DE19950676A1

DE19950676A1 - Method for graphical representation of chronological path of solar radiation at specific location, e.g. house, based on graph of angle of incidence of suns rays

Info

Publication number: DE19950676A1
Application number: DE1999150676
Authority: DE
Inventors: Uwe Siedentopf
Original assignee: Individual
Current assignee: Siedentopf Uwe Ruswil Ch
Priority date: 1999-10-21
Filing date: 1999-10-21
Publication date: 2001-04-26

Abstract

A wide angle camera photographs the area facing and surrounding the specific location. The vertical and horizontal angles of view and the camera optical axis are measured and recorded. The geographical position of the location is determined. From these the suns path for a particular date can be calculated. Superimposing a graph on the photograph, the vertical axis giving the angle of incidence of the suns rays and the horizontal axis the azimuth of the points of the compass and the time, enables lines to be drawn for a particular day indicating the exposure of the location to the suns rays

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur graphischen Dar stellung des zeitlichen Verlaufs der Sonneneinstrahlung an einem bestimmten Ort und zu einer bestimmten Zeit.The invention relates to a method for graphical Dar position of the time course of the solar radiation a specific place and time.

Bei der Planung des Baus, des Kaufs oder des Mietens einer Immobilie und insbesondere bei der Aufstellung und Ausrich tung von Solaranlagen besteht das Bedürfnis, eine genaue Information über die Sonneneinstrahlung zu erhalten, die an dem jeweiligen Ort der Immobilie zu unterschiedlichen Tages- und Jahreszeiten zu erwarten ist. Hierbei genügt es im allgemeinen nicht, sich über die Himmelsrichtungen zu informieren, aus der die Sonneneinstrahlung kommt, da Abschattungen durch benachbarte Bäume oder Gebäude oder in Gebirgslandschaften durch Berge die Sonneneinstrahlung erheblich beeinflussen können. Es ist daher in vielen Fäl len nicht so leicht möglich, sich ein zutreffendes Bild von der tatsächlichen Sonneneinstrahlung zu machen.When planning to build, buy, or rent one Real estate and especially in the installation and alignment tation of solar systems there is a need for an exact To get information about the sun exposure the respective location of the property to different Times of day and seasons are expected. It is enough here in general not to look over the cardinal directions inform from where the sun comes from Shading through neighboring trees or buildings or in Mountain landscapes through mountains the sun exposure can significantly influence. It is therefore in many cases len not so easily possible to get an accurate picture of the actual sun exposure.

Aufgabe der Erfindung ist es, hier Abhilfe zu schaffen und ein Verfahren anzugeben, mit dem es auf einfache Weise mög lich ist, die an einem bestimmten Ort und zu bestimmten Zeiten zu erwartende Sonneneinstrahlung in Form einer gra phischen Darstellung anschaulich zu machen. The object of the invention is to remedy this and to specify a method with which it is possible in a simple manner is that in a certain place and to certain Expected solar radiation in the form of a gra make the phic representation clear.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gelöst, bei dem die auf der der Sonne zugewandten Seite eines bestimmten Ortes befindliche Umgebung mit Hilfe einer Kamera von dem Ort aus aufgenommen und als Abbildung wie dergegeben wird, bei der Aufnahme der vertikale und hori zontale Aufnahmewinkel und der Azimut der Aufnahmerichtung gemessen und festgehalten wird, die geographische Lage des Ortes bestimmt und für diese Ortslage die Sonnenbahn am Himmel für einen bestimmten Kalendertag errechnet wird und die errechnete Sonnenbahn als sichtbare Linie oder dergl. entsprechend der gemessenen Aufnahmedaten in die Abbildung eingetragen wird.According to the invention, the object is achieved by a method solved, in which the side facing the sun environment of a certain place with the help of a Camera taken from the location and as an illustration like is given when shooting the vertical and hori zonal view angles and the azimuth of the view direction is measured and recorded, the geographical location of the Determines the location and for this location the Sonnenbahn on Sky is calculated for a specific calendar day and the calculated sun orbit as a visible line or the like. according to the measured exposure data in the figure is entered.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht auf einfache Weise die Herstellung einer graphischen Darstellung, aus der sehr anschaulich und leicht verständlich die Sonnenein strahlung zu unterschiedlichen Tages- und Jahreszeiten zu ersehen ist. Insbesondere können auch stundenweise Abschat tungen sowie Sonnenauf- und Sonnenuntergang in Abhängigkeit von dem Gelände oder der Bebauung in der Umgebung des Auf nahmeortes nach Tages- und Jahreszeit erkannt werden.The method according to the invention enables simple Show how to make a graph which is very vivid and easy to understand the sunshine radiation at different times of the day and seasons is seen. In particular, hourly discounts can also be made as well as sunrise and sunset depending of the site or buildings in the vicinity of the Auf location can be recognized by day and time of year.

Um die Umgebung des Ortes möglichst weitreichend zu erfas sen, sollte das Aufnahmeobjektiv einen großen Aufnahmewin kel haben und dabei möglichst verzeichnungsfrei abbilden. Restliche Verzeichnung kann bei Bedarf mit elektronischen Verfahren zur Bildbearbeitung korrigiert werden. Reicht der Aufnahmewinkel nicht aus, so können mehrere Einzelaufnahmen zu einem Panorama verbunden werden. Da bei der Aufnahme die Horizontale in der Regel nicht die Winkelhalbierende des vertikalen Aufnahmewinkels ist, kommt es in der Abbildung zu sogenannten stürzenden Linien, die vor dem Verbinden der Abbildung mit dem errechneten Verlauf der Sonnenbahn korri giert werden müssen. Diese Korrektur kann in bekannter Weise mittels Shiftobjektiven oder durch Scheimpflug-Aus gleich erfolgen. Eine Korrektur ist auch, insbesondere wenn es sich um eine elektronisch aufgenommene, digital aufge zeichnete Aufnahme handelt, durch Bearbeiten der Aufnahme mit einem Graphikprogramm in einem Computer möglich.To capture the surroundings of the place as far as possible sen, the taking lens should win a large kel and map as distortion-free as possible. Remaining distortion can be done with electronic if necessary Processes for image processing are corrected. Is that enough Angle of view not out, so multiple single shots be connected to a panorama. Because when recording the Horizontal generally not the bisector of the angle vertical shooting angle, it comes in the picture to so-called falling lines that appear before connecting the Corri figure with the calculated course of the sun must be greeded. This correction can be done in known Way using shift lenses or by Scheimpflug off done immediately. A correction is also, especially if it is an electronically recorded, digitally recorded recorded recording is by editing the recording possible with a graphics program in a computer.

Zur genauen Bestimmung der Himmelsrichtung bzw. des Azimuts der Aufnahmerichtung ist ein Kompass wegen der Möglichkeit der Mißweisung nur beschränkt einsetzbar. Erfindungsgemäß kann hierzu ein Satellitennavigationssystem, z. B. DGPS (Differential Global Position System) oder GPS verwendet werden, indem zunächst die geographische Position des Auf nahmeorts und die geographische Position einer vom Aufnah meort entfernten Peilmarke, die in der Aufnahme abgebildet wird, bestimmt wird und dann aus den beiden Positionen die genaue Aufnahmerichtung errechnet wird. Stehen Katasterkar ten und entsprechende Orientierungspunkte im Gelände zur Verfügung, so kann damit die Himmelsrichtung bzw. der Azi mut der Aufnahmerichtung bestimmt werden.For the exact determination of the cardinal direction or the azimuth the shooting direction is a compass because of the possibility the refusal can only be used to a limited extent. According to the invention can this a satellite navigation system, for. B. DGPS (Differential Global Position System) or GPS used first by the geographical position of the up location and the geographical position of one of the photo Most distant bearing mark shown in the picture is determined, and then from the two positions exact recording direction is calculated. Stand cadastral and corresponding landmarks in the area The direction of the compass or the azi be determined by the direction of exposure.

Die Aufnahme der Umgebung des Ortes kann mit jedem geeigne ten Bildaufzeichnungsverfahren, z. B. durch Fotografie oder elektronische Bildaufzeichnung erfolgen. Bei Verwendung einer Kamera zur elektronischen Bildaufzeichnung ist von Vorteil, daß die Bilddaten unmittelbar per Computer bear beitet und mit einer Darstellung der Sonnenbahn verbunden werden können. Die aufgenommene Abbildung kann mit der integrierten Sonnenbahn auch auf einem Bildschirm gezeigt werden, wobei gegebenenfalls durch Änderung der Zeitangaben für die Berechnung der Sonnenbahn nacheinander die Sonnen bahnen zu verschiedenen Jahreszeiten dargestellt werden können.The inclusion of the surroundings of the place can be used with anyone th image recording method, e.g. B. by photography or electronic image recording. Using a camera for electronic image recording is from Advantage that the image data bear directly by computer processed and connected with a representation of the sun path can be. The picture can be taken with the integrated sun track also shown on a screen be, if necessary by changing the times for the calculation of the solar path the suns one after the other tracks are shown in different seasons can.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Beispielen näher erläutert, die in der Zeichnung dargestellt sind. Es zeigenThe invention is illustrated below with the aid of examples explained, which are shown in the drawing. Show it

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Aufnahmesitua tion von oben, Fig. 1 is a schematic representation of the recording situa tion from above,

Fig. 2 eine schematische Darstellung der Aufnahmesitua tion von der Seite, Fig. 2 is a schematic representation of the recording situa tion from the side,

Fig. 3 eine Darstellung der Sonneneinstrahlung an einem ersten Ort, Fig. 3 is an illustration of the solar radiation at a first location,

Fig. 4 eine Darstellung der Sonneneinstrahlung an einem zweiten Ort und Fig. 4 is an illustration of solar radiation at a second location and

Fig. 5 eine Darstellung der Sonneneinstrahlung an einem dritten Ort. Fig. 5 shows the solar radiation at a third location.

In den Fig. 1 und 2 ist das Vorgehen zur Anfertigung einer für das erfindungsgemäße Verfahren geeigneten Auf nahme der Umgebung veranschaulicht, die sich auf der der Sonne zugewandten Seite des Ortes befindet, für den die Sonneneinstrahlung dargestellt werden soll. Eine Kamera 1 wird an dem in Frage kommenden Ort aufgestellt und anhand ggfs. vorliegender Informationen so gut wie möglich mit ihrer optischen Achse 2 in die Richtung ausgerichtet, aus der mit Sonneneinstrahlung zu rechnen ist. Um die gewählte Ausrichtung der Kamera später genau bestimmen zu können, wird, wenn keine anderen Orientierungsmittel zur Verfügung stehen, von der Kamera aus eine Peilmarke 3 angepeilt, die sich in dem von der Kamera abgebildeten Bereich befindet, und der Winkel W zwischen der optischen Achse und der Peil richtung gemessen und aufgezeichnet. Weiterhin wird der geographische Ort, an dem sich die Kamera 1 befindet mit tels Satellitennavigationssystem oder anderer Hilfsmittel bestimmt. Um auch in vertikaler Richtung einen ausreichend großen Bildausschnitt zu erhalten, wird die optische Achse der Kamera zur Horizontebene H soweit geneigt, daß der untere Schenkel des vertikalen Aufnahmewinkels nur etwa 10° unter der Horizontebene H liegt. Der für die Aufnahme gewählte Neigungswinkel V zwischen der optischen Achse 2 der Horizontebene H wird ebenfalls gemessen. Für die Aus wertung der Aufnahme wesentlich sind weiterhin der horizon tale Aufnahmewinkel Ah und vertikale Aufnahmewinkel Av, die durch das Objektiv der Kamera festgelegt sind.In Figs. 1 and 2, the process is for making a suitable for the present process on the environment acquisition illustrated, which is located on the side facing the sun side of the place to be displayed for the sunlight. A camera 1 is set up at the location in question and, based on any information that may be present, is aligned as well as possible with its optical axis 2 in the direction from which solar radiation is to be expected. In order to be able to precisely determine the selected orientation of the camera later, if no other orientation means are available, a direction finder 3 is located from the camera, which is located in the area imaged by the camera, and the angle W between the optical axis and the bearing direction measured and recorded. Furthermore, the geographical location at which the camera 1 is located is determined by means of a satellite navigation system or other aids. In order to obtain a sufficiently large image section even in the vertical direction, the optical axis of the camera is inclined to the horizon plane H to such an extent that the lower leg of the vertical recording angle is only about 10 ° below the horizon plane H. The angle of inclination V selected for the recording between the optical axis 2 of the horizon plane H is also measured. For the evaluation of the recording, the horizontal recording angle Ah and vertical recording angle Av, which are determined by the lens of the camera, are also essential.

Für die Bestimmung des Azimuts A der Aufnahmerichtung wird weiterhin die geographische Position der Peilmarke 3 ermit telt. Aus dieser Position und der Position der Kamera 1 läßt sich der Azimut Ap der Peilrichtung P und mit Hilfe des Winkels W der Azimut A der Aufnahmerichtung berechnen.For the determination of the azimuth A of the recording direction, the geographical position of the bearing mark 3 is determined. From this position and the position of the camera 1 , the azimuth Ap of the bearing direction P and, with the aid of the angle W, the azimuth A of the recording direction can be calculated.

Die auf die beschriebene Weise gewonnene fotografische Abbildung wird dann in einem nächsten Schritt mit Hilfe der bei der Aufnahme gemessenen Winkel in Bezug auf Himmels richtung und Horizont vermessen und mit Maßstäben für die Himmelsrichtung, die Uhrzeit und den Sonneneinfallswinkel versehen. Danach wird die von dem Aufnahmeort aus sichtbare Sonnenbahn für einen oder mehrere aussagekräftige Kalender tage berechnet und winkelgetreu in die Abbildung übertra gen. Aus der auf diese Weise gewonnenen Darstellung ist auf einen Blick zu ersehen, in welchem räumlichen und zeitli chen Umfang der Aufnahmeort direkter Sonneneinstrahlung ausgesetzt ist.The photographic obtained in the manner described The next step is to use the angles measured in relation to sky when shooting Direction and horizon measured and with standards for the Direction, the time and the angle of the sun Mistake. Then the one visible from the location Sun track for one or more meaningful calendars days calculated and transferred to the figure according to the angle From the representation obtained in this way is up to see a glance in which spatial and temporal Chen extent of the location of direct sunlight is exposed.

In den Fig. 3 bis 5 sind drei unterschiedliche Beispiele von nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gewonnenen Dar stellungen gezeigt. Bei dem Beispiel gemäß Fig. 3 befindet sich der Aufnahmeort im Zimmer eines Wohnhauses. Hier sollte gezeigt werden, zu welcher Jahres- und Tageszeit der Wohnraum direkt von der Sonne angestrahlt wird. In die durch das Wohnraumfenster in Südrichtung fotografierte Abbildung sind die für den Aufnahmeort und zwei auseinan derliegende Kalendertage berechneten Sonnenbahnen als schwarze gekrümmte Linien eingetragen. Die Zahlen am linken Bildrand und die dazugehörigen horizontalen Linien bezeich nen den Einfallswinkel der Sonne. Der Maßstab am unteren Bildrand bezeichnet den Azimut der Himmelsrichtung und die Uhrzeit. Die obere Linie entspricht der Sonnenbahn am 1.05.1999. An diesem Tag ist Sonne vom Aufnahmeort aus etwa zwischen 10 Uhr und 16.30 Uhr zu sehen. Die untere Linie zeigt den Lauf der Sonne am 24.12.1999. An diesem Tag wird die Sonne so tief stehen, dag sie permanent von den gegen überliegenden Häusern verdeckt ist. In den Monaten Dezember und Januar dürfte der Wohnraum also praktisch kein direktes Sonnenlicht erhalten.In FIGS. 3 to 5 three different examples are shown of positions obtained by the inventive process Dar. In the example according to FIG. 3, the recording location is in the room of a residential building. Here it should be shown at which time of the year and day the living room is directly illuminated by the sun. In the image photographed through the living room window in the south direction, the sun tracks calculated for the location and two calendar days apart are entered as curved black lines. The numbers on the left edge of the picture and the associated horizontal lines indicate the angle of incidence of the sun. The scale at the bottom of the picture indicates the azimuth of the cardinal point and the time. The upper line corresponds to the Sonnenbahn on May 1st, 1999. On this day, the sun can be seen from the location around 10 a.m. to 4.30 p.m. The lower line shows the course of the sun on December 24, 1999. On this day the sun will be so low that it is permanently covered by the houses opposite. In the months of December and January, the living space should therefore receive practically no direct sunlight.

Fig. 4 zeigt eine Darstellung eines anderen Anwendungsbei spiels. Der Azimut der Aufnahmerichtung beträgt hierbei 255°, die Aufnahme zeigt also den Blick durch Fenster auf der Westseite eines Gebäudes. Die Sonnenbahn wurde hier für den 20.06.1999 (obere Linie) und den 1.02.1999 (untere Linie) errechnet. Es zeigt sich, daß bis zum 1.02. die Sonne praktisch nicht zu sehen ist und danach allmählich zunehmend nur in den späten Nachmittag- und Abendstunden. Fig. 4 shows an illustration of another application game. The azimuth of the shooting direction is 255 °, so the shot shows a view through a window on the west side of a building. The sun orbit was calculated here for 06/20/1999 (top line) and 01/02/1999 (bottom line). It turns out that until 1.02. the sun is practically invisible and gradually increases only in the late afternoon and evening.

Fig. 5 zeigt die Verhältnisse für einen Aufnahmeort in einer Straßenflucht. Die eingezeichnete Sonnenbahn wurde für den 1.05.1999 berechnet. An diesem Tag ist der Aufnah meort dieser Abbildung nur etwa eine Stunde, und zwar von 16 Uhr bis 17 Uhr, direkt von der Sonne angestrahlt. In der übrigen Zeit ist die Sonne am Aufnahmeort durch die abge bildeten Häuser verdeckt. Fig. 5 shows the conditions for a recording location in a street escape. The sun path shown was calculated for May 1st, 1999. On this day, the location of this image is only illuminated by the sun for about an hour, from 4 p.m. to 5 p.m. The rest of the time, the sun is hidden at the location of the photo by the houses shown.

Claims

1. A method for graphical representation of the temporal course of solar radiation at a specific location and at a specific time, characterized in that the environment located on the sun-facing side of a specific location is recorded with the aid of a camera ( 1 ) and is reproduced as a picture that when recording the vertical recording angle (Av) and the horizontal recording angle (Ah) and the azimuth (A) of the recording direction ( 2 ) is measured and recorded that the geographical location of the location is determined and for this location of the sun's orbit in the sky is calculated for a specific calendar day and that the calculated sun orbit is entered as a visible line or the like in accordance with the measured recording data in the figure.

2. The method according to claim 1, characterized in that with the help of a satellite navigation system, e.g. B. DGPS (Differential Global Position System) or GPS the geo graphic position of the location and the geographi position of a bearing distant from the location brand (P), which is shown in the picture, is determined and the exact from the two positions Direction of exposure is calculated.

3. The method according to any one of claims 1 or 2, characterized characterized in that the recording is digitally recorded and by means of a computer for correcting directory line and falling lines.

4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the recording digitally records and that the sun orbit by means of a computer is calculated and integrated into the recording.