CN109556713A - 太阳跟踪式水面高光谱自动观测及数据采集系统 - Google Patents

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CN109556713A CN201910012010.XA CN201910012010A CN109556713A CN 109556713 A CN109556713 A CN 109556713A CN 201910012010 A CN201910012010 A CN 201910012010A CN 109556713 A CN109556713 A CN 109556713A
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魏小岛
潘燕群
顾靖华
朱庆
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Abstract

本发明公开了一种太阳跟踪式水面高光谱自动观测及数据采集系统，包括自动跟踪装置、数据采集装置及计算机；本发明依据太阳方位角的计算公式编制云台操控程序，将其输入到云台操控装置内，对旋转云台、高光谱测量仪的运行轨迹进行控制，使高光谱测量仪能够跟踪太阳方位变化自动调整观测几何角度，并且将高光谱测量仪采集的水面\天空光学信息自动存入到光谱信息存储器，将高光谱测量仪采集的数据信息通过FileGee备份系统自动存入到百度网盘中，方便数据的远程下载、检查及处理。

Description

太阳跟踪式水面高光谱自动观测及数据采集系统
技术领域
本发明涉及海洋光学测量技术领域中的海表辐亮度观测，尤其是一种太阳跟踪式水面高光谱自动观测及数据采集系统。
背景技术
目前，利用高光谱仪获取水面遥感数据主要是通过在水面站台架设高光谱仪，同时人工调整光谱仪角度获得水面的总辐亮度、倾斜天空光辐亮度和太阳光的下行辐照度数据，测量结果对于生物光学算法的开发、星载数据的定标和检验都具有重要意义。
水面高光谱仪在进行观测时需要有合理的观测几何角度，来避免测量时太阳耀光，水体白帽等对测量数据的影响。目前该几何角度的判断多通过现场人工估算得出，如要获取高时间密度的遥感数据，则需要人工对高光谱仪观测几何角度进行不断调整。另外在数据传输上，国内大多采用人工前往野外台站拷贝观测数据，然后拿回实验室进行数据处理的办法，该方法不仅在测量方法上，在数据传输上都浪费了人力物力，效率低下。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足而提供的一种太阳跟踪式水面高光谱自动观测及数据采集系统，本发明依据太阳方位角的计算公式编制云台操控程序，将其输入到云台操控装置内，对旋转云台、高光谱测量仪的运行轨迹进行控制，使高光谱测量仪能够跟踪太阳方位变化自动调整观测几何角度，并且将高光谱测量仪采集的水面\天空光学信息自动存入到光谱信息记录器，将高光谱测量仪采集的数据信息通过FileGee备份系统自动存入到百度网盘中，方便数据的远程下载、检查及处理。
实现本发明目的的具体技术方案是：
一种太阳跟踪式水面高光谱自动观测及数据采集系统，其特点在于，该系统包括自动跟踪装置、数据采集装置及计算机；所述自动跟踪装置由旋转云台、云台操控装置、高光谱测量仪及变压器构成，旋转云台上设有电源接口及高光谱测量仪座，高光谱测量仪上设有探头插口，云台操控装置经变压器与旋转云台的电源接口连接；
所述数据采集装置由光谱信息记录器及远程数据传输器构成，光谱信息记录器及远程数据传输器分别与高光谱测量仪上的探头插口和计算机连接；
所述计算机分别与光谱信息记录器、远程数据传输器及云台操控装置连接。
所述云台操控装置内设有云台操控程序。
所述远程数据传输器内设远程数据传输程序、百度网盘及FileGee备份系统。
所述光谱信息记录器内设光谱仪自动记录程序。
所述云台操控程序的编制依据来自对太阳方位角的计算，其计算公式如下：
As代表太阳方位角，Hs代表太阳高度角，代表当地的地理纬度，δ代表当时的太阳赤纬；设置的角度差为100°。
本发明依据实时的太阳方位角与时间的变化曲线编制出云台操控程序，将其输入到云台操控装置中，计算机依据云台操控程序控制旋转云台的转角，通过变压器驱动旋转云台自动旋转，使得高光谱测量仪跟随太阳方位对海表\天空辐射进行观测。
为了方便获得每天采集的水面\天空光学信息，本发明的数据采集装置由光谱信息记录器及远程数据传输器构成。其中，本发明在光谱信息记录器中设有光谱仪自动记录程序，计算机依据自动跟踪装置的工作过程，将高光谱测量仪采集的水面\天空光学信息自动存入到光谱信息记录器中。
本发明在远程数据传输器中设有远程数据传输程序、百度网盘及FileGee备份系统，计算机依据自动跟踪装置的工作过程，将高光谱测量仪采集的数据信息通过FileGee备份系统自动存入到百度网盘中，方便数据的远程下载、检查及处理。
本发明云台操控程序依据实时的太阳高度角、时角、太阳赤纬参数进行计算，进而计算出太阳方位角，为了避免太阳耀光等因素的干扰，算法设置观测几何角度与太阳方位角的角度差为100°，将该角度差转换成云台旋转的角度Ad即可实现云台自动旋转的轨迹。
本发明将云台操控程序输入到云台操控装置内，对旋转云台、高光谱测量仪的运行轨迹进行控制，使高光谱测量仪能够跟踪太阳方位变化自动调整观测几何角度，并且将高光谱测量仪采集的水面\天空光学信息自动存入到光谱信息记录器，将高光谱测量仪采集的数据信息通过FileGee备份系统自动存入到百度网盘中，方便数据的远程下载、检查及处理。
附图说明
图1为本发明结构框图；
图2为本发明观测方位角的示意图；
图3为本发明使用状态图。
具体实施方式
参阅图1、图3，本发明包括自动跟踪装置1、数据采集装置2及计算机3。
参阅图1、图3，所述自动跟踪装置1由旋转云台11、云台操控装置12、高光谱测量仪13及变压器14构成，旋转云台11上设有电源接口及测量仪座，高光谱测量仪13上设有探头插口131，高光谱测量仪13设于旋转云台11的测量仪座上，云台操控装置12经变压器14与旋转云台11的电源接口连接；
所述数据采集装置2由光谱信息记录器21及远程数据传输器22构成，光谱信息记录器21及远程数据传输器22分别与高光谱测量仪13上的探头插口131连接和计算机3连接；
所述计算机3分别与光谱信息记录器21、远程数据传输器22及云台操控装置12连接。
参阅图1、图3，所述云台操控装置12内设有云台操控程序；所述远程数据传输器22内设远程数据传输程序、百度网盘及FileGee备份系统；所述光谱信息记录器21内设光谱仪自动记录程序。
参阅图1、图2，所述云台操控程序的编制依据来自对太阳方位角的计算，其计算公式如下：
As代表太阳方位角，Hs代表太阳高度角，代表当地的地理纬度，δ代表当时的太阳赤纬；设置的角度差为100°。
实施例
参阅图1-3，本发明太阳跟踪式水面高光谱自动观测及数据采集的实施：确认计算机3分别与数据采集装置2的光谱信息记录器21、远程数据传输器22连接、与自动跟踪装置1的云台操控装置12连接。
1)、启动计算机3，运行云台操控装置12的云台操控程序，待计算机3界面出现“ctrl+c to exit”时，按下ctrl+c使程序停止运行，云台操控装置12驱动旋转云台11复位。
2)、旋转云台11复位完成后，使用测量仪器测量与正北方向的夹角，输入到配置文件中，对AzimuthSensorIni保存修改。
3)、将获取该点的经纬度位置及时间参数，输入到云台操控装置12的云台操控程序中，云台操控程序依据输入信息求得时角、太阳赤纬、太阳高度角及太阳方位角的数据，通过太阳方位角与设定的观测角度差100°，最终确定高光谱测量仪13的方位角度数。
由计算机3通过云台操控程序控制高光谱测量仪13每隔十分钟转一次，自动转到设定的方位角度。
4)、本发明自动工作时间由计算机3设定并控制，通常设置在每天8点到16点，到达开启时间，计算机3发送指令，控制自动跟踪装置1及数据采集装置2进入工作模式，将自动采集实时的水体总辐亮度、太阳光下行辐照度等水面光学与天空辐射数据。到达关闭时间，系统观测工作结束，此时云台操控程序控制高光谱测量仪13自动旋转回到正北方向，直到第二天上午8点再次重新开始观测。
5)、在保证云台操控程序驱动旋转云台11控制高光谱测量仪13自动跟踪太阳旋转的前提下，高光谱测量仪13自动记录时间设置为上午8点到下午16点，在该时间范围内，按照一定时间间隔向光谱信息记录器21及远程数据传输器22传输数据，光谱信息记录器21每隔一分钟检查高光谱测量仪13是否正常工作，如果没有工作，点击云台操控程序的“startlogging”按钮，即可恢复正常记录。
6)、计算机3依据自动跟踪装置1的工作过程，将高光谱测量仪13采集的水面\天空光学信息自动存入到光谱信息记录器21中。远程数据传输器22依据自动跟踪装置1的工作过程，将高光谱测量仪13采集的数据信息通过FileGee备份系统自动存入到百度网盘中，方便数据的远程下载、检查及处理。
7)、为防止系统突然断电或者计算机电池老化导致的数据无法记录或缺失的问题，本发明设置了在电池电量过低时自动发送邮件到工作人员邮箱中，达到随时提醒工作人员检查计算机3的电池状况和系统运行状态，以便及时解决问题。
8)、本发明自动跟踪装置1由旋转云台11、云台操控装置12及高光谱测量仪13及变压器14构成，旋转云台11的底座上设有驱动支撑轴及旋转轴旋转的电机，测量仪座设于旋转轴的云台上，底座内部放置旋转云台的控制电路，变压器14将220v稳压电源转换成AC24V电压输送给旋转云台11的电源接口，驱动旋转云台11及高光谱测量仪13的旋转。

Claims (5)

1.一种太阳跟踪式水面高光谱自动观测及数据采集系统，其特征在于，该系统包括自动跟踪装置(1)、数据采集装置(2)、计算机(3)；所述自动跟踪装置(1)由旋转云台(11)、云台操控装置(12)、高光谱测量仪(13)及变压器(14)构成，旋转云台(11)上设有电源接口及测量仪座，高光谱测量仪(13)上设有探头插口(131)，高光谱测量仪(13)设于旋转云台(11)的测量仪座上，云台操控装置(12)经变压器(14)与旋转云台(11)的电源接口连接；
所述数据采集装置(2)由光谱信息记录器(21)及远程数据传输器(22)构成，光谱信息记录器(21)及远程数据传输器(22)分别与高光谱测量仪(13)上的探头插口(131)和计算机(3)连接；
所述计算机(3)分别与光谱信息记录器(21)、远程数据传输器(22)及云台操控装置(12)连接。
2.根据权利要求1所述太阳跟踪式水面高光谱自动观测及数据采集系统，其特征在于，所述云台操控装置(12)内设有云台操控程序。
3.根据权利要求1所述太阳跟踪式水面高光谱自动观测及数据采集系统，其特征在于，所述远程数据传输器(22)内设远程数据传输程序、百度网盘及Fi1eGee备份系统。
4.根据权利要求1所述太阳跟踪式水面高光谱自动观测及数据采集系统，其特征在于，所述光谱信息记录器(21)内设光谱仪自动记录程序。
5.根据权利要求2所述太阳跟踪式水面高光谱自动观测及数据采集系统，其特征在于，所述云台操控程序的编制依据来自对太阳方位角的计算，其计算公式如下：
As代表太阳方位角，Hs代表太阳高度角，代表当地的地理纬度，δ代表当时的太阳赤纬；设置的角度差为100°。
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