的中空横杆的一端的下方，所述的风速传感器被选用时安装于所述的中空横杆的另一端的上方，所述的风向传感器被选用时安装于所述的中空横杆的另一端的下方，所述的中空横杆上用于安装所述的雨量传感器、所述的空气质量检测器、所述的风速传感器和所述的风向传感器的位置处分别开设有与所述的中空横杆的内腔相连通的第一穿线孔，所述的主采集器安装于所述的中空竖杆的顶端上，所述的中空竖杆上用于安装所述的主采集器的位置处开设有与所述的中空竖杆的内腔相连通的第二穿线孔。在此，可利用中空竖杆和中空横杆的内腔通导线，将中空横杆和中空竖杆各自的两端均设计为封闭结构是为了更好的保护导线；在实际设计时，雨量传感器、空气质量检测器、风速传感器、风向传感器的具体安装位置可根据实际情况确定，但要求雨量传感器竖直朝上。
所述的空气质量检测器由容纳体及安装于所述的容纳体的内腔中的SO2传感器、NO2传感器、PM10传感器、PM2.5传感器、O3传感器、CO传感器组成，所述的容纳体由多个中空且两端开口的圆台体自上而下依次通过销轴连接成一体，位于最上方的所述的圆台体的窄端与所述的中空横杆的一端的下端面紧贴连接，且位于最上方的所述的圆台体的窄端的端口由所述的中空横杆的一端的下端面覆盖，相邻两个所述的圆台体之间存在间隙，且所述的间隙构成用于防止雨水进入而便于空气进入所述的容纳体的内腔中的空气通入通道，所述的SO2传感器、所述的NO2传感器、所述的PM10传感器、所述的PM2.5传感器、所述的O3传感器、所述的CO传感器各自的输出端分别与所述的树莓派计算模块连接。在此，使圆台体的窄端在上且宽端在下依次连接成一体，且使相邻两个圆台体之间存在间隙，位于最上方的圆台体的窄端的端口由中空横杆的一端的下端面覆盖，这样雨水就不会通过最上方的圆台体的窄端的端口和间隙进入容纳体的内腔中，有效的提高了空气质量检测器的使用寿命，而空气则可以通过间隙进入容纳体的内腔中，便于空气质量检测器采集气象数据。
所述的壳体为防紫外线绝缘塑料外壳，采用防紫外线绝缘塑料外壳不仅可以有效防止设置于防紫外线绝缘塑料外壳的内腔中的各个部件老化，而且可以有效防止雷击。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1）本发明的自动气象站利用气压传感器、温度传感器、湿度传感器、雨量传感器、风速传感器和风向传感器中的一种或多种传感器及树莓派计算模块可获得所在位置的常规气象观测数据；利用广角摄像头及树莓派计算模块可获得所在位置的天空状况的图像和视频；利用旋转控制器、标准摄像头、环形取景窗及树莓派计算模块可获得所在位置的360度实景的图像和视频，再通过现有的图像算法拼接出环景图像。
2）本发明的自动气象站在壳体的下部自上而下并行设置多个与外界相通的径向槽，并将气压传感器、温度传感器或/和湿度传感器安装于径向槽内，在保证被选用的传感器不受雨水侵蚀的情况下，提高了被选用的传感器采集的气象数据的可靠性。
3）本发明的自动气象站中的树莓派计算模块可通过无线通讯模块将采集到的各种气象数据、图像和视频数据传送到外部数据服务器，以供数据分析加工使用。
附图说明
图1为本发明的自动气象站的整体结构示意图；
图2为本发明的自动气象站中的主采集器的立体结构示意图；
图3为本发明的自动气象站中的主采集器的主视结构示意图；
图4为本发明的自动气象站中的主采集器的侧视结构示意图；
图5为本发明的自动气象站中的主采集器的侧视结构的剖视示意图；
图6为本发明的自动气象站中的主采集器的仰视结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
本发明提出的一种能采集环景与天况的双摄像头自动气象站，如图所示，其包括支架1、气压传感器31、温度传感器32、湿度传感器33、雨量传感器34、风速传感器36、风向传感器37，支架1的顶端上安装有主采集器4，主采集器4包括具有一个内腔的壳体41、内嵌且竖直朝上安装于壳体41的顶端上的广角摄像头51、水平设置于壳体41的内腔中的标准摄像头52、设置于壳体41的内腔中的树莓派计算模块53和为树莓派计算模块53供电的电源模块54，壳体41上沿周向开设有一个环形口42，环形口42上加装有透明玻璃43形成一个环形取景窗44，标准摄像头52对准环形取景窗44，壳体41的内腔中还设置有用于控制标准摄像头52在360度范围内旋转的旋转控制器55，壳体41的下部自上而下并行设置有多个与外界相通的径向槽45，气压传感器31、温度传感器32、湿度传感器33分散安装于不同的径向槽45内，雨量传感器34、风速传感器36、风向传感器37安装于支架1上，气压传感器31、温度传感器32、湿度传感器33、雨量传感器34、风速传感器36、风向传感器37各自的输出端分别与树莓派计算模块53连接，广角摄像头51和标准摄像头52各自的输出端分别与树莓派计算模块53连接，旋转控制器55与树莓派计算模块53连接。该自动气象站利用气压传感器31、温度传感器32、湿度传感器33、雨量传感器34、风速传感器36、风向传感器37可获得所在位置的气压、温度、湿度、雨量、风速、风向数据；利用广角摄像头51可获得所在位置天空状况的图像和视频；利用旋转控制器55和标准摄像头52及环形取景窗44可获得所在位置360度实景的图像和视频，再通过现有的图像算法拼接出环景图像；在壳体41的下部自上而下并行设置多个与外界相通的径向槽45，并将气压传感器31、温度传感器32、湿度传感器33分散安装于不同的径向槽45内，在保证气压传感器31、温度传感器32、湿度传感器33不受雨水侵蚀的情况下，提高了气压传感器31、温度传感器32、湿度传感器33采集的气象数据的可靠性；树莓派计算模块53可通过无线通讯模块将采集到的各种气象数据、图像和视频数据传送到外部数据服务器，以供数据分析加工使用。
在本实施例中，可引入现有的自动气象站中的采集器作为辅助采集器2，由于树莓派计算模块53的接口有限，因此引入辅助采集器2进行扩充，可将部分传感器的输出端与辅助采集器2的输入端连接，再将辅助采集器2的输出端与树莓派计算模块53连接。
在此具体实施例中，径向槽45的槽口设计为向上凸的弧形状。在此，将径向槽45的槽口设计为向上凸的弧形状，可在保持良好的通风、散热效果的前提下，能够防止雨水进入径向槽45内，从而可延长气压传感器31、温度传感器32、湿度传感器33的使用寿命；当然实际设计时也可设计成其它结构的槽，只需保证能够防雨水进入，且通风、散热效果好。
在此具体实施例中，旋转控制器55包括竖直放置的电机56和与电机56连接的控制电路57，电机56的输出轴上连接有云台58，标准摄像头52水平安装于云台58上，控制电路57与树莓派计算模块53连接。在此，利用电机56的输出轴的正反转使水平安装于云台58上的标准摄像头52旋转，从而可实现360度取景；这种结构的旋转控制器55简单，且易实现。
在此具体实施例中，支架1上安装有空气质量检测器35，壳体的顶端上暴露安装有紫外线传感器38和可见光传感器39，空气质量检测器35、紫外线传感器38、可见光传感器39各自的输出端分别与树莓派计算模块53连接。在此，可利用空气质量检测器35、紫外线传感器38分别采集所在位置的空气质量、紫外线等气象数据；可利用可见光传感器39来判别成像效果，这样在低光照情况下关闭旋转控制器55和标准摄像头52，以节省电力。
在此具体实施例中，支架1由支撑底座11、竖直设置于支撑底座11上的中空竖杆12和横向设置于中空竖杆12上的中空横杆13组成，中空横杆13和中空竖杆12各自的两端均封闭，中空横杆13与中空竖杆12的内腔相连通，雨量传感器34竖直朝上安装于中空横杆13的一端的上方，空气质量检测器35安装于中空横杆13的一端的下方，风速传感器36安装于中空横杆13的另一端的上方，风向传感器37安装于中空横杆13的另一端的下方，中空横杆13上用于安装雨量传感器34、空气质量检测器35、风速传感器36和风向传感器37的位置处分别开设有与中空横杆13的内腔相连通的第一穿线孔（图中未示出），辅助采集器2安装于中空竖杆12上，主采集器4安装于中空竖杆12的顶端上，中空竖杆12上用于安装辅助采集器2和主采集器4的位置处分别开设有与中空竖杆12的内腔相连通的第二穿线孔（图中未示出）。在此，可利用中空竖杆12和中空横杆13的内腔通导线，将中空横杆13和中空竖杆12各自的两端均设计为封闭结构是为了更好的保护导线；在实际设计时，雨量传感器34、空气质量检测器35、风速传感器36、风向传感器37的具体安装位置可根据实际情况确定，但要求雨量传感器34竖直朝上。
在此具体实施例中，空气质量检测器35由容纳体及安装于容纳体的内腔中的SO2传感器（图中未示出）、NO2传感器（图中未示出）、PM10传感器（图中未示出）、PM2.5传感器（图中未示出）、O3传感器（图中未示出）、CO传感器（图中未示出）组成，容纳体由多个中空且两端开口的圆台体351自上而下依次通过销轴（图中未示出）连接成一体，位于最上方的圆台体351的窄端与中空横杆13的一端的下端面紧贴连接，且位于最上方的圆台体351的窄端的端口由中空横杆13的一端的下端面覆盖，相邻两个圆台体351之间存在间隙（图中未示出），且间隙构成用于防止雨水进入而便于空气进入容纳体的内腔中的空气通入通道，SO2传感器、NO2传感器、PM10传感器、PM2.5传感器、O3传感器、CO传感器各自的输出端分别与树莓派计算模块53连接。在此，使圆台体351的窄端在上且宽端在下依次连接成一体，且使相邻两个圆台体351之间存在间隙，位于最上方的圆台体351的窄端的端口由中空横杆13的一端的下端面覆盖，这样雨水就不会通过最上方的圆台体351的窄端的端口和间隙进入容纳体的内腔中，有效的提高了SO2传感器、NO2传感器、PM10传感器、PM2.5传感器、O3传感器、CO传感器的使用寿命，而空气则可以通过间隙进入容纳体的内腔中，便于SO2传感器、NO2传感器、PM10传感器、PM2.5传感器、O3传感器、CO传感器采集气象数据。
在此具体实施例中，壳体41为防紫外线绝缘塑料外壳，采用防紫外线绝缘塑料外壳不仅可以有效防止设置于防紫外线绝缘塑料外壳的内腔中的各个部件老化，而且可以有效防止雷击。
在本实施例中，辅助采集器2、气压传感器31、温度传感器32、湿度传感器33、雨量传感器34、SO2传感器、NO2传感器、PM10传感器、PM2.5传感器、O3传感器、CO传感器、风速传感器36、风向传感器37、紫外线传感器38和可见光传感器39、广角摄像头51、标准摄像头52、树莓派计算模块53、电机56、控制电路57均采用现有技术；壳体41采用ABS塑料制成；支撑底座11、中空竖杆12、中空横杆13、圆台体351均可采用铝材制成。
Claims (7)
1.一种能采集环景与天况的双摄像头自动气象站，包括支架及气压传感器、温度传感器、湿度传感器、雨量传感器、风速传感器和风向传感器中的一种或多种传感器，其特征在于：所述的支架的顶端上安装有主采集器，所述的主采集器包括具有一个内腔的壳体、内嵌且竖直朝上安装于所述的壳体的顶端上的广角摄像头、水平设置于所述的壳体的内腔中的标准摄像头、设置于所述的壳体的内腔中的树莓派计算模块和为所述的树莓派计算模块供电的电源模块，所述的壳体上沿周向开设有一个环形口，所述的环形口上加装有透明玻璃形成一个环形取景窗，所述的标准摄像头对准所述的环形取景窗，所述的壳体的内腔中还设置有用于控制所述的标准摄像头360度旋转的旋转控制器，所述的壳体的下部自上而下并行设置有多个与外界相通的径向槽，所述的气压传感器、所述的温度传感器或/和所述的湿度传感器被选用时安装于所述的径向槽内，所述的雨量传感器、所述的风速传感器或/和所述的风向传感器被选用时安装于所述的支架上，所述的气压传感器、所述的温度传感器、所述的湿度传感器、所述的雨量传感器、所述的风速传感器和所述的风向传感器中的一种或多种传感器被选用时其输出端与所述的树莓派计算模块连接，所述的广角摄像头和所述的标准摄像头各自的输出端分别与所述的树莓派计算模块连接，所述的旋转控制器与所述的树莓派计算模块连接。
2.根据权利要求1所述的一种能采集环景与天况的双摄像头自动气象站，其特征在于：所述的径向槽的槽口设计为向上凸的弧形状。
3.根据权利要求1或2所述的一种能采集环景与天况的双摄像头自动气象站，其特征在于：所述的旋转控制器包括竖直放置的电机和与所述的电机连接的控制电路，所述的电机的输出轴上连接有云台，所述的标准摄像头水平安装于所述的云台上，所述的控制电路与所述的树莓派计算模块连接。
4.根据权利要求1所述的一种能采集环景与天况的双摄像头自动气象站，其特征在于：所述的支架上安装有空气质量检测器，所述的壳体的顶端上暴露安装有紫外线传感器和可见光传感器，所述的空气质量检测器、所述的紫外线传感器、所述的可见光传感器各自的输出端分别与所述的树莓派计算模块连接。
5.根据权利要求4所述的一种能采集环景与天况的双摄像头自动气象站，其特征在于：所述的支架由支撑底座、竖直设置于所述的支撑底座上的中空竖杆和横向设置于所述的中空竖杆上的中空横杆组成，所述的中空横杆和所述的中空竖杆各自的两端均封闭，所述的中空横杆与所述的中空竖杆的内腔相连通，所述的雨量传感器被选用时竖直朝上安装于所述的中空横杆的一端的上方，所述的空气质量检测器安装于所述的中空横杆的一端的下方，所述的风速传感器被选用时安装于所述的中空横杆的另一端的上方，所述的风向传感器被选用时安装于所述的中空横杆的另一端的下方，所述的中空横杆上用于安装所述的雨量传感器、所述的空气质量检测器、所述的风速传感器和所述的风向传感器的位置处分别开设有与所述的中空横杆的内腔相连通的第一穿线孔，所述的主采集器安装于所述的中空竖杆的顶端上，所述的中空竖杆上用于安装所述的主采集器的位置处开设有与所述的中空竖杆的内腔相连通的第二穿线孔。
6.根据权利要求5所述的一种能采集环景与天况的双摄像头自动气象站，其特征在于：所述的空气质量检测器由容纳体及安装于所述的容纳体的内腔中的SO2传感器、NO2传感器、PM10传感器、PM2.5传感器、O3传感器、CO传感器组成，所述的容纳体由多个中空且两端开口的圆台体自上而下依次通过销轴连接成一体，位于最上方的所述的圆台体的窄端与所述的中空横杆的一端的下端面紧贴连接，且位于最上方的所述的圆台体的窄端的端口由所述的中空横杆的一端的下端面覆盖，相邻两个所述的圆台体之间存在间隙，且所述的间隙构成用于防止雨水进入而便于空气进入所述的容纳体的内腔中的空气通入通道，所述的SO2传感器、所述的NO2传感器、所述的PM10传感器、所述的PM2.5传感器、所述的O3传感器、所述的CO传感器各自的输出端分别与所述的树莓派计算模块连接。
7.根据权利要求1所述的一种能采集环景与天况的双摄像头自动气象站，其特征在于：所述的壳体为防紫外线绝缘塑料外壳。
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