CN219574406U - 一种可移动的机载梯度通量观测装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开一种可移动的机载梯度通量观测装置，包括：可悬停的无人机、气体分析仪和小型气象站。气体分析仪连接于所述可悬停的无人机，所述气体分析仪用于获取CO₂浓度、水汽浓度和CH₄浓度中的任意一者或多者。所述小型气象站连接于所述无人机，所述小型气象站用于监测风速、风向、温度、湿度和大气压中的任意一者或多者。本申请在无人机上搭载气体分析仪和小型气象站，可获取任意观测类型或地点不同高度的气体浓度参数和相应的气象参数，提高了通量测量的可移动性。本申请同时采用了可悬停的无人机，方便操控人员在地面控制无人机的悬停高度以及位置，以顺利完成所有梯度观测任务。

Description

一种可移动的机载梯度通量观测装置

技术领域

本实用新型涉及可移动的机载梯度通量观测技术领域，具体涉及一种可移动的机载梯度通量观测装置。

背景技术

通量是指近地面由于湍流而引起的能量和物质的垂直输送，包括动量、感热、潜热(水汽)和二氧化碳通量等，是地圈-生物圈-大气圈物质能量交换的一种量化方式。陆面过程是指发生在大气与陆地下垫面之间水分、热量和物质交换的过程，包含了陆面上所有物理、化学、生物和水文等过程。全球气候变暖导致大气中二氧化碳浓度持续显著上升，而陆面与大气之间相互作用对大气环流和区域及全球气候变化有着重要的影响。因此，深入理解陆地生态系统的水、碳及能量循环过程，不仅是探讨人类干预和调节全球变暖进程、缓减淡水资源短缺的战略需求，也是人类调节地圈-生物圈-大气圈的相互作用关系、维持全球生态系统正常的物质循环与能量循环、评估碳达峰和碳中和的生态学途径和切入点。

通量的直接观测是准确获取地表与大气之间物质与能量交换的关键，而目前对于通量的直接观测仍局限于传统的“点”尺度典型地面塔基观测，其观测范围只能代表该典型类型的观测塔周围数十至数百米的区域，难以提供多类型及其与遥感中高空间分辨率及陆面过程模型中粗网格水平在空间尺度上相匹配的观测结果，是目前制约区域及全球尺度上通量准确估算的重要原因之一。因此，获取任意下垫面类型及其与遥感或陆面过程模型模拟的空间尺度一致，能够体现区域不同类型的地表通量直接观测是当前的研究重点与难点所在。

当前陆气通量的直接观测方法主要是典型类型固定点的塔基涡度相关法观测，塔基涡度相关法是当前主流的湍流通量观测方式，是将涡动相关的仪器设备安装在距地面一定高度的塔上(通量塔)。虽然塔基涡动相关观测具有较高的观测精度，但受观测类型与不可移动的限制，通量塔观测的类型固定，难以满足具有不同类型下垫面的区域碳水通量的准确观测，制约着区域碳水通量的准确估算。

有鉴于此，特提出本实用新型。

实用新型内容

本实用新型提供一种可移动的机载梯度通量观测装置。

本申请提供如下技术方案：

一种可移动的机载梯度通量观测装置，包括：

可悬停的无人机；

气体分析仪，所述气体分析仪连接于所述可悬停的无人机，所述气体分析仪用于获取CO2浓度、水汽浓度和CH4浓度中的任意一者或多者；

小型气象站，所述小型气象站连接于所述无人机，所述小型气象站用于监测风速、风向、温度、湿度和大气压中的任意一者或多者。

可选的，可移动的机载梯度通量观测装置包括延伸杆，所述延伸杆一端连接于所述无人机；

所述小型气象站连接于所述延伸杆的另一端。

可选的，所述小型气象站位于所述无人机的顶部，所述气体分析仪位于所述无人机的底部。

可选的，所述气体分析仪具有气象站接口；

所述延伸杆具有空心腔；

所述小型气象站连接有线缆，所述线缆部分位于所述空心腔内，所述线缆部分伸出所述延伸杆电连接于所述小型气象站接口。

可选的，所述气体分析仪具有无线模块，所述无线模块用于和终端通讯连接。

可选的，可移动的机载梯度通量观测装置包括固定架，所述固定架连接于所述无人机，所述延伸杆连接于所述固定架。

可选的，所述固定架包括：

上板体；

下板体，所述下板体和所述上板体间隔设置，所述上板体或所述下板体连接于所述无人机；

连接筒，所述连接筒设置于所述上板体和下板体之间且所述连接筒分别连接所述上板体和下板体；

所述延伸杆穿过所述上板体插接于所述连接筒内。

可选的，包括多个第一紧固件，各所述第一紧固件分别穿过所述连接筒连接于所述延伸杆。

可选的，所述固定架包括多个连杆和多个第二紧固件，各所述连杆均穿过所述上板体和下板体，且连接于所述无人机；

所述第二紧固件一端穿过上板体连接于相应的连杆，以将上板体固定于所述连杆。

可选的，所述无人机包括主机和连接所述主机的至少两个支腿；

各所述支腿之间形成容纳空间；

所述气体分析仪位于所述容纳空间内，且所述气体分析仪通过连接件连接于所述主机的底部。

通过采用上述技术方案，使得本申请具有以下有益效果：

本申请在无人机上搭载气体分析仪和小型气象站，可获取任意观测类型或地点不同高度的气体浓度参数和相应的气象参数，提高了通量测量的可移动性。本申请同时采用了可悬停的无人机，方便操控人员在地面控制无人机的悬停高度以及位置，以顺利完成所有梯度观测任务。

附图说明

附图作为本申请的一部分，用来提供对本实用新型的进一步的理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，但不构成对本实用新型的不当限定。显然，下面描述中的附图仅仅是一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为本实用新型实施例提供的梯度通量观测装置的立体结构示意图；

图2为图1的局部放大图。

图中：1、无人机；11、支腿；12、GPS模块；2、气体分析仪；3、小型气象站；4、延伸杆；5、固定架；51、上板体；52、下板体；53、连接筒；54、连杆；6、数据采集器。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

参见图1和图2所示，本申请实施例提供一种可移动的机载梯度通量观测装置，包括：可悬停的无人机1、气体分析仪2和小型气象站3。气体分析仪2连接于所述可悬停的无人机1，所述气体分析仪2用于获取CO₂浓度、水汽浓度和CH₄浓度中的任意一者或多者。气体分析仪2具有长度为1米-2米进气管，气体由该进气管进行过滤后进入气体分析仪2的内部进行检测。气体分析仪2可直接采用在售的产品，例如可以采用ABBLGR温室气体分析仪，当然也可以采用其他的气体分析仪。气体分析仪2的原理已为现有技术，现存资料公开较多，本申请对此不在赘述。所述小型气象站3连接于所述无人机1，所述小型气象站3用于监测风速、风向、温度、湿度和大气压中的任意一者或多者。小型气象站3也可采用在售的产品，能够检测到计算需要的数据即可。例如，小型气象站3可以选用YS500系列超声波风速风向仪，其为五合一数字式环境检测设备，可精确测量环境风速、风向、温度、湿度和大气压数据。本申请在无人机1上搭载气体分析仪2和小型气象站3，可获取任意观测类型或地点不同高度的气体浓度参数和相应的气象参数，提高了通量测量的可移动性。可移动的机载梯度通量观测装置可在同一位置获取气体参数和相应的气象参数，提高了通量的估算准确性。本申请同时采用了可悬停的无人机，方便操控人员在地面控制无人机1的悬停高度以及位置，以顺利完成所有梯度观测任务。无人机1上设置GPS模块12，可获取位置数据。

本申请中，将无人机1、气体分析仪2和小型气象站3相集成，在一天内可进行多次飞行。操控人员在地面控制无人机1的悬停高度以及位置。例如可设置3个梯度观测，无人机1到达第一个观测高度后，气体由长度为1.5米进气管进行过滤后进入气体分析仪2，在该高度观测完毕后对观测高度进行梯度切换，在10秒之内完成高度切换达到稳定状态，进行第二个梯度的观测，直至将设置梯度观测依次观测完毕。在完成所有梯度观测后，操控人员进行操作无人机1返航。其中，在梯度观测期间，仪器大约需要25s切换后能够达到稳定状态。因此，在数据处理期时首先进行前25s数据的剔除。根据观测的不同生态系统类型的数据，计算区域不同生态系统通量。

在一种可能的实施方案中，梯度通量观测装置包括延伸杆4，所述延伸杆4一端连接于所述无人机1。所述小型气象站3连接于所述延伸杆4的另一端。

本申请实施例中，通过延伸杆4的设置，使得小型气象站3远离无人机1主体，无人机1主体上扇叶对小型气象站3的工作影响较小，有利于提高数据检测准确度。延伸杆4的长度可根据实际情况调节。

在一种可能的实施方案中，所述小型气象站3位于所述无人机1的顶部，所述气体分析仪2位于所述无人机1的底部。

气体分析仪2重量较大，体积也大，且为了减少无人机1飞行对气体分析仪2的影响，气体分析仪2优选设置于无人机1的底部，而无人机1主体上设置多个延伸臂，各延伸臂向无人机1外周侧延伸，延伸臂的末端设置扇叶，扇叶旋转对气体分析仪2影响较小。

所述无人机1包括主机和连接所述主机的至少两个支腿11，各所述支腿11之间形成容纳空间。所述气体分析仪2位于所述容纳空间内，且所述气体分析仪2通过连接件连接于所述主机的底部。在支腿11支撑于地面时，气体分析仪2悬吊于主机底部。本申请实施例对连接件的具体结构不做限定。

在一种可能的实施方案中，所述气体分析仪2具有气象站接口，所述延伸杆4具有空心腔，所述小型气象站3连接有线缆，所述线缆部分位于所述空心腔内，所述线缆部分伸出所述延伸杆4电连接于所述气象站接口。该实施方案中，小型气象站3通过线缆连接于气象站接口，可将监测的气象参数传输至气体分析仪2，使得气象参数和气体分析仪2检测的气体参数在时间上同步，利于实现区域不同生态系统类型通量的准确估算。

气体分析仪2具有无线模块，所述无线模块用于和终端通讯连接。可在气体分析仪2或终端设置计算单元。以在终端设置计算单元为例，气体分析仪2获取的气象参数和气体参数的同步数据可直接无线发送至终端，通过终端对数据进行处理。

结合图1和图2所示，梯度通量观测装置包括固定架5，所述固定架5连接于所述无人机1，所述延伸杆4连接于所述固定架5。通过固定架5的设置，可将小型气象站3稳定的装配于无人机1上。

具体的，固定架5包括上板体51、下板体52和连通筒。下板体52和所述上板体51间隔设置，所述上板体51或所述下板体52连接于所述无人机1。所述连接筒53设置于所述上板体51和下板体52之间且所述连接筒53分别连接所述上板体51和下板体52。所述延伸杆4穿过所述上板体51插接于所述连接筒53内。延伸杆4和连接筒53插接配合，连接筒53可对延伸杆4底部一周包覆，装配结构稳定性好。

为了进一步增强连接筒53和延伸杆4的连接结构稳定性。可以准备多个第一紧固件，各所述第一紧固件分别穿过所述连接筒53连接于所述延伸杆4。从而在沿延伸杆4的长度方向上对延伸杆4进行限位，防止延伸杆4滑动脱离连接筒53。第一紧固件可以为螺钉。

所述固定架5包括多个连杆54和多个第二紧固件(未图示)，各所述连杆54均穿过所述上板体51和下板体52，且连接于所述无人机1。所述第二紧固件一端穿过上板体51连接于相应的连杆54，以将上板体51固定于所述连杆54。无人机1顶部可以设置螺纹孔，连杆54的下沿螺纹连接于无人机1上的螺纹孔，连杆54的顶端设置螺纹槽，第二紧固件可以为螺丝，螺丝的螺柱连接于连杆54的顶端的螺纹槽，螺丝的螺帽则限位于上板体51的上表面，从而实现将上板体51和连杆54连接固定。

在一种可能的实施方案中，梯度通量观测装置还包括数据采集器6，所述数据采集器6设置于上板体51和下板体52之间，引出延伸杆4的线缆连接于数据采集器6的第一输入口，气体分析仪2上的气象站接口则通过线缆连接于该数据采集器6的第二输入口。小型气象站向数据采集器6发送采集的气象数据，而气体分析仪2上设置时间模块，可向数据采集器6发送时间数据和相应的气体参数，而数据采集器则可以存储这些数据，因为气体分析仪2发送了时间数据则使得气象参数和气体分析仪2检测的气体参数在时间上同步，利于实现区域不同生态系统类型通量的准确估算。数据采集器内可以设置数据存储卡，如SD卡。在飞行任务结束后，可拆卸下该数据存储卡并安装于终端(电脑、手机和pad等等)，通过终端对数据进行处理分析。

需要注意的是，连接筒53上可以开设引线孔，伸出延伸杆4的线缆可穿过引线口连接于数据采集器6上。

气体分析仪2具有无人机接口，用于通过线缆和无人机1通讯连接，获取无人机1的飞行数据。气体分析仪2上设置供电插头，用于通过线缆连接电源。电源可以为无人机1上的电源。

以上公开的本申请优选实施例只是用于帮助阐述本申请。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该申请仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本申请的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本申请。本申请仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (10)

1.一种可移动的机载梯度通量观测装置，其特征在于，包括：

可悬停的无人机；

气体分析仪，所述气体分析仪连接于所述可悬停的无人机，所述气体分析仪用于获取CO₂浓度、水汽浓度和CH₄浓度中的任意一者或多者；

小型气象站，所述小型气象站连接于所述无人机，所述小型气象站用于监测风速、风向、温度、湿度和大气压中的任意一者或多者。

2.根据权利要求1所述的可移动的机载梯度通量观测装置，其特征在于，包括延伸杆，所述延伸杆一端连接于所述无人机；

所述小型气象站连接于所述延伸杆的另一端。

3.根据权利要求2所述的可移动的机载梯度通量观测装置，其特征在于，所述小型气象站位于所述无人机的顶部，所述气体分析仪位于所述无人机的底部。

4.根据权利要求2所述的可移动的机载梯度通量观测装置，其特征在于，所述气体分析仪具有气象站接口；

所述延伸杆具有空心腔；

所述小型气象站连接有线缆，所述线缆部分位于所述空心腔内，所述线缆部分伸出所述延伸杆电连接于所述小型气象站接口。

5.根据权利要求4所述的可移动的机载梯度通量观测装置，其特征在于，所述气体分析仪具有无线模块，所述无线模块用于和终端通讯连接。

6.根据权利要求2-5任一所述的可移动的机载梯度通量观测装置，其特征在于，包括固定架，所述固定架连接于所述无人机，所述延伸杆连接于所述固定架。

7.根据权利要求6所述的可移动的机载梯度通量观测装置，其特征在于，所述固定架包括：

上板体；

下板体，所述下板体和所述上板体间隔设置，所述上板体或所述下板体连接于所述无人机；

连接筒，所述连接筒设置于所述上板体和下板体之间且所述连接筒分别连接所述上板体和下板体；

所述延伸杆穿过所述上板体插接于所述连接筒内。

8.根据权利要求7所述的可移动的机载梯度通量观测装置，其特征在于，包括多个第一紧固件，各所述第一紧固件分别穿过所述连接筒连接于所述延伸杆。

9.根据权利要求7或8所述的可移动的机载梯度通量观测装置，其特征在于，所述固定架包括多个连杆和多个第二紧固件，各所述连杆均穿过所述上板体和下板体，且连接于所述无人机；

所述第二紧固件一端穿过上板体连接于相应的连杆，以将上板体固定于所述连杆。

10.根据权利要求1-5任一所述的可移动的机载梯度通量观测装置，其特征在于，所述无人机包括主机和连接所述主机的至少两个支腿；

各所述支腿之间形成容纳空间；

所述气体分析仪位于所述容纳空间内，且所述气体分析仪通过连接件连接于所述主机的底部。