CZ22671U1 - System of means for determining energy flows in atmosphere ground layer - Google Patents

System of means for determining energy flows in atmosphere ground layer Download PDF

Info

Publication number
CZ22671U1
CZ22671U1 CZ201124229U CZ201124229U CZ22671U1 CZ 22671 U1 CZ22671 U1 CZ 22671U1 CZ 201124229 U CZ201124229 U CZ 201124229U CZ 201124229 U CZ201124229 U CZ 201124229U CZ 22671 U1 CZ22671 U1 CZ 22671U1
Authority
CZ
Czechia
Prior art keywords
sensor
temperature
spectral range
ground
station
Prior art date
Application number
CZ201124229U
Other languages
Czech (cs)
Inventor
Jirka@Vladimír
Pokorný@Jan
Kobrzek@Filip
Marecek@Petr
Zicha@Josef
Bíla@Jirí
Original Assignee
Enki O.P.S.
Airship Club.com - obcanské sdružení
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Enki O.P.S., Airship Club.com - obcanské sdružení filed Critical Enki O.P.S.
Priority to CZ201124229U priority Critical patent/CZ22671U1/en
Publication of CZ22671U1 publication Critical patent/CZ22671U1/en

Links

Landscapes

  • Testing Or Calibration Of Command Recording Devices (AREA)

Description

Oblast technikyTechnical field

Technické řešení se týká zařízení tvořeného soustavou prostředků, které umožňují na základě měření s vysokou pravděpodobností popsat rozložení energie dopadajícího slunečního záření na zemský povrch, a jsou využitelné pro absolutní a komparační zjišťování energetických toků na rozdílných biotopech a především k posouzení vlivu vodního režimu na redistribuci energetických toků v přízemní vrstvě atmosféry. Předmět technického řešení je zejména určen k porovnání rozložení teplot a následně energetických toků v rozdílných biotopech a tím k pochopení odezvy biotopů na zásahy lidské Činnosti.The technical solution relates to a device consisting of a system of means which, on the basis of measurements, are highly likely to describe the distribution of the incident solar radiation on the Earth's surface and are useful for absolute and comparative determination of energy flows at different habitats and, above all, for assessing the effect of the water regime on redistribution of energy. flows in the ground layer of the atmosphere. The subject of the technical solution is especially intended to compare the distribution of temperatures and consequently the energy flows in different habitats and thus to understand the response of the habitats to human activities.

Dosavadní stav technikyBackground Art

Pro potřeby meteorologie, kartografie i klasifikace ekologické zátěže jsou běžně využívány prostředky dálkového průzkumu Země (DPZ), především družice a družicové snímky pořízené v různých spektrálních oblastech. Existují zavedené postupy a prostředky na kalibraci získaných fyzikálních veličin z těchto podkladů. Vzhledem k výšce oběžné dráhy 350 až 750 km jsou družice schopné dodávat globální plošná data s rozlišením 1 pixelu 30 až 1000 m. Hustota dat je dostatečná pro postižení chování ekosystémů v regionálním měřítku a jejich popisu na úrovni desítek km.For the needs of meteorology, cartography and the classification of ecological burdens, remote sensing means, especially satellites and satellite images taken in different spectral areas, are commonly used. There are established procedures and means for calibrating the acquired physical quantities from these substrates. Due to the orbit height of 350 to 750 km, satellites are capable of delivering global area data with a resolution of 1 pixel 30 to 1000 m. Data density is sufficient to affect regional ecosystem behavior and description at tens of km.

Nevýhoda výše uvedených známých a zařízení pro určení vzájemných souvislostí mezi vodou a vegetací v lokálních podmínkách a jeho přínos pro pochopení energetických toků na rozhraní zemského povrchu a přízemní vrstvou atmosféry spočívá jednak v jeho malém rozlišení a především v časové souvztažnosti mezi samotným měřením a doručenými výsledky. Zásadní nevýhodou jc malá operativnost a nemožnost ovlivnit dobu přeletu nad měřeným územím a zajistit její periodicitu pro zaznamenání dynamiky jevů ve studovaném ekosystému. Další nevýhodou je omezení použitelnosti metody a zařízení při vysoké i střední oblačnosti a v neposlední řadě vyso25 ké náklady za pořízené snímky a obtížná interpretace kalibrace pixelu vzhledem k jeho velkému rozměru a z toho plynoucí značné variability sledované plochy pixelu. (Kromě vodní plochy lze velice obtížně najít homogenní plochu o rozměrech cca 100 χ 100 m).The disadvantage of the aforementioned known devices and devices for determining the relationship between water and vegetation in local conditions and its contribution to the understanding of the energy flows at the earth's surface and the ground layer of the atmosphere consists in its low resolution and in particular in the time correlation between the measurement itself and the delivered results. A major disadvantage is the low operability and impossibility to influence the flight time over the measured area and ensure its periodicity for recording the dynamics of phenomena in the studied ecosystem. Another disadvantage is the limitation of the applicability of the method and the equipment at both high and medium clouds and, last but not least, the high cost of capturing images and the difficult interpretation of pixel calibration due to its large size and the resulting considerable variability of the pixel area being monitored. (In addition to the water surface, it is very difficult to find a homogeneous area of about 100 χ 100 m).

Obdobné nevýhody vykazují i jiná známá zařízení, např. při samostatném měření prováděném z jiných prostředků DPZ, např. z letadel nebo vzducholodí.Other known devices also have similar disadvantages, for example, in separate measurements made from other remote sensing means, such as airplanes or airships.

Meteorologické podmínky v přízemní vrstvě atmosféry se dále běžně zjišťují pomocí stacionárních nebo transportovatelných měřicích stanic, označovaných jako meteostanice. Tyto meteostaníce jsou vybaveny Čidly teploty, vlhkosti, vodních srážek, síly vetru, spadu sněhu, intenzity slunečního záření a dalšími, a jsou jednotlivě dálkově propojeny prostředky pro přenos dat s centrálním pracovištěm pro vyhodnocení a další zpracování naměřených hodnot.Furthermore, the meteorological conditions in the ground layer of the atmosphere are normally determined by means of stationary or transportable measuring stations, referred to as weather stations. These weather stations are equipped with sensors for temperature, humidity, rainfall, wind force, fallout of snow, solar radiation and others, and are individually remotely connected by means of data transmission with a central workplace for evaluation and further processing of measured values.

Např. v patentu EP 1610156 je popsána meteostanice, která slouží jako alarmovací zařízení pro vyhodnocení rizika přívalových dešťů nebo povodní. Zařízení využívá statistickou databanku hydro logických a meteorologických údajů pro sledované území, porovnává ji s aktuálně naměřenými hodnotami, a klasifikuje míru hrozícího rizika.E.g. EP 1610156 discloses a weather station which serves as an alarm device for assessing the risk of torrential rain or floods. The device uses a statistical database of hydrological and meteorological data for the monitored area, compares it with the currently measured values, and classifies the impending risk.

Nevýhoda meteostanic spočívá v tom, že je nelze využít pro systémové zjišťování energetických toků v přízemní vrstvě atmosféry v určité lokalitě, neboť se jedná o diskrétní body měření, a ani v případě, že by tyto meteostanice byly propojeny do dostatečně husté měřicí sítě pokrývající měřenou lokalitu, nebylo by možné z takto vytvořené sítě získat data využitelná pro zjišťování energetických toků. Kromě toho, vybudování dostatečně husté měřicí sítě na každé měřené lokalitě není reálné ze stavebních, právních ani finančních důvodů.The disadvantage of weather stations is that they cannot be used for systemic energy flow detection in the ground level atmosphere atmosphere, as they are discrete measurement points, even if these weather stations are connected to a sufficiently dense measuring network covering the measured site , it would not be possible to obtain data from the network created in this way that could be used for the determination of energy flows. In addition, building a sufficiently dense measuring network at each measured location is not realistic for construction, legal or financial reasons.

Potřeba měření a porovnávání energetických toků v krajině vyplývá z toho, že na plochu v krajině dopadá ze Slunce přímo měřitelný zářivý tok - energie. Část energie se odrazí ve viditelné oblasti spektra, ale větší Část ohřeje porost, půdu, následně je vyzařována zpět vůči obloze vThe need to measure and compare energy flows in the landscape results from the fact that a measurable radiant flux - energy - falls directly from the Sun to the area in the landscape. Part of the energy is reflected in the visible spectrum, but the greater part heats the crop, the soil, then radiates back to the sky at

- 1 CZ 22671 Ul tepelné infračervené oblasti s časovým posunem, část přejde do latentního tepla výparu, vypaří se z povrchu země a rostlin (evapotranspirace) a malá část je chemicky vázaná fotosyntézou.Time-shifted thermal infrared regions, part goes into latent heat of vapor, evaporates from the surface of the earth and plants (evapotranspiration) and a small part is chemically bound by photosynthesis.

Vnějším projevem všech těchto jevů je teplota v daném Čase na daném místě. Pouze tu je možno zachytit velkoplošně pomocí termovizních kamer a obdobných měřicích prostředků. Úkolem technického řešení je vytvoření takového zařízení tvořeného soustavou prostředků pro zjišťování energetických toků v přízemní vrstvě atmosféry, který by umožňoval měření a analýzu jednotlivých složek energetických toků, a to plošně pro určitý region, aby bylo možno zmapovat a prognózovat vývoj energetických toků v tomto konkrétním regionu.The external manifestation of all these phenomena is the temperature at a given time in a given location. Only here it is possible to capture large-area images using thermal imaging cameras and similar measuring devices. The task of the technical solution is to create such a device consisting of a system of means for the detection of energy flows in the ground layer of the atmosphere, which would allow measurement and analysis of individual components of energy flows, across the region, in order to map and forecast the development of energy flows in this particular region .

Podstata technického řešeníThe essence of the technical solution

Výše uvedené nevýhody do značné míry odstraňuje soustava pro zjišťování energetických toků v přízemní vrstvě atmosféry podle předloženého technického řešení.The above drawbacks are largely eliminated by a system for detecting energy flows in the ground layer of the atmosphere according to the present invention.

Soustava pro zjišťování energetických toků v přízemní vrstvě atmosféry zahrnuje digitalizované vizuální snímky pořízené z alespoň jednoho prostředku dálkového průzkumu Země (DPZ) opatřeného alespoň jedním zařízením pro snímkování zemského povrchu v měřené oblasti v infračervené části spektra. Podstata technického řešení spočívá v tom, že prostředek DPZ je tvořen vzducholodí opatřenou avionikou pro řízení pohybu prostředku po předem naprogramované dráze v požadované výšce nad měřenou oblastí a stabilizovanou plošinou nosiče zařízení pro snímkování zemského povrchu, a soustava dále zahrnuje elektronická data plošné teplotní mapy vytvořené z digitalizovaných vizuálních snímků z prostředku DPZ a elektronická data z alespoň dvou kalibračních pozemních měřicích stanic, umístěných v měřené oblasti a opatřených alespoň jedním prostředkem pro měření energetického toku. Podstata činnosti soustavy podle technického řešení pak spočívá v tom, že kombinuje bodová měření na síti kalibračních pozemních měřicích stanic s plošnou teplotní mapou a s vizuálními snímky, získanými ze sofistikovaně řízené vzducholodi.The energy flow detection system in the ground layer of the atmosphere includes digitized visual images taken from at least one remote sensing means provided with at least one Earth surface imaging device in the infrared region of the measured area. The essence of the technical solution is that the remote sensing means consists of an airship equipped with an avionics for controlling the movement of the device along a pre-programmed path at a desired height above the measured area and a stabilized platform of the Earth surface imaging device, and the system further includes electronic surface temperature map data made of digitized visual images from the remote sensing means and electronic data from at least two calibration ground measurement stations located in the measurement area and provided with at least one energy flow measuring means. The essence of the operation of the system is that it combines point measurements on a network of calibration ground measuring stations with a surface temperature map and visual images obtained from a sophisticated controlled airship.

Ve výhodném provedení soustavy podle technického řešení jsou kalibrační pozemní měřicí stanice opatřeny telekomunikačním zařízením, pomocí něhož se naměřené a vypočítané hodnoty ze stanic přenášejí na vzdálený centrální server umožňující jejich on-line zpracování alespoň jednou uživatelskou stanicí připojenou k serveru. Jako telekomunikační zařízení se $ výhodou použije vestavný GSM/GPRS modul. Čidla měřicí stanice jsou obsluhována automatickou záznamovou a řídicí jednotkou, která v sobě zahrnuje univerzální datalogger, telemetrickou stanici s vestavným GSM/GPRS modulem, programovatelný řídicí automat a energetický zdroj nezávislý na síti, využívající sluneční záření. Jednotka umožňuje kontinuální celoroční záznam a přenos dat na server, odkud je záznam dostupný všem uživatelům.In a preferred embodiment of the system according to the invention, the calibration ground measuring stations are provided with a telecommunication device by means of which the measured and calculated values from the stations are transmitted to a remote central server allowing their on-line processing by at least one user station connected to the server. As a telecommunication device, a built-in GSM / GPRS module is preferably used. The sensors of the measuring station are operated by an automatic recording and control unit, which includes a universal data logger, a telemetric station with a built-in GSM / GPRS module, a programmable control automat and a power source independent of the network using solar radiation. The unit allows continuous year-round recording and data transfer to the server, where the record is available to all users.

Pro ideální měření energetických toků je výhodné, když kalibrační pozemní měřicí stanice detekuje pomocí čidla dopadající krátkovlnnou složku globálního slunečního záření ve spektrální oblasti 200 až 2800 nm, a současně detekuje pomocí jiného čidla odraženou krátkovlnnou složku globálního slunečního záření ve spektrální oblasti 200 až 2800 nm. Dále je výhodné, když kalibrační pozemní měřicí stanice měří pomocí senzoru energetický tok mezi Čidlem a oblohou ve spektrální oblasti 3500 až 45000 nm a zároveň měří pomocí jiného senzoru energetický tok mezi čidlem a zemským povrchem ve spektrální oblasti 3500 až 45000 nm, přičemž alespoň jedno Čidlo přitom měří teplotu těla senzorů pro měření energetického toku. Měření a výpočet vychází ze Stefan-Boltzmanova zákona, který udává radiační tok mezi dvěma tělesy, závislý pouze na jejich absolutní teplotě. V daném případě se měří energetický tok směrem nahoru, tedy k obloze, směrem dolů, tedy k zemskému povrchu, a teplota těl senzorů. Podle uvedeného zákona lze vypočítat efektivní teplotu oblohy a radiační teplotu zemského povrchu. Teplota oblohy je potřebná k tomu, aby bylo možno následně z plošné teplotní mapy vypočítat dle téhož zákona energetický tok pro každý libovolný bod měřené oblasti. Uvedený postup se opakuje až do získání dostatečného množství dat týkajících se měřené oblasti.For the ideal measurement of energy flows, it is advantageous if the calibration ground measuring station detects the incident shortwave component of the global solar radiation within the spectral range of 200 to 2800 nm by means of a sensor, and at the same time detects the reflected shortwave component of the global solar radiation in a spectral range of 200 to 2800 nm using another sensor. Furthermore, it is advantageous if the calibration ground measuring station uses a sensor to measure the energy flow between the sensor and the sky in the spectral range of 3500 to 45000 nm, while using another sensor it measures the energy flow between the sensor and the surface in the spectral range of 3500 to 45000 nm, with at least one sensor in this case it measures the temperature of the sensor body for measuring the energy flow. The measurement and calculation is based on the Stefan-Boltzman law, which indicates the radiation flow between two bodies, dependent only on their absolute temperature. In this case, the energy flow is measured upwards, ie to the sky, downwards, to the earth's surface, and the temperature of the sensor bodies. According to this law, the effective temperature of the sky and the radiation temperature of the Earth's surface can be calculated. The temperature of the sky is needed in order to subsequently calculate the energy flow for each arbitrary point of the measured area from the same temperature map according to the same law. This procedure is repeated until sufficient data on the measured area is obtained.

Kromě výše uvedených Čidel a senzorů jsou kalibrační pozemní měřicí stanice vybaveny dalšími prostředky, odlišnými od standardních meteorologických stanic, které obvykle měří maximálněIn addition to the sensors and sensors mentioned above, the calibration ground measuring stations are equipped with other means other than standard weather stations, which usually measure at most

-2 CZ 22671 Ul dvě teploty, vlhkost a srážky, někdy také dopadající radiaci, a jsou tedy významné jak počtem a strukturou měřených veličin, tak umístěním jednotlivých čidel.Two temperatures, humidity and precipitation, sometimes also incident radiation, are significant both by the number and structure of the measured variables and by the location of the individual sensors.

Ve výhodném provedení technického řešení kalibrační pozemní měřicí stanice dále měří teplotu a relativní vlhkost na úrovní porostu na zemském povrchu i nad úrovní porostu na zemském povrchu, rychlost a směr větru, srážkové úhrny, atmosférický tlak, teplotu půdního profilu a objemovou vlhkost půdy v měřené oblasti.In a preferred embodiment of the technical solution, the calibration ground measuring station further measures temperature and relative humidity at the stand level on the Earth's surface and above the ground level, wind speed and direction, precipitation amounts, atmospheric pressure, soil profile temperature and soil moisture content in the measured area .

Na každé kalibrační pozemní měřicí stanici je přímo měřena energie dopadající a odražené krátkovlnné složky globálního slunečního záření ve spektrální oblasti 200 až 2800 nm. Pro výpočet energetického toku do půdy je měřeno 8 hodnot teplot v půdním profilu a vlhkost půdy. Pro io určení cvapotranspirace jsou měřeny teplota a relativní vlhkost ve dvou úrovních nad povrchem.At each calibration ground station, the energy of the incident and reflected shortwave global solar radiation is directly measured in the spectral range of 200 to 2800 nm. To calculate the energy flow to the soil, 8 soil temperature values and soil moisture are measured. The temperature and relative humidity at two levels above the surface are measured for the determination of vapor-transpiration.

Kromě toho jsou měřeny rychlost a směr větru ve výšce 2m nad zemí a srážky. Na jedné kalibrační pozemní měřicí stanici v měřené oblasti je měřeno také dopadající a odražené záření v tepelné oblasti 3500 až 45000 nm a teplota senzorů pro měření energetického toku, ze kterých je počítána efektivní teplota oblohy pro měřenou oblast a tlak vzduchu pro stanovení tlaku vodních η par. Pro výpočet energetického toku do půdy jsou kalibrační pozemní měřicí stanice osazené každá 10 teplotními čidly pro měření teplotních gradientů pod povrchem půdy a čidlem půdní vlhkosti. Pro určení komplexní meteorologické situace je stanice doplněna čidly směru a rychlosti větru a záznamu množství srážek.In addition, the wind speed and direction are measured at 2m above the ground and rainfall. The incident and reflected radiation in the thermal region of 3500 to 45000 nm and the temperature of the energy flow sensors, from which the effective sky temperature for the area to be measured and the air pressure to determine the water η vapor pressure, are also measured on one calibration ground measuring station in the measured area. . To calculate the energy flow into the soil, the calibration ground measuring stations are each equipped with 10 temperature sensors to measure the temperature gradients below the soil surface and the soil moisture sensor. In order to determine the complex meteorological situation, the station is supplemented with sensors for wind direction and velocity and rainfall recording.

Výsledkem činnosti soustavy prostředků podle technického řešení je plošná teplotní mapa a foto20 dokumentace aktuálního stavu sledovaného povrchu v měřené oblasti. Vzájemným porovnáním (kalibrací) lze získat kvalifikovaný odhad energetických toků v měřené oblasti a znalost redistribuee dopadajícího slunečního záření. To znamená, že na základě parametrů, získaných na kalibračních pozemních měřicích stanicích a dle znalosti vegetačního pokryvu lze odhadnout dění na ostatních místech měřené oblasti na základe plošné teplotní mapy. Kalibrační pozemní měřicí stanice sc proto umisťují do charakteristických biotopů v měřené oblasti.As a result of the operation of the system of means according to the technical solution, the surface temperature map and photo20 documentation of the current state of the monitored surface in the measured area are the result. By comparing (calibration) one can obtain a qualified estimate of energy flows in the measured area and knowledge of redistribution of incident solar radiation. This means that on the basis of the parameters obtained at the calibration ground measuring stations and according to the knowledge of the vegetation cover it is possible to estimate the events at other points of the measured area based on the surface temperature map. Therefore, the ground calibration stations sc place in characteristic habitats in the measured area.

Přehled obrázků na výkresechBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Technické řešení bude blíže osvětleno pomocí výkresů, na nichž znázorňují obr. 1 schéma soustavy prostředků podle technického řešení, obr. 2 schematický nákres kalibrační pozemní měřicí stanice, obr. 3 blokové schéma soustavy podle technického řešení.The technical solution will be explained in more detail by means of the drawings, in which: FIG. 1 shows a schematic diagram of a system of means according to the invention, FIG. 2 shows a schematic drawing of a calibration ground measuring station, FIG.

Příklady provedení technického řešeníExamples of technical solutions

Rozumí se, že dále popsané a zobrazené konkrétní příklady uskutečnění technického řešení jsou představovány pro ilustraci, nikoli jako omezení příkladů provedení technického řešení na uvedené případy. Odborníci znalí stavu techniky najdou nebo budou schopni zjistit za použití rutinního experimentování větší či menší počet ekvivalentů ke specifickým uskutečněním technického řešení, která jsou zde speciálně popsána. I tyto ekvivalenty budou zahrnuty v rozsahu dále uvedených nároků na ochranu.It will be understood that the specific examples of carrying out the invention described and illustrated below are presented to illustrate but not to limit the exemplary embodiments of the invention to the cases. Those skilled in the art will find or will be able to determine, using routine experimentation, a greater or lesser number of equivalents to the specific embodiments of the invention specifically described herein. These equivalents will also be included within the scope of the following protection claims.

Soustava prostředků pro zjišťování energetických toků v přízemní vrstvě atmosféry, znázorněná na obr. 1, obr. 2 a obr. 3, sestává z prostředku dálkového průzkumu Země (DPZ) 1 tvořeného vzducholodí a ze sítě kalibračních pozemních měřicích stanic 6. Každá stanice 6 obsahuje měřicí a záznamovou elektroniku a senzory, především čidlo 9 krátkovlnné složky globálního slunečního záření ve spektrální oblasti 200 až 2800 nm, dopadající na vodorovnou plochu, a čidlo 10 odražené krátkovlnné složky globálního slunečního záření ve spektrální oblasti 300 až 2800 nm, měřené ve vodorovné rovině. Stanice 6 má dále čidlo 16 relativní vlhkosti a teploty vzduchu, umístěné v meteorologickém krytu ve výšce porostu, čidlo 14 relativní vlhkosti a teploty vzdu45 chu, umístěné v meteorologickém krytu ve výšce 2 m nad porostem, osm čidel 17 teploty půdního profilu pro určení teplotního gradientu do půdy, čidlo 15 pro měření směru a rychlosti větru (anemometr), čidlo j_8 úhrnu srážek (člunkový srážkoměr) a čidlo 20 objemové vlhkosti půdy. Důležitou součástí stanice 6 je automatická záznamová a řídicí jednotka 7.1, FIG. 2, FIG. 3, consists of a remote sensing means (DPZ) 1 made up of an airship and a network of calibration ground measuring stations 6. Each station 6 comprises measuring and recording electronics and sensors, in particular a short-wave sensor 9 of global solar radiation within the spectral range of 200 to 2800 nm, incident on the horizontal surface, and sensor 10 of the reflected short-wave component of global solar radiation in the spectral range of 300 to 2800 nm, measured in the horizontal plane. Station 6 also has a sensor 16 of relative humidity and air temperature, located in the weather enclosure at stand height, sensor 14 of relative humidity and air temperature, located in the weather enclosure at a height of 2 m above the stand, eight sensors 17 of the soil profile temperature to determine the temperature gradient to soil, sensor 15 for measuring wind direction and velocity (anemometer), rainfall sensor 18 (shuttle rain gauge) and soil moisture sensor 20. An important part of station 6 is the automatic recording and control unit 7.

- 3 CZ 22671 Ul- 3 CZ 22671 Ul

Automatická záznamová a řídicí jednotka 7 v sobě zahrnuje univerzální datalogger, telemetrickou stanici s vestavným GSM/GPRS modulem a programovatelný řídicí automat. Jednotka je vybavena uživatelsky přátelským software, hardware je módi fi kováte lný a vysoce odolný proti nepříznivým podmínkám. K dispozici je 32 dynamicky obsazovaných záznamových kanálů pro měření a archivaci všech parametrů. Jednotka 7 může monitorovat až 40 binárních kanálů. Jeden textový kanál zaznamenává všechny mimořádné události včetně přijatých i odeslaných SMS, výpadky v napájení apod. Celková záznamová kapacita jednotky 7 je větší než 400000 hodnot a proto k zaplnění paměti a k následnému přepisování nejstarších změřených dat tak v praxi dojde až po několika letech provozu. Základní přípojná deska DPD obsahuje svorky šesti proudových vstupů ío 4 až 20 mA a osmi pulsně-binamích PV vstupů, sériové rozhranní RS485 a dva spínací kontakty relé. Speciální přípojné desky obsahují ještě vstupy pro čtyřvodíčové připojení čidel 9 krátkovlnné složky globálního slunečního záření ve spektrální oblasti 200 až 2800 nm a čidel 10 odražené krátkovlnné složky globálního slunečního záření ve spektrální oblasti 300 až 2800 nm, dále sériové rozhraní SDI-12 a napěťové vstupy. Díky zabudovanému rozhraní RS485 lze počty vstupů i výstupů značně rozšířit a realizovat tak i velké měřicí sestavy. Maximálně lze pres rozhraní RS485 k jedné jednotce 7 připojit dva vstupně výstupní binární moduly DV a 16 výstupních modulů MAV420/DIN s galvanicky odděleným proudovým výstupem 4 až 20 mA. Celá elektronická Část jednotky 7 včetně vstupně-výstupních obvodů i GSM/GPRS modulu je uzavřena v kompaktním kovovém odlitku, který zvyšuje odolnost jednotky 7 proti vnějším ?o nepříznivým klimatickým i elektromagnetickým vlivům. Tento kompakt je uzavřen v robustní plastové skříni s krytím IP66 spolu s napájecím akumulátorem a přípojnou deskou. Uvnitř skříně může být osazeno i čidlo 19 atmosférického tlaku, jehož hodnoty mohou být rovněž přenášeny na centrální server 21 spolu s ostatními naměřenými hodnotami. Programové řízení spotřeby připojených snímačů i vestavěného GSM modemu a nízká vlastní spotřeba jednotky 2 založená na moderním RISC procesoru a 3,3V logice umožňují nasadit jednotku 7 i do míst bez síťového napájení. Jednotka je vybavena malým solárním panelem tvořícím nezávislý zdroj energie 8 a je zcela energeticky autonomní.The automatic recording and control unit 7 includes a universal data logger, a telemetry station with a built-in GSM / GPRS module, and a programmable controller. The unit is equipped with user-friendly software, hardware is fashionable and highly resistant to adverse conditions. 32 dynamic recording channels are available for measuring and archiving all parameters. Unit 7 can monitor up to 40 binary channels. One text channel records all incidents including incoming and outgoing SMS, power outages, etc. The total recording capacity of unit 7 is greater than 400,000 values and therefore only a few years of operation will occur to fill the memory and then rewrite the oldest measured data. The DPD base board includes six current input terminals up to 4 to 20 mA and eight pulse-bin PV inputs, a RS485 serial interface, and two relay contact contacts. The special connection boards also contain inputs for the four-wire connection of the short-wave sensors 9 of the global solar radiation in the spectral range of 200 to 2800 nm and the sensors 10 of the reflected short-wave component of the global solar radiation in the spectral range of 300 to 2800 nm, as well as the serial interface SDI-12 and voltage inputs. Thanks to the built-in RS485 interface, the number of inputs and outputs can be greatly expanded and large measurement assemblies can be realized. It is possible to connect two DV input / output binary modules and 16 MAV420 / DIN output modules with galvanically isolated 4 to 20 mA current output via one RS485 interface to the maximum unit. The entire electronic part of the unit 7 including the I / O circuits and the GSM / GPRS module is enclosed in a compact metal casting which increases the resistance of the unit 7 to external adverse climatic and electromagnetic influences. This compact is enclosed in a rugged plastic housing with IP66 protection, along with a battery pack and connection plate. A sensor 19 of atmospheric pressure may also be provided within the housing, the values of which may also be transmitted to the central server 21 together with other measured values. Program power management of connected sensors and built-in GSM modem and low self-consumption of unit 2 based on modern RISC processor and 3.3V logic allow the unit 7 to be deployed in locations without power supply. The unit is equipped with a small solar panel forming an independent power source 8 and is completely energy autonomous.

Z blokového schématu na obr. 3 je zřejmé, jakým způsobem se naměřené a vypočítané hodnoty 23 ze stanic 6 v měřené oblasti 24 ohraničené rámcem 25 měřené oblasti 24 přenášejí na centrální server 21, kde se zpracovávají, a kde k nim mají přístup jednotlivé uživatelské stanice 22. Elektronická data takto získaná z měřicích stanic 6 lze porovnávat a zpracovávat současně s elektronickými daty plošné teplotní mapy 2 vytvořené na základě digitalizovaných vizuálních snímků z prostředku f DPZ.It is clear from the flowchart in FIG. 3 how the measured and calculated values 23 from the stations 6 in the measured area 24 delimited by the frame 25 of the measured area 24 are transmitted to the central server 21 where they are processed and where individual user stations access them. 22. The electronic data thus obtained from the measuring stations 6 can be compared and processed simultaneously with the electronic data of the surface temperature map 2 created on the basis of digitized visual images from the remote sensing means f.

Plošná teplotní mapa 2 udává jednak stav zkoumaného biotopu z hlediska vegetačního pokryvu a rozmístění živých i neživých objektů, a jednak popisuje vnější projev lokality, který vyplývá z jejího aktuálního fyzikálního stavu (teplota, vlhkost, dopadající přímá a difusní radiace, směr a rychlost větru, hladina spodní vody atd.). Na základě naměřených a vypočítaných hodnot 23, získaných na kalibračních pozemních měřicích stanicích 6, plošné teplotní mapy 2 a znalosti vegetačního pokryvu měřené oblasti 24 lze kvalifikovaně odhadnout a kvantifikovat fyzikální pochody na ostatních místech měřené oblasti 24. Kalibrační pozemní měřicí stanice 6 se proto umisťují do charakteristických biotopů v měřené oblasti 24 a slouží pro pochopení probíhajících fyzikálních a biologických jevů, jejich interpretaci a predikci odezvy na vnější zásah do biotopu.The surface temperature map 2 indicates the state of the examined habitat in terms of vegetation cover and distribution of living and inanimate objects, and also describes the external appearance of the site, which results from its current physical state (temperature, humidity, incident direct and diffuse radiation, wind direction and speed, groundwater level, etc.). Based on the measured and calculated values 23 obtained at the calibration ground measuring stations 6, the surface temperature map 2 and the knowledge of the vegetation cover of the measured area 24, the physical processes at the other locations of the measured area 24 can be qualified and quantified. characteristic habitats in the measured area 24 and serve to understand ongoing physical and biological phenomena, their interpretation and prediction of response to external habitat intervention.

Prostředek 1 DPZ je nevyztužená vzducholoď patřící obecně do kategorie tzv. BLIMP. Balón se skládá z vnitřní duše (speciální sendvičová fólie) bránící úniku hélia a z vrchního pláště (textilie1 Remote sensing means is a non-reinforced airship generally belonging to the so-called BLIMP category. The balloon consists of an inner tube (a special sandwich foil) to prevent leakage of helium and the upper shell (fabric

SKYTEX), který drží pri dostatečném přetlaku tvar. Vzducholoď je osazena dvěma výškovými stabilizačními plochami s ovladatelnými klapkami a jednou směrovou stabilizační plochou s klapkou a směrovými motory. Směrové motory se používají zpravidla pri vzletu a přistání pri nízké rychlosti vzducholodě, kdy účinnost klapek klesá. Vlastní pohon vzducholodě je realizován dvěma motory umístěnými v gondole zavěšené blízko těžiště pod balónem. Motory jsou otočné kolem příčné osy „pitch“ v rozmezí +/-90° od svislé osy. Při letu motory směřují dopředu kdežto při vzletu jsou natočeny směrem nahoru. Během přistání se osa motorů řídí podle potřeby prováděného přistávacího manévru. Tato konfigurace umožňuje kolmý vzlet i v omezeném prostoru. Samotná vzducholoď je vyvážená vždy tak, aby byla těžší než vzduch. V případě jakého-4 CZ 22671 Ul koliv výpadku vzducholoď začne zvolna klesat k zemi. Vzlet je řízen manuálně přes RC soupravu (2,4 GHz), kdy po vystoupání do bezpečné výšky dochází k přepnutí na autonomní režim řízení přes PC. Komunikace je zajištěna průmyslovými radiomodemy. Vzdueholod1 je napájená z LiFe baterií. Je vybavena výkonnými DC-AC a DC-DC měniči. Dále je vybavena inerciální navigační jednotkou s GPS přijímačem. Mezi další vybavení patří měření výšky, otáček motorů, napětí napájení, snímání protékajícího proudu a stav kapacity baterií. Veškerá data jsou přenášena v reálném čase na operátorské stanoviště. Součástí vzducholodě je stabilizovaná plošina 3 s kardanovým závěsem, směřující kolmo k zemskému povrchu 26, nesoucí termovizní kameru 4 a fotoaparát 5 pro sekvenční snímání. Díky inerciální navigační jednotce s GPS přijímačem a to sofistikovanému řídicímu programu je vzducholoď schopna letět po předem naprogramované draze v předepsané výšce. Řídicí software synchronně spouští zařízení 4, 5 pro snímkování zemského povrchu, tvořené fotoaparátem a kamerou, v závislosti na změně trajektorie vzducholodi, což umožňuje využít toto zařízení k tvorbě mapových podkladů.SKYTEX), which keeps its shape when the pressure is high. The airship is equipped with two height stabilizing surfaces with controllable flaps and one directional stabilizing surface with flap and directional motors. Directional engines are typically used for take-off and landing at low airship speeds, with damper efficiency dropping. The propulsion of the airship is realized by two engines placed in a gondola suspended from the center of gravity under the balloon. The motors are rotatable about the pitch axis within +/- 90 ° of the vertical axis. When flying, the engines are facing forwards while they are facing upward during takeoff. During landing, the motor axis is driven as needed for the landing maneuver being performed. This configuration allows for a perpendicular take-off even in confined spaces. The airship itself is always balanced so that it is heavier than air. If the airship fails, the airship starts to descend slowly. The take-off is controlled manually via the RC set (2.4 GHz), when after climbing to a safe height, it switches to autonomous control mode via PC. Communication is provided by industrial radio modems. The air 1 is powered by LiFe batteries. It is equipped with powerful DC-AC and DC-DC converters. It is also equipped with an inertial navigation unit with a GPS receiver. Other features include altitude measurement, engine speed, power voltage, current sensing, and battery capacity. All data is transmitted in real time to the operator's station. A part of the airship is a stabilized platform 3 with a gimbal suspension, perpendicular to the ground surface 26, carrying a thermal camera 4 and a camera 5 for sequential shooting. Thanks to an inertial navigation unit with a GPS receiver and a sophisticated control program, the airship is able to fly at pre-programmed cost at the prescribed altitude. The control software triggers the ground-based imaging device 4, 5, formed by the camera and the camera, depending on the variation of the airship trajectory, which allows the device to be used to produce map data.

Průmyslová využitelnostIndustrial usability

Soustavu prostředků podle technického řešení lze využít ke zjišťování a k měření energetických toků v přízemních vrstvách atmosféry ve sledovaném biotopu, a k porovnání mezi sebou ploch s různým stupněm a typem vegetace a poměry v urbanizované krajině. Na základě měření lze predikovat energetické (klimatologické) odezvy na zásahy člověka. Zařízení je vhodné pro archivaci okamžitého stavu biotopu a pro sledování jeho vývoje v časové řadě.The system of means according to the technical solution can be used for the determination and measurement of energy flows in the ground layers of the atmosphere in the monitored habitat, and for comparison of areas with different degree and type of vegetation and conditions in the urbanized landscape. Based on measurements, energy (climatological) responses to human intervention can be predicted. The device is suitable for archiving the current habitat status and for monitoring its development in a time series.

Claims (26)

20 NÁROKY NA OCHRANU20 PROTECTION REQUIREMENTS 1. Soustava prostředků pro zjišťování energetických toků v přízemní vrstvě atmosféry, zahrnující digitalizované vizuální snímky z alespoň jednoho prostředku (1) dálkového průzkumu Země (DPZ) opatřeného alespoň jedním zařízením (4, 5) pro snímkování zemského povrchu (26) v měřené oblasti (24) v infračervené části spektra, vyznačující se tím, že prostředekAn array of means for detecting energy flows in a ground-level atmosphere layer, comprising digitized visual images from at least one remote sensing means (1) provided with at least one earth surface scanning device (4, 5) in a measured area (26). (24) in the infrared portion of the spectrum, characterized in that the device is a 25 (1) DPZ je tvořen vzducholodí opatřenou avionikou pro řízení pohybu prostředku (1) po předem naprogramované dráze v požadované výšce nad měřenou oblastí (24) a stabilizovanou plošinou (3) nosiče zařízení (4, 5) pro snímkování zemského povrchu (26), a soustava dále zahrnuje elektronická data plošné teplotní mapy (2) zahrnující digitalizované vizuální snímky z prostředku (1) DPZ a elektronická data z alespoň dvou kalibračních pozemních měřicích stanic (6), umístěných(1) The remote sensing plate is formed by an airship provided with avionics for controlling the movement of the device (1) along a pre-programmed path at a desired height above the measured area (24) and a stabilized platform (3) of the carrier (4). and the system further comprising electronic surface temperature map data (2) comprising digitized visual images from the remote sensing means (1) and electronic data from at least two calibration ground measuring stations (6) located 30 v měřené oblasti (24) a opatřených alespoň jedním prostředkem pro měření energetického toku.30 in the measurement area (24) and provided with at least one energy flow measuring means. 2. Soustava podle nároku 1, vyznačující se tím, že kalibrační pozemní měřicí stanice (6) jsou opatřeny telekomunikačním zařízením pro přenos elektronických dat ze stanic (6) na vzdálený centrální server (21) pro on-line zpracování alespoň jednou uživatelskou stanicí (22) připojenou k serveru (21).System according to claim 1, characterized in that the ground calibration stations (6) are provided with a telecommunications device for transmitting electronic data from the stations (6) to the remote central server (21) for on-line processing by at least one user station (22). ) connected to the server (21). 35 3. Soustava podle nároku 2, vyznačující se tím, že telekomunikační zařízení tvoří vestavný GSM/GPRS modul.The system of claim 2, wherein the telecommunications device comprises a built-in GSM / GPRS module. 4. Soustava podle alespoň jednoho z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že kalibrační pozemní měřicí stanice (6) je opatřena nezávislým zdrojem (8) energie, automatickou záznamovou a řídicí jednotkou (7), čidlem (9) dopadající krátkovlnné složky globálního sluneční40 ho záření ve spektrální oblasti 200 až 2800 nm, a čidlem (10) odražené krátkovlnné složky globálního slunečního záření ve spektrální oblastí 200 až 2800 nm.System according to at least one of Claims 1 to 3, characterized in that the ground calibration station (6) is provided with an independent energy source (8), an automatic recording and control unit (7), a sensor (9) of the incident shortwave global component. solar radiation in the spectral range 200 to 2800 nm, and by the sensor (10) reflected shortwave components of global solar radiation in the spectral range 200 to 2800 nm. 5. Soustava podle nároku 4, vyznačující se tím, že kalibrační pozemní měřicí stanice (6) je opatřena senzorem (11) energetického toku mezi čidlem (9) a oblohou ve spektrální oblasti 3500 až 45000 nm, senzorem (12) energetického toku mezi čidlem (10) a zemským po45 vrchem (26) vc spektrální oblasti 3500 až 45000 nm, a čidlem (13) teploty těles senzorů (11. 12).System according to claim 4, characterized in that the ground calibration station (6) is provided with an energy flow sensor (11) between the sensor (9) and the sky in the spectral range 3500 to 45000 nm, an energy flow sensor (12) between the sensor. (10) and a terrestrial peak (26) in the spectral range 3500 to 45000 nm, and a sensor (13) for the temperature of the sensor bodies (11.12). -5CZ 22671 Ul-5GB 22671 Ul 6. Soustava podle nároku 5, vyznačující se tím, že kalibrační pozemní měřicí stanice (6) je dále opatřena Čidlem (14) teploty a relativní vlhkosti nad úrovní porostu na zemském povrchu(26), čidlem (15) rychlosti a směru větru, čidlem (16) teploty a relativní vlhkosti na úrovni porostu na zemském povrchu (26), čidlem (17) teploty půdního profilu, čidlem (18) úhrnuSystem according to claim 5, characterized in that the ground calibration station (6) is further provided with a temperature and relative humidity sensor (14) above the level of vegetation on the ground surface (26), a wind speed and direction sensor (15), (16) temperature and relative humidity at stand surface level (26), soil profile temperature sensor (17), total sensor (18) 5 srážek a čidlem (20) objemové vlhkosti půdy v měřené oblasti (24).5 rainfall and a soil moisture sensor (20) in the measured area (24). 3 výkresy lo3 drawings lo Přehled vztahových značek použitých na výkresech:Overview of reference numerals used in the drawings: 1 - prostředek dálkového průzkumu Země (DPZ)1 - remote sensing 2 - plošná teplotní mapa2 - area temperature map 3 - stabilizovaná plošina nosiče snímkovacího zařízení3 - stabilized platform of imaging device carrier 4 - zařízení pro snímkování zemského povrchu4 - Earth surface imaging equipment 5 - zařízení pro snímkováni zemského povrchu5 - Earth surface imaging device 6 - kalibrační pozemní měřicí stanice6 - ground calibration station 7 - automatická záznamová a řídicí jednotka zahrnující datalogger, telemetrickou stanici s vestavným GSM/GPRS modulem, a programovatelný řídicí automat7 - automatic recording and control unit including data logger, telemetry station with built-in GSM / GPRS module, and programmable control unit 8 - nezávislý zdroj energie8 - independent power source 9 - čidlo dopadající krátkovlnné složky globálního slunečního záření ve spektrální oblasti 200 až 2800 nm9 - the sensor of the incident short-wave component of global solar radiation in the spectral range 200 to 2800 nm 10 - Čidlo dopadající krátkovlnné složky globálního slunečního záření ve spektrální oblasti 200 až 2800 nm10 - Sensor of incident shortwave component of global solar radiation in the spectral range 200 to 2800 nm 11 - senzor energetického toku mezi čidlem a oblohou ve spektrální oblasti 3500 až 45000 nm11 - energy flow sensor between the sensor and the sky in the spectral range 3500 to 45000 nm 12 - senzor energetického toku mezi čidlem a zemským povrchem ve spektrální oblasti 3500 až12 - energy flow sensor between the sensor and the earth's surface in the spectral range 3500 to 45000 nm45000 nm 13 - čidlo teploty těla senzorů 11, 1213 - sensor body temperature sensor 11, 12 14 - čidlo teploty a relativní vlhkosti vzduchu nad úrovní porostu14 - temperature and relative humidity sensor above stand level 15 - čidlo rychlosti a směru větru15 - wind speed and direction sensor 16 - čidlo teploty a relativní vlhkosti vzduchu na úrovní porostu16 - temperature and relative humidity sensor at the stand level 17 - Čidlo teploty půdního profilu17 - Soil profile temperature sensor 18 - Čidlo úhrnu srážek18 - Rainfall total sensor 19 - čidlo atmosférického tlaku, umístěné v jednotce 719 - atmospheric pressure sensor located in the unit 7 20 - čidlo objemové vlhkosti půdy20 - soil moisture sensor 21 - centrální server21 - central server 22 - uživatelská stanice22 - user station 23 - naměřené a vypočítané hodnoty23 - measured and calculated values 24 - měřená oblast24 - measured area 25 - rámec měřené oblasti25 - Measured area frame 26 - zemský povrch.26 - Earth's surface.
CZ201124229U 2011-04-19 2011-04-19 System of means for determining energy flows in atmosphere ground layer CZ22671U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ201124229U CZ22671U1 (en) 2011-04-19 2011-04-19 System of means for determining energy flows in atmosphere ground layer

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ201124229U CZ22671U1 (en) 2011-04-19 2011-04-19 System of means for determining energy flows in atmosphere ground layer

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CZ22671U1 true CZ22671U1 (en) 2011-09-12

Family

ID=44645965

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CZ201124229U CZ22671U1 (en) 2011-04-19 2011-04-19 System of means for determining energy flows in atmosphere ground layer

Country Status (1)

Country Link
CZ (1) CZ22671U1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2741264B1 (en) Forest sensor deployment and monitoring system
US9251698B2 (en) Forest sensor deployment and monitoring system
Elsberry et al. Tropical cyclone structure (TCS08) field experiment science basis, observational platforms, and strategy
Whiteman et al. METCRAX 2006: Meteorological experiments in arizona's meteor crater
Webster et al. Influence of canopy shading and snow coverage on effective albedo in a snow-dominated evergreen needleleaf forest
JP2015531228A (en) Forest management system
JP2015531228A5 (en)
Esposito et al. The DREAMS experiment onboard the Schiaparelli module of the ExoMars 2016 mission: design, performances and expected results
Martin et al. Observing entrainment processes using a small unmanned aerial vehicle: A feasibility study
Hasager Offshore winds mapped from satellite remote sensing
CN112925044A (en) Near space cooperative observation system and method based on multiple aerostats
Smith et al. Linking boundary-layer circulations and surface processes during FIFE 89. Part I: Observational analysis
EP3843291A1 (en) System, control device, and module
Harri et al. Meteorological observations on Martian surface: met-packages of Mars-96 Small Stations and Penetrators
CZ2011226A3 (en) Method of determining energy flows in atmosphere ground layer and system for making the method
Sen et al. Aquarius/SAC-D mission overview
CZ22671U1 (en) System of means for determining energy flows in atmosphere ground layer
Shukla et al. An ocean CAL-VAL site at Kavaratti in Lakshadweep for vicarious calibration of OCM-2 and validation of geophysical products—development and operationalization
Aboubakr et al. Environmental monitoring system by using unmanned aerial vehicle
Jimenez-Berni et al. Energy balance determination of crop evapotranspiration using a wireless sensor network
Sikand et al. Optical properties of mixed phase boundary layer clouds observed from a tethered balloon platform in the Arctic
Nambiar et al. A Tethered and Navigated Air Blimp (TANAB) for observing the microclimate over a complex terrain
Kuzmin et al. An Instrument Platform for Above-Water Measurements of the Ocean’s Surface and Atmosphere
Maeng et al. Enhancing Stratospheric Weather Analyses and Forecasts by Deploying Sensors from a Weather Balloon
Silwal et al. A Model of Cube-Sat

Legal Events

Date Code Title Description
FG1K Utility model registered

Effective date: 20110912

MK1K Utility model expired

Effective date: 20150419