專利名稱：觀測(cè)裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)研究領(lǐng)域，具體涉及一種面向服務(wù)于農(nóng)業(yè)精準(zhǔn)管理的作物信息快速獲取的多傳感器、多用途、多角度觀測(cè)裝置及方法。
背景技術(shù)：
快速、無(wú)損獲取農(nóng)田作物生長(zhǎng)信息是現(xiàn)代化數(shù)字農(nóng)業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)，近地多角度、多方位立體觀測(cè)信息獲取是遙感發(fā)展的重要方向之一。為了更好地獲取地物三維層面的遙感信息，及時(shí)到位地制定田間生產(chǎn)管理措施，有必要對(duì)作物不同生育期的氮素垂直分布機(jī)理進(jìn)行研究；為了搞清楚不同病蟲(chóng)害在作物結(jié)構(gòu)層次上的傳播趨勢(shì)及影響，有必要展開(kāi)結(jié)構(gòu)層次上的觀測(cè)研究；為了對(duì)經(jīng)濟(jì)作物噴藥后的藥效效果進(jìn)行評(píng)價(jià)，有必要開(kāi)展立體維上的多層次觀測(cè)研究；為了更好地研究地物輻射方向性的定量模型，有必要獲取從可見(jiàn)光到熱紅外的多方位、多角度遙感觀測(cè)數(shù)據(jù)。經(jīng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，國(guó)內(nèi)外田間觀測(cè)專用地各種遙感輻射測(cè)量?jī)x器不斷在更新?lián)Q代，可是面向精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)實(shí)用的多傳感器、多用途、多角度遙感觀測(cè)裝置還未見(jiàn)報(bào)道。目前，有代表性的多角度測(cè)量裝置都僅限于衛(wèi)星應(yīng)用，如美國(guó)JPL的PARABOLA便攜式地表及大氣各向異性測(cè)量裝置(Deering，1986，Remote Sensing of Environment ； Abdou，2000，Journal of Geophysical Research)，該設(shè)備在各個(gè)角度所測(cè)量的目標(biāo)位置是變化的，不能保證目標(biāo)地物的均勻。美國(guó)Nebraska大學(xué)(199 發(fā)明了適合野外的大型機(jī)械手Hercules和Goliath，進(jìn)行地表發(fā)射輻射和熱輻射的全方位多角度自動(dòng)測(cè)定，但是該設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，投資昂貴。瑞士蘇黎世大學(xué)遙感實(shí)驗(yàn)室的FIGOS (Sandmeier，1999，IEEE)。 該裝置采取方位圓形軌道和天頂弧架構(gòu)，能在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行自動(dòng)觀測(cè)。但是該儀器容易受天頂弧的陰影影響，測(cè)量高度唯一。中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所O004)發(fā)明了一種全方位多角度地面測(cè)定平臺(tái)，雖然可以實(shí)現(xiàn)全方位多角度的測(cè)量，但是觀測(cè)架本身的陰影嚴(yán)重影響了觀測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量，僅局限于遙感觀測(cè)領(lǐng)域，且無(wú)法搭載多種儀器同時(shí)觀測(cè)。北京師范大學(xué)Q009)提出了一種便攜式手動(dòng)多角度觀測(cè)架，解決了遙感觀測(cè)中高度唯一、便攜性差、陰影干擾大的問(wèn)題，但是同樣存在觀測(cè)平臺(tái)載重低，無(wú)法搭載成像高光譜儀。北京農(nóng)業(yè)智能裝備技術(shù)研究中心O009)提出了移動(dòng)多角度觀測(cè)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了全方位、多角度對(duì)同一熱點(diǎn)進(jìn)行觀測(cè)，且傳感器距熱點(diǎn)的位置可調(diào)，但是因其角度變動(dòng)操作時(shí)間較長(zhǎng)，觀測(cè)臂高度不可調(diào)節(jié)，不同觀測(cè)角度時(shí)觀測(cè)目標(biāo)發(fā)生變化，在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)應(yīng)用上有一定局限性。因此，精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)研究領(lǐng)域有必要開(kāi)發(fā)一種多傳感器、多角度同時(shí)工作的多用途觀測(cè)平臺(tái)。

發(fā)明內(nèi)容
(一)要解決的技術(shù)問(wèn)題本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是如何提供一種面向作物信息快速獲取的多傳感器、 多角度、多用途觀測(cè)裝置及方法，以克服現(xiàn)有裝置機(jī)動(dòng)性差、操作周期長(zhǎng)、無(wú)法搭載成像光譜儀等多種傳感器、觀測(cè)目標(biāo)不一致、架子陰影影響嚴(yán)重的缺點(diǎn)。( 二 )技術(shù)方案為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種觀測(cè)裝置，包括可移動(dòng)裝置；高度可調(diào)的觀測(cè)架，固定于所述可移動(dòng)裝置上，所述可移動(dòng)裝置上與所述觀測(cè)架相對(duì)的一側(cè)放置有蓄電池；所述觀測(cè)架包括支撐架以及方位角和天頂角可調(diào)的弧形軌道；所述弧形軌道包括儀器平臺(tái)，所述儀器平臺(tái)上搭載有多個(gè)不同的傳感器(成像光譜儀、高清相機(jī)、GPS儀等儀器)；所述觀測(cè)架上安裝有液壓千斤頂，由液壓千斤頂實(shí)現(xiàn)高度精確調(diào)整。優(yōu)選地，所述儀器平臺(tái)包括步進(jìn)式電機(jī)和面板。優(yōu)選地，所述觀測(cè)架還包括與所述支撐架垂直的橫梁，以及位于所述橫梁與支撐架之間的斜撐。優(yōu)選地，所述觀測(cè)架還包括安裝于所述橫梁一端的渦輪式電機(jī)。優(yōu)選地，所述渦輪式電機(jī)上具有卡槽。優(yōu)選地，所述面板由五塊鉆孔的鋁合金板以螺絲固定而成，所述多個(gè)傳感器同時(shí)搭載于所述面板上。優(yōu)選地，分別與所述渦輪式電機(jī)和步進(jìn)式電機(jī)連接的電腦。本發(fā)明還提供了一種使用所述裝置進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的方法，包括以下步驟Si、可移動(dòng)裝置將所述裝置移動(dòng)到待測(cè)目標(biāo)區(qū)域；S2、根據(jù)測(cè)量要求，將橫梁調(diào)整到合適長(zhǎng)度，保證足夠的成像范圍；S3、根據(jù)測(cè)量要求，使液壓千斤頂將支撐架調(diào)整到合適高度；S4、根據(jù)測(cè)量要求，在儀器平臺(tái)上搭載不同用途的多個(gè)傳感器；S5、蓄電池供電，接通電腦、渦輪式電機(jī)和步進(jìn)式電機(jī)；S6、渦輪式電機(jī)調(diào)整弧形軌道到合適的觀測(cè)位置；S7、步進(jìn)式電機(jī)調(diào)整儀器平臺(tái)到合適的觀測(cè)位置；S8、電腦收集所述多個(gè)傳感器所采集的數(shù)據(jù)。(三)有益效果本發(fā)明能夠產(chǎn)生如下有益效果通過(guò)借助不同傳感器在弧形軌道上全方位、多角度移動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)采集同一目標(biāo)地物的立體空間信息，能夠克服現(xiàn)有裝置機(jī)動(dòng)性差、操作周期長(zhǎng)、無(wú)法搭載成像光譜儀等多種傳感器、觀測(cè)目標(biāo)不一致、架子陰影影響嚴(yán)重的缺點(diǎn)。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例的裝置的側(cè)面示意圖；圖2是示出了調(diào)整本發(fā)明實(shí)施例的裝置中弧形軌道示意圖；圖3是示出了調(diào)整本發(fā)明實(shí)施例的裝置中儀器平臺(tái)移動(dòng)的截圖；圖4是示出了本發(fā)明實(shí)施例的裝置的面板及其周邊部件的截圖。圖中1、四輪驅(qū)動(dòng)車；2、液壓千斤頂；3、支撐架；4、蓄電池；5、觀測(cè)架；6、橫梁；7、 斜撐；8、弧形軌道；9、渦輪式電機(jī)；10、儀器平臺(tái)；11、滑動(dòng)鏈條；12、步進(jìn)式電機(jī)；13、面板；14、筆記本電腦。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例用于說(shuō)明本發(fā)明，但不用來(lái)限制本發(fā)明的范圍。參考圖1所示的本發(fā)明的裝置，包括四輪驅(qū)動(dòng)車1，用于移動(dòng)和支撐觀測(cè)架5，以使得裝置在野外的移動(dòng)；觀測(cè)架5上安裝有液壓千斤頂2，液壓千斤頂2用于精確調(diào)整觀測(cè)架(5)的高度；蓄電池4位于四輪驅(qū)動(dòng)車1上與觀測(cè)架5相對(duì)的一側(cè)，用于野外試驗(yàn)供電和平衡觀測(cè)架5所受的重力；觀測(cè)架5由支撐架3 (標(biāo)注升降刻度)、橫梁6、斜撐7、弧形軌道8、以及控制弧形軌道8角度變化的渦輪式電機(jī)9構(gòu)成；根據(jù)觀測(cè)需要可調(diào)整橫梁6的長(zhǎng)度，可改變水平面的觀測(cè)半徑；用于多方位角觀測(cè)的弧形軌道8由儀器平臺(tái)10、滑動(dòng)鏈條11組成，弧形軌道8的方位角和天頂角可調(diào)，弧形軌道8的方位角(即轉(zhuǎn)動(dòng)方向)由渦輪式電機(jī)9調(diào)節(jié)，天頂角的變化由步進(jìn)式電機(jī)12調(diào)節(jié)，渦輪式電機(jī)9上的卡槽可以在任意位置固定弧形軌道8，使其停止移動(dòng)；弧形軌道8通過(guò)軸承與觀測(cè)架5的橫梁6連接?？刂苹⌒诬壍?方位角變化的渦輪式電機(jī)9有卡槽自鎖功能，當(dāng)渦輪式電機(jī)9的角度變動(dòng)后，由渦輪式電機(jī)9上的卡槽固定，以防止弧形軌道8左右搖擺；儀器平臺(tái)10由步進(jìn)式電機(jī)12、面板13構(gòu)成，儀器平臺(tái)10由控制天頂角移動(dòng)的步進(jìn)式電機(jī)12帶動(dòng)滑動(dòng)鏈條11在弧形軌道8上移動(dòng)，儀器平臺(tái)10由多個(gè)面板13組成，可同時(shí)搭載多個(gè)不同的傳感器(如成像光譜儀、數(shù)碼相機(jī)、GPS儀等)，以實(shí)現(xiàn)多源數(shù)據(jù)的同步獲取；面板13由五塊鋁合金面板通過(guò)螺絲與步進(jìn)式電機(jī)固定，組成儀器平臺(tái)10，其中四塊面板用于搭載成像光譜儀、相機(jī)、GPS儀以及其它傳感器，一塊面板是底板。面板13選用鋁合金面板材質(zhì)的原因是鋁合金重量輕且結(jié)實(shí)(鐵板重、木板容易損壞，都不適合)。四塊鋁合金板可以搭載4個(gè)傳感器，僅需要螺絲將傳感器固定在鋁合金板上即可。參考圖2所示，筆記本電腦14通過(guò)程序發(fā)送角度變化指令給控制弧形軌道角度變化的渦輪式電機(jī)9，從而弧形軌道8相應(yīng)地變化，變動(dòng)后由卡槽固定在一個(gè)位置。參考圖3所示，儀器平臺(tái)10由筆記本電腦14控制步進(jìn)式電機(jī)12去帶動(dòng)滑動(dòng)鏈條 11而實(shí)現(xiàn)其移動(dòng)，筆記本電腦14發(fā)送角度變化指令給步進(jìn)式電機(jī)12時(shí)，滑動(dòng)鏈條11相應(yīng)地移動(dòng)。其中，13具體所指的是五塊鋁合金板中的底板。下面對(duì)本發(fā)明的測(cè)量過(guò)程進(jìn)行說(shuō)明。Si、四輪驅(qū)動(dòng)車將所述裝置移動(dòng)到待測(cè)目標(biāo)區(qū)域，機(jī)動(dòng)性高；因配重有蓄電池，可實(shí)現(xiàn)野外采樣點(diǎn)的連續(xù)觀測(cè)；S2、根據(jù)測(cè)量要求，將所述橫梁調(diào)整到合適長(zhǎng)度，保證傳感器的足夠的成像范圍；S3、根據(jù)測(cè)量要求，使所述液壓千斤頂將所述支撐架調(diào)整到合適高度；S4、根據(jù)測(cè)量要求，在所述儀器平臺(tái)上搭載不同用途的多個(gè)傳感器；S5、所述蓄電池供電，接通所述電腦、渦輪式電機(jī)和步進(jìn)式電機(jī)；
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S6、所述渦輪式電機(jī)調(diào)整弧形軌道到合適的觀測(cè)位置；S7、所述步進(jìn)式電機(jī)調(diào)整儀器平臺(tái)到合適的觀測(cè)位置；S8、所述電腦收集所述多個(gè)傳感器所采集的數(shù)據(jù)，以獲取地面作物信息，為大面積作物長(zhǎng)勢(shì)、病蟲(chóng)害監(jiān)測(cè)研究提供地面數(shù)據(jù)支持。以上所述僅是本發(fā)明的實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和變型，這些改進(jìn)和變型也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種觀測(cè)裝置，其特征在于，包括 可移動(dòng)裝置；高度可調(diào)的觀測(cè)架(5)，固定于所述可移動(dòng)裝置上，所述可移動(dòng)裝置上與所述觀測(cè)架 (5)相對(duì)的一側(cè)放置有蓄電池；所述觀測(cè)架( 包括支撐架(3)以及方位角和天頂角可調(diào)的弧形軌道(8)； 所述弧形軌道(8)包括儀器平臺(tái)(10)，所述儀器平臺(tái)(10)上搭載有多個(gè)不同的傳感器；所述觀測(cè)架( 上安裝有液壓千斤頂(2)。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述儀器平臺(tái)(10)包括步進(jìn)式電機(jī)(12)和面板(13)。
3.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述觀測(cè)架(5)還包括與所述支撐架(3)垂直的橫梁(6)，以及位于所述橫梁(6)與支撐架(3)之間的斜撐(7)。
4.如權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，所述觀測(cè)架(5)還包括安裝于所述橫梁(6) 一端的渦輪式電機(jī)(9)。
5.如權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，所述渦輪式電機(jī)(9)上具有卡槽。
6.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述面板(13)由五塊鉆孔的鋁合金板以螺絲固定而成，所述多個(gè)傳感器同時(shí)搭載于所述面板(1 上。
7.如權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，分別與所述渦輪式電機(jī)(9)和步進(jìn)式電機(jī) (12)連接的電腦。
8.一種使用權(quán)利要求7所述的裝置進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的方法，其特征在于，包括以下步驟s1、所述可移動(dòng)裝置(1)將所述裝置移動(dòng)到待測(cè)目標(biāo)區(qū)域；s2、根據(jù)測(cè)量要求，將所述橫梁(6)調(diào)整到合適長(zhǎng)度，保證足夠的成像范圍；s3、根據(jù)測(cè)量要求，使所述液壓千斤頂( 將所述支撐架( 調(diào)整到合適高度；s4、根據(jù)測(cè)量要求，在所述儀器平臺(tái)(10)上搭載不同用途的多個(gè)傳感器；s5、所述蓄電池供電，接通所述電腦、渦輪式電機(jī)(9)和步進(jìn)式電機(jī)(12)；s6、所述渦輪式電機(jī)(9)調(diào)整弧形軌道(8)到合適的觀測(cè)位置；s7、所述步進(jìn)式電機(jī)(1 調(diào)整儀器平臺(tái)(10)到合適的觀測(cè)位置；s8、所述電腦收集所述多個(gè)傳感器所采集的數(shù)據(jù)。
全文摘要
本發(fā)明涉及精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)研究領(lǐng)域，公開(kāi)了一種觀測(cè)裝置及方法，該裝置包括可移動(dòng)裝置；高度可調(diào)的觀測(cè)架(5)，固定于所述可移動(dòng)裝置上，所述可移動(dòng)裝置上與所述觀測(cè)架(5)相對(duì)的一側(cè)放置有蓄電池；所述觀測(cè)架(5)包括支撐架(3)；弧形軌道(8)，安裝在所述觀測(cè)架(5)上，且方位角和天頂角可調(diào)；所述弧形軌道(8)包括儀器平臺(tái)(10)，所述儀器平臺(tái)(10)上可搭載多個(gè)不同的傳感器；所述觀測(cè)架(5)上安裝有液壓千斤頂(2)。本發(fā)明通過(guò)借助不同傳感器在弧形軌道上全方位、多角度移動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)采集同一目標(biāo)地物的立體空間信息。
文檔編號(hào)G01D11/30GK102252707SQ201110178750
公開(kāi)日2011年11月23日 申請(qǐng)日期2011年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月29日
發(fā)明者孫剛, 宋曉宇, 張東彥, 楊貴軍, 王之杰, 王秀, 王紀(jì)華, 陳紅, 馬偉, 馬智宏, 黃文江 申請(qǐng)人:北京農(nóng)業(yè)信息技術(shù)研究中心