專利名稱：多角度熱輻射近地面觀測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及典型城市地表熱輻射近地面觀測技術(shù)，具體涉及一種多角度熱輻 射近地面觀測裝置。
背景技術(shù)：
近年來，由于全球氣候變化、陸面過程等相關(guān)研究的推動，對各種遙感產(chǎn)品的精度 的需求進一步提高。在熱紅外遙感領(lǐng)域，地表溫度產(chǎn)品在干旱監(jiān)測、地表-大氣界面的熱通 量交換和地表蒸散發(fā)中起著非常重要的作用。此外，它在地質(zhì)學(xué)、水文學(xué)和陸面過程模型研 究中地表溫度也是十分關(guān)鍵的參數(shù)。然而，許多理論模擬和實驗觀測已經(jīng)證實，大部分的自然和人工地表在熱紅外波 段范圍內(nèi)都具有熱輻射方向性特征即對于同一觀測目標，在不同的觀測天頂角和方位角 能夠測量到不同輻射溫度值。而現(xiàn)階段絕大多數(shù)針對衛(wèi)星遙感影像的反演算法(如單窗算 法、劈窗算法、溫度/發(fā)射率分離算法等)均只能提供像元內(nèi)物體在某一個方向的平均溫 度。顯然，這限制了地表溫度產(chǎn)品在眾多相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用潛力。為了通過遙感反演獲得精度更高的地表溫度產(chǎn)品，熱紅外傳感器的正向過程的物 理建模顯得愈發(fā)重要。鑒于此，上世紀七八十年代以來，許多研究者開始報道地表熱輻射方 向性領(lǐng)域內(nèi)正向模擬的相關(guān)研究成果。其中，土壤-植被冠層耦合地表得到了最多的關(guān)注。 針對于水體、土壤_植被耦合界面的部分儀器觀測裝置也已經(jīng)建立起來。但是，在不同的城市，甚至城市的不同地區(qū)，地表物體的規(guī)模和建筑物的布局方式 巨大；此外，城市地表包含了各種各樣的地表類型，如草地、低矮灌叢、高大喬木等植被；低 矮平房、具有玻璃幕墻的高大建筑等，這使得城市地表的熱輻射方向性的觀測要遠遠復(fù)雜 于其他類型的地物。以前建立的針對于低矮草地和灌木的許多觀測裝置移動困難、觀測范圍較小。由 于城市建筑物規(guī)格巨大，給遙感的地面試驗觀測帶來了許多困難，現(xiàn)有技術(shù)中適用于植被 熱輻射方向性觀測的地面觀測裝置已無法滿足現(xiàn)實要求，無法對復(fù)雜城市地表實現(xiàn)觀測。

實用新型內(nèi)容本實用新型的要解決的技術(shù)問題是為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種適用于城市 地表進行觀測、操作簡單、結(jié)實耐用、造價便宜的多角度熱輻射近地面觀測裝置。為解決上述技術(shù)問題，本實用新型采用的技術(shù)方案是一種多角度熱輻射近地面 觀測裝置，主要由支撐桿、操作桿、基座、轉(zhuǎn)軸結(jié)構(gòu)、觀測裝置等組成。支撐桿下端固定連接 于基座上，支撐桿上端通過轉(zhuǎn)軸結(jié)構(gòu)與操作桿中部連接，操作桿的一端安裝有觀測裝置，另 一端設(shè)置為把手，操作桿的把手端與支撐桿下端且位于基座的上部處連接有鋼絲繩，觀測 裝置包括熱紅外成像儀和遙控數(shù)碼相機。進一步地，熱紅外成像儀設(shè)置于觀測裝置盒內(nèi)，觀測裝置盒的一側(cè)設(shè)置有角度刻 盤和懸垂。[0010]進一步地，基座安裝于移動小車上面。進一步地，所述的基座由混凝土制成，呈棱臺形或圓臺形，上面中心處澆鑄有鋼制 方管，支撐桿的下端插入方管內(nèi)，支撐桿的下端通過八個螺栓與基座的鋼制方管固定連接， 基座的側(cè)面對稱地設(shè)置有兩個提手。進一步地，所述的觀測裝置盒固定于操作桿的一端；觀測裝置盒包括盒本體，前端 固定上夾板、前端固定T形板；盒本體為木制，前端固定上夾板為厚度6毫米的鋼板，前端固 定T形板為厚度6mm鋼板；前端固定上夾板與前端固定T形板上均設(shè)有相對應(yīng)的多個連接 孔，通過連接孔和連接螺栓，前端固定上夾板與前端固定T形板夾持固定于操作桿上，在前 端固定T形板下方通過4根固定桿中的3根固定觀測裝置盒盒本體，另外1根固定桿固定 遙控數(shù)碼相機。進一步地，所述的支撐桿由方形鋼管制成，高度3米；操作桿由鋁管制成，鋁管的 截面形狀為長方形，操作桿長度為6米。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的多角度熱輻射近地面觀測裝置操作簡單，結(jié)實耐 用、造價低，非常適于典型城市地表進行觀測，該裝置能夠?qū)崿F(xiàn)對地表高大目標方向亮溫的 靈活觀測，觀測效率高。

圖1是本實用新型的多角度熱輻射近地面觀測裝置示意圖；圖2是轉(zhuǎn)軸結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是圖1中A部觀測裝置安裝結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是圖3中K向示意圖；圖5是圖3的立體圖；圖6是支撐桿與底座的連接結(jié)構(gòu)示意圖；圖7城市熱輻射方向性物理模型示意圖。
以下結(jié)合附圖通過實施例對本實用新型作進一步說明。
具體實施方式
參見附圖圖1至圖6，本實用新型的多角度熱輻射近地面觀測裝置，主要由支撐桿 1、操作桿2、基座3、轉(zhuǎn)軸結(jié)構(gòu)4、觀測裝置5等零部件組成。支撐桿1下端固定連接于基座 3上，支撐桿1上端通過轉(zhuǎn)軸結(jié)構(gòu)4與操作桿2中部連接；操作桿2的一端安裝有觀測裝置 5，另一端設(shè)置為把手；操作桿2的把手端與支撐桿1下端且位于基座3的上部處連接有鋼 絲繩7 ；基座3可安裝于移動小車6上面。支撐桿1，由方形鋼管制成，高度3米。操作桿2，由鋁管制成，鋁管的截面形狀為長方形，操作桿2長度為6米。操作桿2 用于安裝觀測裝置5，還可以用于調(diào)節(jié)觀測高度?；?，由混凝土制成，呈棱臺形，上面中心處澆鑄有鋼制方管8，方管8的尺寸比 支撐桿1方形鋼管的尺寸大，便于支撐桿1的下端插入。支撐桿1的下端通過八個螺栓與 基座3的鋼制方管8固定連接。基座3的側(cè)面對稱地設(shè)置有兩個提手，便于對基座3抬移。 基座3可安裝于移動小車6上面?；?也可以制成圓臺形。[0027]移動小車6設(shè)置有手柄，底部安裝有滾輪。通過手柄可移動小車進而移動基座3， 以實現(xiàn)移動整個裝置。轉(zhuǎn)軸結(jié)構(gòu)4，包括支撐底板41、上支撐夾板42、下支撐夾板43、支撐軸44等組成。 支撐底板41為厚度10毫米的方形鋼板，支撐底板41下面焊接于支撐桿1上端，支撐底板 41上面焊接有轉(zhuǎn)軸單耳；下支撐夾板43為厚度10毫米的長方形鋼板，其下面焊接有轉(zhuǎn)軸 雙耳；下支撐夾板43的轉(zhuǎn)軸雙耳與支撐底板41轉(zhuǎn)軸單耳通過圓柱形轉(zhuǎn)軸44鉸接；下支撐 夾板43上設(shè)置有六個連接孔；上支撐夾板42也為厚度10毫米的長方形鋼板，其上也設(shè)置 有六個連接孔，且與下支撐夾板43上設(shè)置的六個連接孔對應(yīng)，上支撐夾板42和下支撐夾板 43通過對應(yīng)的連接孔穿裝T型連接螺栓并在連接螺栓上旋裝螺母夾持固定于操作桿2的中 部。觀測裝置5，包括熱紅外成像儀51和遙控數(shù)碼相機52。觀測裝置5通過觀測裝置 盒安裝于操作桿2的一端。觀測裝置盒固定于操作桿2的一端。觀測裝置盒包括盒本體50，前端固定上夾板 55、前端固定T形板56。盒本體50為木制，前端固定上夾板55為厚度6毫米的鋼板，前端固 定T形板56為厚度6mm鋼板；前端固定上夾板55與前端固定T形板56上均設(shè)有相對應(yīng)的 多個連接孔，通過連接孔和連接螺栓，前端固定上夾板55與前端固定T形板56夾持固定于 操作桿上，在前端固定T形板56下方通過4根固定桿中的3根固定觀測裝置盒盒本體50， 觀測裝置盒盒本體50內(nèi)安裝有熱紅外成像儀51，另外1根固定桿固定遙控數(shù)碼相機52。觀測裝置盒的作用是安置熱紅外成像儀51，并對觀測儀器起到保護作用。在觀測 裝置盒本體的一個側(cè)面上設(shè)置有角度刻盤53和懸垂54，以確定觀測角度。工作原理多角度熱輻射近地面觀測裝置的工作原理介紹主要包括1)觀測對象；2)觀測方 案介紹兩個部分。1)觀測對象多角度熱輻射近地面觀測裝置的觀測對象為城市熱輻射方向性物理模型。城市 熱輻射方向性物理模型(以下簡稱物理模型)是為了對城市熱輻射方向性計算機模型的 模擬結(jié)果進行必要的驗證而建立的一個按一定比例縮小的城市小區(qū)。制作的模型尺寸為 300 X 200 X 250mm,模型間的空間布局和相對位置關(guān)系均可根據(jù)實際情況設(shè)置。模型的材質(zhì)采用一般建筑常用的輕體磚和水泥結(jié)構(gòu)，制作的模型內(nèi)部中空，以期 盡量與真實的建筑結(jié)構(gòu)的熱力學(xué)性質(zhì)一致。物理模型被排放在一個開闊的水泥地表觀測 場，并且根據(jù)真實建筑間距按比例調(diào)節(jié)建筑模型間的間距，構(gòu)成一個微觀的城市區(qū)域建筑 群模型，如圖7所示。由于單個建筑模型與地表是脫離的，因此可以自由地調(diào)節(jié)建筑模型間 的間隔，以適應(yīng)不同街道寬度的場景。為了便于觀測研究，簡化的物理模型由地面場景和四周八個方位角的觀測裝置組 成，見圖7。為了精確計算太陽_地面目標_傳感器位置的相對位置關(guān)系，還需對城市區(qū)域 物理模型的觀測場建立局部空間坐標系統(tǒng)。以地面目標的中心點作為坐標原點，X軸指向 東，Y軸指向北，建立右手空間坐標系。確定觀測儀器在局部坐標系中的空間位置，以及觀 測儀器與物理模型間的相對位置、觀測方位角和觀測天頂角等。2)觀測方案
5[0039]下面以觀測支架安置在某一方位角(8個典型方位角之一)情況下，說明具體觀測 方案。觀測方案主要包括如下幾個部分。[1]數(shù)碼相機和熱像儀的固定及設(shè)定。將熱像儀和數(shù)碼相機固定于前端的觀測裝 置盒。且將熱紅外成像儀設(shè)置成自動拍攝(拍攝間隔為10秒)；將數(shù)碼相機設(shè)置成遙控拍 攝；[2]觀測高度的調(diào)節(jié)。通過操作操作桿來調(diào)節(jié)儀器的觀測高度。然后使用鋼絲繩 將操作桿始終固定于該高度，直到本次測量結(jié)束；[3]觀測角度的調(diào)節(jié)。結(jié)合觀測高度等，用觀測裝置盒的側(cè)面刻有角度刻盤確定好 操作桿的傾斜角度。通過觀測角度和高度的調(diào)節(jié)，從而精確確定觀測儀器在局部坐標系中 的空間位置；[4]數(shù)碼相機和熱紅外成像儀的拍攝。由于已設(shè)定了熱紅外成像儀為自動拍攝，因 此拍攝人員只需要利用遙控器，遙控數(shù)碼相機對物理模型進行不間斷拍攝，記錄人員記錄 每次拍攝的時間；[5]使用點溫計對溫度的測量。在數(shù)碼相機和熱紅外成像儀拍攝的同時，記錄人員 記錄點溫度對物理模型組分溫度測量的結(jié)果；而且每隔半小時，記錄人員需記錄微氣象站 的空氣溫度；[6]轉(zhuǎn)到第2步驟，調(diào)節(jié)觀測位置進行其他角度的拍攝。分別在8個不同的方位 角，使用上述方法安置并調(diào)整觀測裝置的角度和高度，以天頂角O度，10度，30度45度和60 度方向?qū)Φ孛婺繕诉M行拍攝和記錄。本實用新型主要應(yīng)用于城市地表方向亮溫的觀測和研究，但是，可以預(yù)見，在遙感 產(chǎn)品的正向建模檢驗中，也可用于許多具有類似需求的野外地面實驗觀測。
權(quán)利要求一種多角度熱輻射近地面觀測裝置，其特征在于該裝置包括支撐桿(1)、操作桿(2)、基座(3)、轉(zhuǎn)軸結(jié)構(gòu)(4)、觀測裝置(5)；支撐桿(1)下端固定連接于所述的基座(3)上，支撐桿(1)上端通過轉(zhuǎn)軸結(jié)構(gòu)(4)與操作桿(2)中部連接；操作桿(2)的一端安裝有觀測裝置(5)，另一端設(shè)置為把手；操作桿(2)的把手端與支撐桿(1)下端且位于基座的上部處連接有鋼絲繩(7)，所述的觀測裝置(5)包括熱紅外成像儀(51)和遙控數(shù)碼相機(52)。
2 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多角度熱輻射近地面觀測裝置，其特征在于所述的熱紅外 成像儀(51)設(shè)置于觀測裝置盒內(nèi)，觀測裝置盒的一側(cè)設(shè)置有角度刻盤(53)和懸垂(54)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的多角度熱輻射近地面觀測裝置，其特征在于所述的基 座(3)安裝于移動小車(6)上面。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的多角度熱輻射近地面觀測裝置，其特征在于所述的基 座(3)由混凝土制成，呈棱臺形或圓臺形，上面中心處澆鑄有鋼制方管(8)，支撐桿(1)的下 端插入方管(8)內(nèi)，支撐桿(1)的下端通過八個螺栓與基座(3)的鋼制方管(8)固定連接， 基座(3)的側(cè)面對稱地設(shè)置有兩個提手。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的多角度熱輻射近地面觀測裝置，其特征在于所述的基座(3) 由混凝土制成，呈棱臺形或圓臺形，上面中心處澆鑄有鋼制方管(8)，支撐桿(1)的下端插 入方管(8)內(nèi)，支撐桿(1)的下端通過八個螺栓與基座(3)的鋼制方管(8)固定連接，基座(3)的側(cè)面對稱地設(shè)置有兩個提手。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多角度熱輻射近地面觀測裝置，其特征在于所述的觀測裝 置盒固定于操作桿(2)的一端；觀測裝置盒包括盒本體(50)，前端固定上夾板(55)、前端固 定T形板(56)；盒本體(50)為木制，前端固定上夾板(55)為厚度6毫米的鋼板，前端固定 T形板(56)為厚度6mm鋼板；前端固定上夾板(55)與前端固定T形板(56)上均設(shè)有相對 應(yīng)的多個連接孔，通過連接孔和連接螺栓，前端固定上夾板(55)與前端固定T形板(56)夾 持固定于操作桿上，在前端固定T形板(56)下方通過4根固定桿中的3根固定觀測裝置盒 盒本體(50)，另外1根固定桿固定遙控數(shù)碼相機(52)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多角度熱輻射近地面觀測裝置，其特征在于所述的支撐桿 (1)由方形鋼管制成，高度3米；操作桿(2)由鋁管制成，鋁管的截面形狀為長方形，操作桿 ⑵長度為6米。
專利摘要本實用新型涉及熱輻射近地面觀測技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種多角度熱輻射近地面觀測裝置。一種多角度熱輻射近地面觀測裝置，主要由支撐桿、操作桿、基座、轉(zhuǎn)軸結(jié)構(gòu)、觀測裝置組成；支撐桿下端固定連接于基座上，支撐桿上端通過轉(zhuǎn)軸結(jié)構(gòu)與操作桿中部連接，操作桿的一端安裝有觀測裝置，另一端設(shè)置為把手；操作桿的把手端與支撐桿下端且位于基座的上部處連接有鋼絲繩。本實用新型的多角度熱輻射近地面觀測裝置操作簡單，結(jié)實耐用、造價低，非常適于典型城市地表進行觀測，該裝置能夠?qū)崿F(xiàn)對地表高大目標方向亮溫的靈活觀測，觀測效率高。
文檔編號G01J5/02GK201637490SQ201020047048
公開日2010年11月17日 申請日期2010年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月21日
發(fā)明者占文鳳, 周紀, 陳云浩, 馬偉 申請人:北京師范大學(xué)