專利名稱：環(huán)境遙感與自動化同步監(jiān)測信息處理及仿真平臺的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種可用于水環(huán)境和水質(zhì)、大氣環(huán)境的遙感自動化監(jiān)測、遙 感圖象處理與反演計算的仿真實驗系統(tǒng)。屬于遙感信息處理及實驗室儀器設(shè)備技 術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
用于水環(huán)境和水質(zhì)、大氣環(huán)境的遙感應(yīng)用技術(shù)，涉及信息獲取與處理、通信、 計算機軟件、環(huán)境工程等技術(shù)領(lǐng)域，是一項綜合性的工程技術(shù)。在環(huán)境工程、遙 測遙控電子工程類專業(yè)的本科大學生和研究生教學和課程實驗中，由于受到實驗 條件的限制，在環(huán)境遙感自動化監(jiān)測與反演計算應(yīng)用開發(fā)等方面，難以使學生得 到整體性地認知和系統(tǒng)性地實驗訓練。目前在大學本科專業(yè)的實驗室中，用于遙感監(jiān)測及遙感信息處理的實驗，對 于培養(yǎng)相近于環(huán)境工程、電子信息工程類專業(yè)的大學本科學生和研究生來說，缺 乏系統(tǒng)性和整體性。學生們在學習遙感監(jiān)測技術(shù)、遙感信息處理技術(shù)等課程后， 空中遙感數(shù)據(jù)處理和地面?zhèn)鞲衅鞯臄?shù)據(jù)采集是分開進行實驗的，沒有相應(yīng)的系統(tǒng) 和完整地實驗和實踐訓練。對于遙感數(shù)據(jù)處理的實驗，學生一般是通過遙感圖像處理軟件(比如美國的 ENVI遙感圖像處理系統(tǒng))，或者"仿真和計算軟件Matlab"(比如Matlab6.0軟 件，美國公司開發(fā)的)，或者"統(tǒng)計分析軟件SPSS",在一臺計算機上來進行遙 感圖象處理及反演仿真實驗，其遙感圖象實驗數(shù)據(jù)是事先安裝在計算機的數(shù)據(jù)庫 中的，但它不能夠模擬衛(wèi)星地面接收站接收數(shù)據(jù)并建立實時的實驗遙感仿真數(shù)據(jù) 庫。對于地面?zhèn)鞲衅鞯臄?shù)據(jù)自動化采集以及處理的實驗，學生一般是通過實驗室 的水質(zhì)、氣體傳感器進行實驗。上述的空中遙感數(shù)據(jù)處理和地面?zhèn)鞲衅鞯臄?shù)據(jù)采集是分開進行實驗的。比如，河海大學通信工程專業(yè)、電子信息工程專業(yè)開設(shè)的"遙感技術(shù)基礎(chǔ)"，以及清華 大學環(huán)境工程開設(shè)的"環(huán)境遙感技術(shù)"課程，其實驗課是分開進行的。學生難以通過實驗系統(tǒng)完整地理解從遙感衛(wèi)星地面站的環(huán)境數(shù)據(jù)接收，地面水質(zhì)或大氣參 數(shù)傳感器的自動化采集到遙感和地面?zhèn)鞲衅鞯耐叫畔⑻幚砑胺囱萦嬎阏麄€過 程。發(fā)明內(nèi)容技術(shù)問題本發(fā)明的目的在于針對上述狀況，提出一種環(huán)境遙感與自動化同 步監(jiān)測信息處理及仿真平臺。在這種實驗環(huán)境下，能夠使學生在遙感衛(wèi)星地面站 的環(huán)境數(shù)據(jù)接收、地面水質(zhì)或大氣參數(shù)傳感器的自動化采集、遙感信息處理，遙 感信息與地面?zhèn)鞲衅鞅O(jiān)測信息同步處理、反演計算模型及計算機應(yīng)用軟件開發(fā)等 方面，得到認知性、綜合性和創(chuàng)新性的訓練和培養(yǎng)。技術(shù)方案本發(fā)明的環(huán)境遙感與自動化同步監(jiān)測信息處理及仿真平臺包括虛 擬的遙感地面接收站計算機RRC、遙感信息處理與計算主機MC、以太網(wǎng)交換機 SWITCH、自動監(jiān)測采集裝置AMM、地面監(jiān)測傳感器MS，自動監(jiān)測采集裝置 AMM與遙感信息處理與計算主機MC之間互聯(lián)以19.2Kbps的速率傳送數(shù)據(jù)包； 遙感信息處理與計算主機MC和遙感地面接收站計算機RRC與以太網(wǎng)交換機 SWITCH組成局域網(wǎng)絡(luò)，遙感信息處理與計算主機MC的功能端口 Port 3是以太 網(wǎng)RJ45/MC接口 ，功能端口 Port 6是以太網(wǎng)交換機SWITCH的RJ45電接口 I ; Port 3連接以太網(wǎng)交換機SWITCH的Port 6，遙感地面接收站計算機RRC的功能 端口 Port 4是以太網(wǎng)交換機SWITCH的RJ45/RRC接口 ，功能端口 Port 7是以太 網(wǎng)交換機SWITCH的RJ45電接口 II;遙感地面接收站計算機RRC通過功能端口 Port 4經(jīng)功能端口 Port 7與以太網(wǎng)交換機SWITCH的RJ45電接口 II連接；遙感地 面接收站計算機RRC通過RS422傳輸接口 Port 5與遙感地面接收站系統(tǒng)連接； 遙感信息處理與計算主機MC的功能端口 Port 1是RS232串行通信接口 I ，自動 監(jiān)測采集裝置AMM的功能端口 Port 2是RS232串行通信接口 II ，功能端口 Port 1 和功能端口 Port 2相互對應(yīng)連接；自動監(jiān)測采集裝置AMM通過Port 2經(jīng)Portl與 遙感信息處理與計算主機MC連接。地面監(jiān)測傳感器MS包括水質(zhì)監(jiān)測智能傳感器MS1、綜合參數(shù)水質(zhì)監(jiān)測傳感 器MS2，空氣質(zhì)量指數(shù)檢測儀MS3、相對濕度測量傳感器MS4。水質(zhì)監(jiān)測智能傳感器MS1以RS232串行接口方式通過限流電阻與非門集成電 路(IC01)的輸入端連接；綜合參數(shù)水質(zhì)監(jiān)測傳感器MS2以RS232串行接口方式通過串聯(lián)電阻與調(diào)理 運算放大器的輸入端連接；空氣質(zhì)量指數(shù)檢測儀MS3的1號接線端子與多路切換器的S7端相連接，2 號接線端子與多路切換器的S5端相連接，3號接線端子連接插頭座的12腳；多 路切換器的S1、 S2、 S3 、 S4及RST端與插頭座的1腳相連接，多路切換器的 D2端與插頭座的11腳相連接，多路切換器的SDA和SCLK端分別連接插頭座的 2、 3腳。相對濕度測量傳感器MS4由集成濕敏電阻以及運算放大器組成的信號調(diào)理電 路構(gòu)成；集成濕敏電阻的一端經(jīng)過第一電阻連接第一運算放大器的In+端，集成濕 敏電阻的另外一端經(jīng)過第二電阻連接第二三極管的集電極；第一運算放大器的In-端分別與第一電容、第一三極管、第一二極管連接，第 一運算放大器的輸出端連接第四運算放大器的U2端，第四運算放大器的輸出端 經(jīng)過第十三電阻與第五運算放大器的Inl端連接，第五運算放大器的In2端分別連 接第十四電阻、第十五電阻和第十八電阻，第五運算放大器的輸出端Uo與第二插 頭座的腳13連接。虛擬的遙感地面接收站計算機RRC負責接收遙感數(shù)據(jù)，并傳送給遙感信息處 理與計算主機MC。以太網(wǎng)交換機SWITCH是連接RRC和MC的局域網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。 自動監(jiān)測裝置AMM負責收集地面監(jiān)測傳感器MS (n)的信息，并傳送給遙感信 息處理與計算主機MC。地面監(jiān)測傳感器MS (n)是測量傳感器，構(gòu)建仿真實驗 系統(tǒng)時可以根據(jù)不同的需要，選配不同的傳感器MS (n)。以地表水質(zhì)測量為例， 地面監(jiān)測傳感器MS是COD、 PH等傳感器。遙感信息處理與計算主機MC可以 自動獲取虛擬的遙感地面接收站計算機RRC傳送來的遙感數(shù)據(jù)，也能獲取從自動 監(jiān)測采集裝置AMM傳送來的地面監(jiān)測數(shù)據(jù)。遙感信息處理與計算主機MC的主要功能包括，進行遙感圖象校正、增強與 融合處理，數(shù)據(jù)挖掘和建立反演模型，以及實時給出環(huán)境參數(shù)值和變化趨勢圖。 遙感信息處理與計算主機MC對接收到的遙感數(shù)據(jù)與地面站監(jiān)測到的數(shù)據(jù)進行數(shù) 據(jù)挖掘并建立反演模型，建模目的是根據(jù)地面監(jiān)測值的光譜特性，建立從遙感光 學參數(shù)到被測環(huán)境的物理參數(shù)的映射關(guān)系。這樣一來，MC就可以根據(jù)收到的遙感數(shù)據(jù)，實時地給出被測環(huán)境的水質(zhì)或大氣環(huán)境的定量或定性值。有益效果本發(fā)明能夠從衛(wèi)星地面站的遙感數(shù)據(jù)接收，地面?zhèn)鞲衅鞯淖詣踊?采集到信息處理及反演計算整個過程進行仿真實驗和應(yīng)用開發(fā)實驗。本發(fā)明開創(chuàng)了完全新型的遙感和地面自動化監(jiān)測信息處理與反演計算的實驗 平臺，在這個具有系統(tǒng)性和綜合性的實驗平臺下，有利于學生綜合性、創(chuàng)新性和 研究性的實驗訓練和培養(yǎng)。本發(fā)明設(shè)計研制的實驗系統(tǒng)設(shè)備能夠進行遙感地面接收、地面自動監(jiān)測采集 裝置、遙感和地面監(jiān)測傳感器信息融合處理等多種實驗功能。主要功能有①實 時的實驗遙感數(shù)據(jù)不是事先安裝在計算機的數(shù)據(jù)庫中，它可以模擬衛(wèi)星地面接收 站接收數(shù)據(jù)并建立實時的實驗遙感仿真數(shù)據(jù)庫；②能夠建立實時的實驗遙感數(shù)據(jù) 及地面?zhèn)鞲衅魍奖O(jiān)測的數(shù)據(jù)庫，并對其進行數(shù)據(jù)庫管理和仿真實驗；③接收的 實驗遙感數(shù)據(jù)以及多個地面?zhèn)鞲衅鞅O(jiān)測數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)連接，并能夠進行網(wǎng)絡(luò)傳輸 實驗； 能夠進行遙感圖像校正、信息融合以及反演模型計算等仿真實驗； 能 夠進行地理信息處理和管理、界面的圖形圖象顯示和人機交互實驗；◎能夠作為 遙感和地面監(jiān)測數(shù)據(jù)反演計算的工程應(yīng)用軟件開發(fā)平臺使用。目前，國內(nèi)外還沒有類似的實驗系統(tǒng)。在這個實驗系統(tǒng)上，有利于學生綜合 性和創(chuàng)新性的實驗研究及應(yīng)用開發(fā)實驗。


圖l是本發(fā)明的原理框圖。圖2是本發(fā)明的實施例電原理圖。圖3是RS-IPC2007 V1.0版應(yīng)用軟件系統(tǒng)原理方框圖。圖4是自動監(jiān)測采集裝置AMM的原理方框圖。圖5是自動監(jiān)測采集裝置AMM的"單片機系統(tǒng)"實施例電原理圖。圖6是自動監(jiān)測采集裝置AMM的"MS1 MS3接口及信號調(diào)理電路"實施 例電原理圖。圖7是自動監(jiān)測采集裝置AMM的"MS4接口及信號調(diào)理電路"實施例電原 理圖。
具體實施方式
圖1中的MC是遙感信息處理與計算主機，RRC是遙感地面接收站計算機， SWITCH是以太網(wǎng)交換機，AMM是自動監(jiān)測采集裝置，MSn是傳感器(或檢測 儀)。圖2中的MC (遙感信息處理與計算主機)和RRC (遙感地面接收站計算機) 與SWITCH (以太網(wǎng)交換機)組成局域網(wǎng)絡(luò)。MC的功能端口 Port 3是以太網(wǎng) RJ45/MC接口 ，功能端口 Port 6是以太網(wǎng)交換機SWITCH的RJ45電接口 I 。 Port 3連接SWITCH以太網(wǎng)交換機的Port 6。RRC的功能端口 Port 4是以太網(wǎng)RJ45/RRC 接口，功能端口 Port 7是以太網(wǎng)交換機SWITCH的RJ45電接口 II 。 RRC (遙感 地面接收站計算機)通過功能端口 Port 4經(jīng)功能端口 Port 7與SWITCH (以太網(wǎng) 交換機)的RJ45電接口II連接。RRC遙感地面接收站計算機通過RS422傳輸接 口 Port5與遙感地面接收站系統(tǒng)連接。MC(遙感信息處理與計算主機)的功能端口 Portl是RS232串行通信接口 I ， AMM (自動監(jiān)測采集裝置)的功能端口 Port 2是RS232串行通信接口 II ，功能端 口 Port 1和功能端口 Port 2相互對應(yīng)連接。AMM通過Port 2經(jīng)Portl與MC連接。遙感信息處理與計算主機MC采用HP xw6400工作站，其配置是，操作系統(tǒng)， Windows XP Professional x64 Edition;處理器，采用EM64T技術(shù)的Intel至強雙核 處理器5100，主頻1.60GHz;高速緩沖內(nèi)存4MB;芯片組Intel 5000X;內(nèi)存8GB; 圖形NVIDIA Quadra NVS 285;硬盤驅(qū)動器2個；四通道驅(qū)動器控制器。MC上 安裝了 RS-IPC2007 V1.0版應(yīng)用軟件系統(tǒng)。遙感地面接收站計算機RRC采用HP pc，其配置是，處理器采用Pentium E2160;主頻1800 MHz;主板芯片組，Intel Q965;內(nèi)存，512MB;硬盤容量，80GB; 操作系統(tǒng)，Windows XP Professional SP2。以太網(wǎng)交換機SWITCH采用TP-LINK公司生產(chǎn)的千兆以太網(wǎng)交換機，型號 是TP-LINK TL-SG1024。交換方式為存儲轉(zhuǎn)發(fā)方式，48Gbps背板帶寬，包轉(zhuǎn)發(fā)率 為10M時是14,880 packets/sec; 100M時是148,800 packets/sec。該交換機不支持 VLAN。 MAC地址表為8K。傳輸速率是10/100/1000 Mbps。支持網(wǎng)絡(luò)標準IEEE 802.3、 IEEE 802.3u、 IEEE 802.3ab和IEEE 802.3x。端口數(shù)是24，端口類型為 10/100/1000Base-T。無網(wǎng)管功能，支持全雙工、半雙工。遙感信息處理與計算主機MC上安裝了 RS-IPC2007 V1.0版應(yīng)用軟件系統(tǒng)。 圖3中的1" 7"是RS-IPC2007V1.0版應(yīng)用軟件系統(tǒng)的各子系統(tǒng)，具體地說，r是系統(tǒng)管理軟件，2"是遙感數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，3"是通信服務(wù)軟件，4"遙感圖 像預處理軟件，5〃是反演模型建模軟件，6"是地面數(shù)據(jù)采集軟件，7"是地理信 息系統(tǒng)，8"是界面顯示軟件。圖4是自動監(jiān)測采集裝置AMM的原理方框圖。圖5是自動監(jiān)測采集裝置 AMM的"單片機系統(tǒng)"實施例電原理圖。圖6是自動監(jiān)測采集裝置AMM的"MS1 ~ MS3接口及信號調(diào)理電路"實施例電原理圖。圖7是自動監(jiān)測采集裝置AMM的 "MS4接口及信號調(diào)理電路"實施例電原理圖。自動監(jiān)測采集裝置AMM主要由"單片機系統(tǒng)"，"MS1 MS3接口及信號 調(diào)理電路"和"MS4接口及信號調(diào)理電路"組成。MS1 MS4是傳感器(或檢測 儀)。自動監(jiān)測采集裝置AMM中的核心器件采用MS-51系列單片機IC3(見圖3)。 單片機IC3 (單片機型號89CS2051)對傳感器(或檢測儀)MSn進行順序控制 釆樣，采集的傳感器MSn信號經(jīng)過處理后，通過RS232/RS485/RS422串行接口或 者同歩時鐘脈沖信號與MC (遙感信息處理與計算主機)通信。MSn傳感器(或檢測儀)主要包括水質(zhì)、水文、濕度傳感器和空氣質(zhì)量檢測 儀。目前，水質(zhì)傳感器比較成熟的監(jiān)測參數(shù)有水溫、PH、溶解氧(DO)、電 導率、濁度、氧化還原電位(ORP) 、 COD、高錳酸鹽指數(shù)、TOC、氨氮、總氮、 總磷。水質(zhì)監(jiān)測參數(shù)其他的還有氟化物、氯化物、硝酸鹽、亞硝酸鹽、氰化物、 硫酸鹽、磷酸鹽、活性氯、TOD、 BOD、 UV、油類、酚、葉綠素、金屬離子(如 六價鉻)等等。水文傳感器監(jiān)測參數(shù)有水位和流速等。與遙感相關(guān)的在線監(jiān)測參 數(shù)主要有水溫、濁度、高錳酸鹽指數(shù)、葉綠素、硝酸鹽、油類、透光度等。空氣 質(zhì)量檢測儀器可以測量一氧化碳、硫化氫、氧氣、二氧化碳等氣體以及測量大氣 混濁度和大氣污染物濃度。MS1是水質(zhì)監(jiān)測智能傳感器，設(shè)計選擇法國在線式常規(guī)五項參數(shù)水質(zhì)監(jiān)測智 能傳感器(溫度、電導、PH、溶解氧、濁度)，型號是SERES2000，用于模擬測 量水質(zhì)。MS2是美國的綜合參數(shù)水質(zhì)監(jiān)測傳感器(在常規(guī)五項基礎(chǔ)上，支持多達15 項監(jiān)測項目)，型號是Hydrolab4a，用于模擬測量水質(zhì)。MS3是空氣質(zhì)量指數(shù)檢測儀，用于模擬測量空氣的質(zhì)量。型號是BDZ3-HBD5AQI。 BDZ3-HBD5AQI采用了有機蒸汽(TVOC)氣體測試技術(shù)，是沒有化學選擇 性的傳感器。所選用的傳感器是當前國際流行的空氣質(zhì)量傳感器。適用于公共場 所的空氣質(zhì)量監(jiān)督、污染源環(huán)境檢測、生產(chǎn)場合空氣質(zhì)量監(jiān)督、環(huán)保部門空氣質(zhì) 量指數(shù)巡檢、施工現(xiàn)場空氣毒性檢測、公共安全事件大氣質(zhì)量快速測試、各種氣 體泄露探測以及裝修后室內(nèi)空氣質(zhì)量檢測等領(lǐng)域?？諝赓|(zhì)量指數(shù)檢測儀MS3 (型號是BDZ3-HBD5AQI)的技術(shù)指標和功能主要 有①內(nèi)置單片機微機，系統(tǒng)設(shè)計有最先進的硬件系統(tǒng)。所有數(shù)據(jù)可以掉電保存。 ②任何溫度只需插入樣品，即刻讀出電化學氣體參數(shù)和溫度值。③100組數(shù)據(jù) 記錄，可設(shè)置自動或手動記錄。 可閱讀/打印記錄。
RS232/485雙工接口， 可與微機聯(lián)機采樣。◎惰性氣體調(diào)零，標準樣品，或替代品標定。⑦全部操作 鍵盤設(shè)置、窗口提示。⑧可以量化單純氣體的濃度，同時提供8個標定表供用戶 自行建立沒有提供數(shù)據(jù)庫的氣體的標定數(shù)據(jù)?！?Twin毒氣標準或爆炸限80%時 報警，用戶可標定和設(shè)置。MS1 、 MS2均帶有RS232/RS485/RS422串行接口 ，可直接傳輸?shù)阶詣颖O(jiān)測采 集裝置AMM。 MS1、 MS2也均具有良好的防水性設(shè)計的傳感器探頭接口，能夠 避免傳感器松脫、積水和受損。MS4是相對濕度測量傳感器，它由集成濕敏電阻和信號調(diào)理電路構(gòu)成。對照圖l、圖2，本發(fā)明包括MC遙感信息處理與計算主機，RRC遙感地面 接收站計算機，SWITCH以太網(wǎng)交換機，AMM自動監(jiān)測采集裝置，MSn傳感器。 AMM與MC設(shè)備之間互聯(lián)以19.2Kbps的速率傳送數(shù)據(jù)包。MC(遙感信息處理與計算主機)和RRC(遙感地面接收站計算機)與SWITCH (以太網(wǎng)交換機)組成局域網(wǎng)絡(luò)。MC通過功能端口Port3連接功能端口Port6， 與SWITCH相連接。MC通過功能端口 Port 1連接功能端口 Port 2，與AMM (自 動監(jiān)測采集裝置)相連接。RRC (遙感地面接收站計算機)通過功能端口 Port 5 連接遙感地面接收站系統(tǒng)。RRC通過功能端口 Port 4連接功能端口 Port 7，與 SWITCH相連接。MC的功能端口 Port 1是RS232串行通信接口 I ， AMM(自動監(jiān)測采集裝置) 的功能端口 Port 2是RS232串行通信接口II。 MC的功能端口 Port 3是以太網(wǎng) RJ45/MC接口， RRC的功能端口 Port4是以太網(wǎng)RJ45/RRC接口， RRC的功能端 口 Port 5是RS422傳輸接口 ，功能端口 Port 6是以太網(wǎng)交換機SWITCH的RJ45電接口 I ，功能端口 Port 7是以太網(wǎng)交換機SWITCH的RJ45電接口 II 。對照圖4，自動監(jiān)測采集裝置AMM主要由"單片機系統(tǒng)"，"MS1 MS3 接口及信號調(diào)理電路"和"MS4接口及信號調(diào)理電路"組成。單片機系統(tǒng)通過的 RS232串行通信接口 II (功能端口 Port2)，即第三插頭座JS3與MC (遙感信息 處理與計算主機)的RS232串行通信接口 I (功能端口Portl)相互連接。對照圖4，"單片機系統(tǒng)"通過第一插頭座JS1與"MS1 MS3接口及信號 調(diào)理電路"的第二插頭座JS2對應(yīng)連接。"MS4接口及信號調(diào)理電路"的第五運 算放大器1A5的信號輸出端Uo連接"MS1 MS3接口及信號調(diào)理電路"中的第 二插頭座JS2的"13"腳。對照圖4，水質(zhì)監(jiān)測智能傳感器MSl,綜合參數(shù)水質(zhì)監(jiān)測傳感器MS2及空氣 質(zhì)量指數(shù)檢測儀MS3連接到"MS1 MS3接口及信號調(diào)理電路"。相對濕度測量 傳感器MS4連接到"MS4接口及信號調(diào)理電路"。對照圖5，單片機IC3 (型號AT89C2051)的P1接口與驅(qū)動器IC2 (型號 74LS245)的B1 B7連接。IC3的管腳"12"至管腳"19"與IC2的管腳"18" 至"ll"對應(yīng)連接。單片機IC3的P3.5/K P3.4/0、 P3.3與選擇器模塊IC1的Sl S3端對應(yīng)連接。單片機IC3的XTAL1 、 XTAL2與晶體振蕩器JZ (11.0592MHz) 對應(yīng)連接，IC3的"20"管腳連接VCC電源。IC3的P1.0和Pl.l分別通過第一上 拉電阻R8和第二上拉R9與VCC電源連接?？撮T狗(watch dog) IC4電路(型 號MAX705)的RST端和與非門IC5 (型號:74LS00)的輸入端"1" 、 "2" 對應(yīng)連接，與非門IC5的輸出端"3"與單片機IC3的RST端對應(yīng)連接。單片機 IC3的TRA和與非門IC5的輸入端"4" 、 "5"對應(yīng)連接，與非門IC5的輸出端 "6"與輸出光電轉(zhuǎn)換器IC7 (型號GB12005)的發(fā)光二極管對應(yīng)連接，輸出光 電轉(zhuǎn)換器IC7的光敏三極管集電極與輸出串行通信接口IC8 (型號MAX483)的 DI端對應(yīng)連接，輸出串行通信接口IC8的A (管腳"6" ) 、 B端(管腳"7") 為輸出(OUT)。對照圖5，輸入串行通信接口 IC9的A、 B端(管腳"6"和"7")為輸入(IN)。 輸入串行通信接口 IC9的RO端與輸入光電轉(zhuǎn)換器IC6 (型號GB12005)的發(fā)光 二極管對應(yīng)連接，輸入光電轉(zhuǎn)換器IC6的光敏三極管集電極與與非門IC5的輸入 端"9"、 "10"對應(yīng)連接，與非門IC5的輸出端"8"和與非門IC5的輸入端"12"、 "13"對應(yīng)連接，與非門IC5的輸出端"11"與單片機IC3的RES端對應(yīng)連接。對照圖5，輸出串行通信接口 IC8的輸出(OUT)和輸入串行通信接口 IC9 的輸入(IN)為自動監(jiān)測裝置(AMM)的Port2功能端口。 Port2功能端口的插 頭座是JS3第三插頭座，IC8的"5"管腳、"6"管腳、"7"管腳和第三插頭 座JS3的"5"管腳、"6"管腳、"7"管腳對應(yīng)連接，輸入串行通信接口IC9 的"5"管腳、"6"管腳、"7"管腳和第三插頭座JS3的"1"管腳、"2"管 腳、"3"管腳對應(yīng)連接。Port2功能端口與遙感信息處理與計算主機RRC的RS232 串行通信接口(Port 1功能端口 )相互連接。AMM與MC設(shè)備之間互聯(lián)以19.2Kbps 的速率傳送數(shù)據(jù)包。對照圖5， JS1第一插頭座通過選擇器模塊IC1 (型號RB110)接入，與選 擇器模塊IC1的D1 D19端對應(yīng)連接，選擇器模塊IC1的01 08端與驅(qū)動器 IC2 (型號74LS245)的A1 A8對應(yīng)連接。對照圖6， MS1水質(zhì)監(jiān)測智能傳感器(型號SERES2000)的接線端子"1" 通過限流電阻ROl和非門IC01 (型號:74HC04)的"1"輸入端連接，非門IC01 的輸出端與觸發(fā)器IC02的時鐘端"4"管腳連接。MS1的接線端子"2"通過隔離 電容C01、串聯(lián)電阻R02，與觸發(fā)器IC02的數(shù)據(jù)端"3"管腳連接。觸發(fā)器IC02 的輸出S和Q端分別連接JS2第二插頭座的"6"和"7"腳。觸發(fā)器IC02的數(shù) 據(jù)端"3"管腳與SET端和多路切換器IC04的D3端相連接。觸發(fā)器IC02的RST 端和JS2第二插頭座的"8"腳連接。對照圖6， MS2綜合參數(shù)水質(zhì)監(jiān)測傳感器(型號是Hydrolab4a)的接線端子 "1"與多路切換器IC04的D4端相連接。MS2的接線端子"2"通過緩沖電阻 2R02和調(diào)理運算放大器IC03的"IN (—)"端連接。MS2的接線端子"3"接地。 調(diào)理運算放大器IC03的"IN (+)"端通過接地電阻R03接地。調(diào)理運算放大器 IC03的"OUT"端通過隔離電阻R04連接非門IC01的"3"輸入端，非門IC01 的"4"輸出端連接JS2第二插頭座的"10"腳。調(diào)理運算放大器IC03的"OUT" 端通過積分電容C04、積分電阻R07接地。對照圖6， MS3空氣質(zhì)量指數(shù)檢測儀(型號是BDZ3-HBD5AQI)的接線端子 "l"與多路切換器IC04的S6端相連接，MS3的接線端子"2"與多路切換器IC04 的S5端相連接，MS3的接線端子"3"連接JS2第二插頭座的"12"腳。I多路 切換器C04的S1、S2、S3 、S4及RST端與JS2第二插頭座的"1"腳相連接，IC04 的D2與JS2第二插頭座的"11 "腳相連接，IC04的SDA和SCLK端分別連接JS2第二插頭座的"2" 、 "3"腳。對照圖6， JS2第二插頭座的"1" "21"腳與圖3中JS1第一插頭座"1 " "21"腳對應(yīng)相連接。對照圖7， MS4是相對濕度測量傳感器，它由集成濕敏電阻PCRC以及1A1 第一運算放大器 1A5第五運算放大器組成的信號調(diào)理電路構(gòu)成。對照圖7，集成濕敏電阻PCRC型號為PCRC-55，集成濕敏電阻的一端經(jīng)過 第一電阻1R1連接第一運算放大器1A1的In+端，集成濕敏電阻的另外一端經(jīng)過 第二電阻1R2連接第二三極管VT2 (型號為2N4963)的集電極。對照圖7，第一運算放大器1A1的In-端分別與第一電容1C1、第一三極管 VT1 (型號為2N4922)和第一二極管VD1 (型號為1N703)連接。第一運算放大 器1A1的輸出端連接第四運算放大器1A4的U2端，第一運算放大器1A1的輸出 端并分別與第七電阻1R7、第八電阻1R8、第十電阻1R10和第二電容1C2連接。 第四運算放大器1A4的輸出端經(jīng)過第十三電阻1R13，與第五運算放大器1A5 (型 號為LF353)的Inl端連接，第五運算放大器1A5的In2分別連接第十四電阻1R14、 第十五1R15和第十八電阻1R18，第五運算放大器1A5的輸出端Uo與圖5中的 第二插頭座J2的"13"腳連接，即與圖5中多路切換器IC04-S8管腳連接。對照圖7，第二三極管VT2的基極連接第二運算放大器1A2 (型號為LM389) 的U2端，第二運算放大器1A2的Ul端分別連接第三電阻1R3和第四電阻1R4。 第二運算放大器1A2的輸出端經(jīng)過第五電阻1R5與第三三極管VT3 (型號為 2N4922)的集電極連接。第三三極管VT3的發(fā)射極經(jīng)過第三電容1C3與第三運 算放大器1A3 (型號為LF353)的In2端相連。對照圖7,第三運算放大器1A3的Inl端與第十三電阻1R13和第四電容1C4 相連，1A3的輸出端OUT分別與第十六電阻1R16和第十七電阻1R17連接，并 第四二極管VD4 (型號為1N703)與第十四電阻1R14、第十五電阻1R15、第十 八電阻1R18相連。對照圖7，第四三極管VT4 (型號為2N4922)的基極與第十六電阻1R16和 第三二極管VD3的負極相連，第四三極管VT4的發(fā)射極接地(GND)，其集電 極連接第十八電阻1R18。遙感信息處理與計算主機MC安裝了 RS-IPC2007 V1.0版應(yīng)用軟件系統(tǒng)(參見圖3)，包括系統(tǒng)管理軟件r ，遙感數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)2"，通信服務(wù)軟件3〃 ，遙感圖像預處理軟件4"，反演模型建模軟件5"，地面數(shù)據(jù)采集軟件6〃 ，地理 信息系統(tǒng)7"，界面顯示軟件8〃 。所述的系統(tǒng)管理軟件r實時管理由通信服務(wù)軟件發(fā)來的數(shù)據(jù)包，按照預先 定義的數(shù)據(jù)包的格式讀出數(shù)據(jù)包中各個字段的數(shù)據(jù)。然后， 一方面將這些數(shù)據(jù)傳給遙感數(shù)據(jù)庫作為資料存檔；另一方面，可根據(jù)需要將這些數(shù)據(jù)解析后以圖形或 數(shù)據(jù)的方式反映在MC的監(jiān)視器屏幕上顯示。所述的遙感數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)2〃負責對遙感地面接收站計算機RRC和自動監(jiān) 測采集裝置AMM傳送上來的各項實時數(shù)據(jù)和遙感圖象數(shù)據(jù)進行分類歸檔。所述的通信服務(wù)軟件3 "負責接收遙感地面接收站計算機RRC發(fā)來的遙感數(shù) 據(jù)，并在系統(tǒng)管理軟件1〃管理下將數(shù)據(jù)包，按照預先定義的數(shù)據(jù)包的格式讀出 數(shù)據(jù)包中各個字段的數(shù)據(jù)，然后將這些數(shù)據(jù)傳給遙感數(shù)據(jù)庫存檔。所述的遙感圖像預處理軟件4〃 ，能夠?qū)邮盏降倪b感圖像進行校正、增強 處理及多源遙感信息融合。遙感圖像校正包括輻射校正、幾何校正、圖像鑲嵌。 圖像增強包括彩色圖像增強和空間域圖像增強。多源遙感信息融合包括多時相遙 感數(shù)據(jù)融合、多傳感器遙感數(shù)據(jù)的融合、遙感圖像數(shù)據(jù)與非圖像數(shù)據(jù)的融合。所述的反演模型建模軟件5〃 ，通過建立從遙感圖像數(shù)據(jù)到地面監(jiān)測值的映 射關(guān)系，得到適用的反演模型，以便于以后對遙感圖像進行反演，從而直接推斷 出被測環(huán)境的監(jiān)測值。模型可有線性和非線性之分。其中，非線性模型分為顯性 模型與隱性模型兩種類型。所述的地面數(shù)據(jù)采集軟件6〃實時接收AMM測量得到的地面數(shù)據(jù)。所述的 地理信息系統(tǒng)7"是在計算機硬、軟件系統(tǒng)支持下，對整個或部分被測環(huán)境空間 中的有關(guān)地理分布數(shù)據(jù)進fi^采集、儲存、管理、運算、分析、顯示和描述的技術(shù) 系統(tǒng)。地理信息系統(tǒng)處理、管理的對象是多種地理空間實體數(shù)據(jù)及其關(guān)系，包括空 間定位數(shù)據(jù)、圖形數(shù)據(jù)、遙感圖像數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)等，用于分析和處理被測環(huán)境 區(qū)域內(nèi)分布的被測參數(shù)變化和變化過程。所述的界面顯示軟件8"負責界面的數(shù)據(jù)、曲線及圖形圖象顯示和人機交互。 其中，人機交互包括讀取感興趣時間的遙感數(shù)據(jù)和地面監(jiān)測數(shù)據(jù)，及調(diào)用適合的 反演模型進行反演等界面友好的操作。在建立反演模型的過程中，首先需要選擇同步的遙感數(shù)據(jù)和地面監(jiān)測數(shù)據(jù)， 然后選擇合適的數(shù)據(jù)驅(qū)動模型找出兩者之間的映射關(guān)系，此數(shù)據(jù)驅(qū)動模型即為建 立好的反演模型。
權(quán)利要求
1.一種環(huán)境遙感與自動化同步監(jiān)測信息處理及仿真平臺，其特征是該平臺包括虛擬的遙感地面接收站計算機RRC、遙感信息處理與計算主機MC、以太網(wǎng)交換機SWITCH、自動監(jiān)測采集裝置AMM、地面監(jiān)測傳感器MS，自動監(jiān)測采集裝置AMM與遙感信息處理與計算主機MC之間互聯(lián)以19.2Kbps的速率傳送數(shù)據(jù)包；遙感信息處理與計算主機MC和遙感地面接收站計算機RRC與以太網(wǎng)交換機SWITCH組成局域網(wǎng)絡(luò)，遙感信息處理與計算主機MC的功能端口Port 3是以太網(wǎng)RJ45/MC接口，功能端口Port 6是以太網(wǎng)交換機SWITCH的RJ45電接口I；Port 3連接以太網(wǎng)交換機SWITCH的Port 6，遙感地面接收站計算機RRC的功能端口Port 4是以太網(wǎng)交換機SWITCH的RJ45/RRC接口，功能端口Port 7是以太網(wǎng)交換機SWITCH的RJ45電接口II；遙感地面接收站計算機RRC通過功能端口Port 4經(jīng)功能端口Port 7與以太網(wǎng)交換機SWITCH的RJ45電接口II連接；遙感地面接收站計算機RRC通過RS422傳輸接口Port 5與遙感地面接收站系統(tǒng)連接；遙感信息處理與計算主機MC的功能端口Port 1是RS232串行通信接口I，自動監(jiān)測采集裝置AMM的功能端口Port2是RS232串行通信接口II，功能端口Port 1和功能端口Port 2相互對應(yīng)連接；自動監(jiān)測采集裝置AMM通過Port 2經(jīng)Port1與遙感信息處理與計算主機MC連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)境遙感與自動化同步監(jiān)測信息處理及仿真平臺， 其特征是地面監(jiān)測傳感器MS包括水質(zhì)監(jiān)測智能傳感器MSI 、綜合參數(shù)水質(zhì)監(jiān)測 傳感器MS2，空氣質(zhì)量指數(shù)檢測儀MS3、相對濕度測量傳感器MS4。水質(zhì)監(jiān)測智能傳感器MS1以RS232串行接口方式通過限流電阻(R01)與非 門集成電路(IC01)的輸入端連接；綜合參數(shù)水質(zhì)監(jiān)測傳感器MS2以RS232串行接口方式通過串聯(lián)電阻(R02) 與調(diào)理運算放大器(IC03)的輸入端連接；空氣質(zhì)量指數(shù)檢測儀MS3的1號接線端子與多路切換器(IC04)的S7端相 連接，2號接線端子與多路切換器(IC04)的S5端相連接，3號接線端子連接插 頭座(JS2)的12腳；多路切換器(IC04)的S1、 S2、 S3 、 S4及RST端與插頭 座(JS2)的1腳相連接，多路切換器(IC04)的D2端與插頭座(JS2)的11腳相連接，多路切換器(IC04)的SDA和SCLK端分別連接插頭座(JS2)的2、 3 腳。相對濕度測量傳感器MS4由集成濕敏電阻(PCRC)以及運算放大器(1A1 1A5)組成的信號調(diào)理電路構(gòu)成；集成濕敏電阻(PCRC)的一端經(jīng)過第一電阻(1R1) 連接第一運算放大器(1A1)的ln+端，集成濕敏電阻(PCRC)的另外一端經(jīng)過 第二電阻(1R2)連接第二三極管(VT2)的集電極；第一運算放大器(1 Al)的In-端分別與第一電容(1CO 、第一三極管(VT1)、 第一二極管(VD1)連接，第一運算放大器(1A1)的輸出端連接第四運算放大器 (1A4)的U2端，第四運算放大器(1A4)的輸出端經(jīng)過第十三電阻(1R13)與 第五運算放大器(1A5)的Inl端連接，第五運算放大器(1A5)的ln2端分別連 接第十四電阻(1R14)、第十五電阻(1R15)和第十八電阻(1R18)，第五運算 放大器(1A5)的輸出端Uo與第二插頭座(J2)的腳13連接。
全文摘要
環(huán)境遙感與自動化同步監(jiān)測信息處理及仿真平臺中，自動監(jiān)測采集裝置AMM與遙感信息處理與計算主機MC之間互聯(lián)以19.2Kbps的速率傳送數(shù)據(jù)包；遙感信息處理與計算主機MC和遙感地面接收站計算機RRC與以太網(wǎng)交換機SWITCH組成局域網(wǎng)絡(luò)，Port 3連接以太網(wǎng)交換機SWITCH的Port 6，遙感地面接收站計算機RRC通過功能端口Port 4經(jīng)功能端口Port 7與以太網(wǎng)交換機SWITCH的RJ45電接口II連接；遙感地面接收站計算機RRC通過RS422傳輸接口Port 5與遙感地面接收站系統(tǒng)連接；功能端口Port 1和功能端口Port 2相互對應(yīng)連接；自動監(jiān)測采集裝置AMM通過Port 2經(jīng)Port 1與遙感信息處理與計算主機MC連接。
文檔編號G01S17/00GK101334474SQ200810020999
公開日2008年12月31日 申請日期2008年8月5日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月5日
發(fā)明者徐夢溪, 煒 黃 申請人:徐夢溪;黃 煒