一種云量自動(dòng)觀測(cè)儀器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種云量自動(dòng)觀測(cè)儀器，包括：傳感器系統(tǒng)，含可見(jiàn)光和紅外兩種傳感器模塊，用于采集全天空?qǐng)D像。采集控制系統(tǒng)，由一臺(tái)工業(yè)級(jí)計(jì)算機(jī)構(gòu)成，對(duì)云量自動(dòng)觀測(cè)儀進(jìn)行控制，并對(duì)采集的圖像進(jìn)行運(yùn)算、處理、存儲(chǔ)和輸出。遮擋機(jī)構(gòu)，設(shè)于所述兩種傳感器系統(tǒng)上方，由扇葉和步進(jìn)電機(jī)等組成，受采集控制系統(tǒng)控制進(jìn)行打開(kāi)和閉合，用于對(duì)傳感器模塊進(jìn)行防護(hù)。電源系統(tǒng)，采用交流供電方式，通過(guò)開(kāi)關(guān)電源轉(zhuǎn)換成兩路輸出，為儀器各個(gè)部件供電。外圍組件，包括機(jī)箱、隔熱板等部件，用于對(duì)以上幾個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行整體防護(hù)。該云量自動(dòng)觀測(cè)儀器用于自動(dòng)測(cè)量全天空的云量，對(duì)天氣預(yù)報(bào)、氣候變化分析和氣象為社會(huì)公眾服務(wù)都有重要意義。
【專利說(shuō)明】—種云量自動(dòng)觀測(cè)儀器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及氣象領(lǐng)域地面觀測(cè)中對(duì)于全天空云量的觀測(cè)，可取代目前采用的人工估測(cè)方式，實(shí)現(xiàn)全天空的云量分布的自動(dòng)測(cè)量，適用于地面自動(dòng)氣象站的云量觀測(cè)。
【背景技術(shù)】
[0002]云量的觀測(cè)是地面氣象觀測(cè)中最基本的項(xiàng)目之一，云量對(duì)天氣預(yù)報(bào)、氣候變化分析和氣象為社會(huì)公眾服務(wù)都有重要意義?，F(xiàn)有的觀云方法中，只有對(duì)云高的觀測(cè)實(shí)現(xiàn)了器測(cè)，但對(duì)云量、云狀的觀測(cè)卻依然是人工估測(cè)。人工估測(cè)云量的觀測(cè)方式已經(jīng)不能滿足天氣預(yù)報(bào)與氣象服務(wù)的需求，尋找一種能夠代替人眼來(lái)自動(dòng)識(shí)別云的儀器變得十分迫切。
[0003]從國(guó)際發(fā)展趨勢(shì)看，采用全天空成像輻射儀進(jìn)行云和晴天輻射參數(shù)遙感是一個(gè)必然的方向。全天空成像觀測(cè)技術(shù)的研究有近百年的歷史，當(dāng)前較有代表性的是被美國(guó)ARM計(jì)劃中選用的WSI和TSI系統(tǒng)。另外新西蘭(HSI)和日本(ASIS)研究人員亦開(kāi)發(fā)了自己的全天空成像系統(tǒng)用于氣象觀測(cè)和研究。
[0004]國(guó)內(nèi)，中國(guó)科學(xué)院大氣物理研究所、解放軍理工等幾家單位也已經(jīng)開(kāi)始研究基于地面云量觀測(cè)的自動(dòng)云量?jī)x，截止目前仍沒(méi)有形成成熟的產(chǎn)品。
[0005]隨著現(xiàn)代傳感器技術(shù)、微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息處理技術(shù)的迅猛發(fā)展并廣泛地應(yīng)用于氣象觀測(cè)領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)云量地面自動(dòng)觀測(cè)技術(shù)上已經(jīng)變得可行。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0006]本實(shí)用新型的目的是提供一種云量自動(dòng)觀測(cè)儀器，該儀器可根據(jù)需求定時(shí)測(cè)量全天空的云量，對(duì)天氣預(yù)報(bào)、氣候變化分析和氣象為社會(huì)公眾服務(wù)都有重要意義。
[0007]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供一種云量自動(dòng)觀測(cè)儀器，包括傳感器系統(tǒng)、采集控制系統(tǒng)、遮擋機(jī)構(gòu)，電源系統(tǒng)及外圍組件。其特征在于，還包括:用于采集全天空云圖的可見(jiàn)光傳感器(視場(chǎng)角> 120° )和紅外傳感器(視場(chǎng)角>45° )，密封在外防護(hù)殼體中，位于儀器上端；用于對(duì)儀器進(jìn)行控制，并對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算、處理并輸出的采集控制系統(tǒng)，設(shè)于所述外圍組件的主機(jī)箱中；用于保護(hù)傳感器模塊的遮擋機(jī)構(gòu)，由扇葉和步進(jìn)電機(jī)等組成，受采集控制系統(tǒng)控制進(jìn)行打開(kāi)和閉合，用于對(duì)傳感器模塊進(jìn)行防護(hù)，設(shè)于所述傳感器系統(tǒng)上方，固定在外防護(hù)系統(tǒng)的機(jī)箱上；儀器的電源系統(tǒng)，采用交流供電方式，通過(guò)開(kāi)關(guān)電源轉(zhuǎn)換成兩路輸出，為各個(gè)部件供電，設(shè)于所述外圍組件的主機(jī)箱中；外圍組件，包括機(jī)箱、隔熱板等部件，用于對(duì)以上幾個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行整體防護(hù)。所述傳感器系統(tǒng)、采集控制系統(tǒng)、遮擋機(jī)構(gòu)及電源系統(tǒng)之間通過(guò)線纜連接。
[0008]優(yōu)選地，所述傳感器系統(tǒng)包含可見(jiàn)光傳感器和紅外傳感器，其中可見(jiàn)光傳感器采用魚(yú)眼鏡頭，有效視場(chǎng)角>120°，紅外傳感器有效視場(chǎng)角>45°。可見(jiàn)光傳感器和紅外傳感器分別被固定于可見(jiàn)光外防護(hù)裝置及紅外外防護(hù)裝置中，并通過(guò)線纜同采集控制系統(tǒng)及電源系統(tǒng)相連。
[0009]優(yōu)選地，所述可見(jiàn)光傳感器外防護(hù)裝置，其特征在于，所述可見(jiàn)光防護(hù)裝置包括底蓋、O型密封圈、外殼、可見(jiàn)光相機(jī)、螺栓、平墊圈、彈簧墊圈、鎖母、亞克力球罩、遮光罩、O型密封圈、螺栓、平墊圈、彈簧墊圈共14部分組成，其中底蓋上有RJ-45接口及電源接口。
[0010]優(yōu)選地，所述紅外傳感器外防護(hù)裝置，其特征在于，所述紅外防護(hù)裝置包括底蓋、O型密封圈、外殼、紅外相機(jī)、螺栓、平墊圈、彈簧墊圈、鍺視窗組件、鎖母、O型密封圈、螺栓、平墊圈、彈簧墊圈、彎角、螺栓、平墊圈、彈簧墊圈共17部分組成，其中地蓋上有串口及電源接□。
[0011]優(yōu)選地，所述采集控制系統(tǒng)由一臺(tái)工業(yè)計(jì)算機(jī)組成，通過(guò)線纜同其它部分連接，對(duì)儀器進(jìn)行控制，并對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算、處理并輸出的采集控制系統(tǒng)，固定于所述外圍組件的主機(jī)箱中。
[0012]優(yōu)選地，所述遮擋機(jī)構(gòu)包括步進(jìn)電機(jī)組件、內(nèi)六角平端緊定螺釘、內(nèi)六角圓柱端緊定螺釘、軸用彈性擋圈、螺栓、平墊圈、彈簧墊圈、O型密封圈、機(jī)座、軸座、軸、O型密封圈、上軸承、防塵蓋、螺栓、下軸承、下軸承墊圈、限位開(kāi)關(guān)檔鐵、內(nèi)六角平端緊定螺釘、扇葉等共21部分組成，通過(guò)信號(hào)線同電機(jī)控制器連接。
[0013]優(yōu)選地，所述的供電系統(tǒng)，其特征在于，由斷路保護(hù)器和電源組成，采用交流供電方式，通過(guò)開(kāi)關(guān)電源轉(zhuǎn)換成兩路輸出，為各個(gè)部件供電，設(shè)于所述外圍組件的主機(jī)箱中。
[0014]優(yōu)選地，所述的外圍組件，其特征在于，由機(jī)箱、隔熱板等部件，用于對(duì)以上幾個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行整體防護(hù)。
[0015]本實(shí)用新型提供的各主要部件，包括傳感器系統(tǒng)、采集控制系統(tǒng)、遮擋機(jī)構(gòu)及電源系統(tǒng)之間通過(guò)線纜連接，并固定于外圍組件的機(jī)箱內(nèi)或者機(jī)箱上。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1為本實(shí)用新型所提供的云量自動(dòng)觀測(cè)儀整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖2為本儀器部件可見(jiàn)光傳感器外防護(hù)裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖3為本儀器部件紅外傳感器外防護(hù)裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖4為本儀器部件遮擋機(jī)構(gòu)裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖5為本實(shí)用新型所提供云量自動(dòng)觀測(cè)儀的工作流程總圖。
[0021]圖1 中:
[0022]可見(jiàn)光傳感器I ’紅外傳感器2 ’遮擋機(jī)構(gòu)3 ’采集控制系統(tǒng)4 ’ ;供電系統(tǒng)5 f 外圍組件V 。
[0023]圖2 中:
[0024]1.底蓋、2.0型密封圈、3.外殼、4.可見(jiàn)光相機(jī)、5.螺栓、6.平墊圈、7.彈簧墊圈、8.鎖母、9.亞克力球罩、10.遮光罩、11.0型密封圈、12.螺栓、13.平墊圈、14.彈簧墊圈。
[0025]圖3 中:
[0026]1.底蓋、2.0型密封圈、3.外殼、4.紅外相機(jī)、5.螺栓、6.平墊、
[0027]7.彈簧墊圈、8.鍺視窗組件、9.鎖母、10.0型密封圈、11.螺栓、12.平墊圈、13.彈簧墊圈、14.彎角、15.螺栓、16.平墊圈、17.彈簧墊圈。
[0028]圖4 中:
[0029]1.步進(jìn)電機(jī)組件、2.內(nèi)六角平端緊定螺釘、3.內(nèi)六角圓柱端緊定螺釘、4.軸用彈性擋圈、5.螺栓、6.平墊圈、7.彈簧墊圈、8.0型密封圈、9.機(jī)座、10.軸座、11.軸、12.0型密封圈、13.上軸承、14.防塵蓋、15.螺栓、16.下軸承、17.下軸承墊圈、18.限位開(kāi)關(guān)檔鐵、19.內(nèi)六角平端緊定螺釘、20.扇葉。
【具體實(shí)施方式】
[0030]為了使本【技術(shù)領(lǐng)域】的人員更好地理解本實(shí)用新型方案，下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
[0031]請(qǐng)參考圖1，圖1為本實(shí)用新型所提供云量自動(dòng)觀測(cè)儀的一種【具體實(shí)施方式】的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0032]在一種【具體實(shí)施方式】中，本實(shí)用新型所提供的云量自動(dòng)觀測(cè)儀，包括可見(jiàn)光傳感器P 紅外傳感器2 '遮擋機(jī)構(gòu)3 '采集控制系統(tǒng)4 '供電系統(tǒng)5 '外圍組件6 '。
[0033]請(qǐng)參考圖2，圖2可見(jiàn)光傳感器外防護(hù)裝置結(jié)構(gòu)圖，該結(jié)構(gòu)采用基于航空標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的密封件，采用陽(yáng)極表面化處理的鋁材料制作，并做三防處理，有效防護(hù)等級(jí)可達(dá)到ΙΡ65級(jí)。
[0034]請(qǐng)參考圖3，圖3紅外傳感器外防護(hù)裝置結(jié)構(gòu)圖，該結(jié)構(gòu)采用基于航空標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的密封件，采用陽(yáng)極表面化處理的鋁材料制作，并做三防處理，有效防護(hù)等級(jí)可達(dá)到ΙΡ65級(jí)。
[0035]請(qǐng)參考圖4，圖4為遮擋機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖，該遮擋機(jī)構(gòu)由步進(jìn)電機(jī)、軸承、定位裝置及扇葉等組成。該結(jié)構(gòu)由采集控制系統(tǒng)通過(guò)電機(jī)控制器進(jìn)行控制，在傳感器系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時(shí)，遮擋機(jī)構(gòu)打開(kāi)，采集完成后，遮擋機(jī)構(gòu)閉合。通過(guò)這種方式，將可見(jiàn)光及紅外傳感器暴露在太陽(yáng)光下的時(shí)間降到最低，能有效防止太陽(yáng)光的長(zhǎng)時(shí)間照射對(duì)傳感器的損害。
[0036]其工作原理如下:
[0037]由上所述，本實(shí)用新型所提供的云量自動(dòng)觀測(cè)儀，主要是通過(guò)可見(jiàn)光及紅外傳感器采集云圖，通過(guò)采集控制系統(tǒng)內(nèi)置的算法，計(jì)算出天空中的云占全天空百分比一即云量，將計(jì)算的結(jié)果存儲(chǔ)在本地設(shè)備上，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)輸出到數(shù)據(jù)中心，實(shí)現(xiàn)云量的自動(dòng)觀測(cè)。當(dāng)前國(guó)際云識(shí)別算法主要為閾值判別法，即以兩波段(藍(lán)/紅)的灰度比(或輻射亮度比)作為判斷云與晴空的依據(jù)。其物理依據(jù)是大氣分子散射與波長(zhǎng)成正比(天空為藍(lán)色).而在可見(jiàn)光波段云的散射相對(duì)波長(zhǎng)關(guān)系不明顯(云為白色)。高能見(jiàn)度條件下閾值方法識(shí)別云十分有效，但在低能見(jiàn)度條件下由于氣溶膠的增加造成天空色度的藍(lán)色成分削弱，有氣溶膠的天空將變得灰白，從而易造成將氣溶膠大氣誤判為云的情況。本儀器將閾值法與SVM算法有效的結(jié)合起來(lái)，取長(zhǎng)補(bǔ)短，通過(guò)SVM算法對(duì)大量歷史數(shù)據(jù)的學(xué)習(xí)，并結(jié)合圖像分割、圖像紋理以及通過(guò)時(shí)間上下文關(guān)系等方式來(lái)綜合判斷，整體上大幅提高了測(cè)量的準(zhǔn)確性和精確性。
[0038]云量自動(dòng)觀測(cè)儀具有如下功能:
[0039]1.全天空?qǐng)D像的自動(dòng)采集；
[0040]2.全天空云量的自動(dòng)計(jì)算、儲(chǔ)存與輸出；
[0041]3.儀器可連接到互聯(lián)網(wǎng)上，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程訪問(wèn)、控制與升級(jí)。
[0042]綜上所述，該云量自動(dòng)觀測(cè)儀集先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感器技術(shù)和通信技術(shù)于一體，采用模塊化設(shè)計(jì)，引入了電磁兼容性、可靠性、可維護(hù)性的設(shè)計(jì)理念，能夠防曬、防雨、防塵、防凍、防結(jié)露、防霉菌、防止灰塵、雜質(zhì)和腐蝕性氣體的污染，能夠在高溫、低溫等復(fù)雜環(huán)境下保持穩(wěn)定的狀態(tài)。
[0043]上述云量自動(dòng)觀測(cè)儀僅是一種優(yōu)選方案，具體并不局限于此，在此基礎(chǔ)上可根據(jù)實(shí)際需要作出具有針對(duì)性的調(diào)整，從而得到不同的實(shí)施方式。由于可能實(shí)現(xiàn)的方式較多，這里就不再一一舉例說(shuō)明。
[0044]請(qǐng)參考圖5，圖5為本實(shí)用新型所提供云量自動(dòng)觀測(cè)儀的工作方法的流程總圖。
[0045]以上對(duì)本實(shí)用新型所提供的云量自動(dòng)觀測(cè)儀結(jié)構(gòu)及其工作原理進(jìn)行了詳細(xì)介紹。本文中應(yīng)用了具體個(gè)例對(duì)本實(shí)用新型的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說(shuō)明只是用于幫助理解本實(shí)用新型的核心思想。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)，在不脫離本實(shí)用新型原理的前提下，還可以對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行若干改進(jìn)和修飾，這些改進(jìn)和修飾也落入本實(shí)用新型權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種云量自動(dòng)觀測(cè)儀器，包括傳感器系統(tǒng)、采集控制系統(tǒng)、遮擋機(jī)構(gòu)，電源系統(tǒng)及外圍組件，其特征在于，還包括:用于采集全天空云圖的可見(jiàn)光傳感器，其有效視場(chǎng)角^ 120° ,紅外傳感器,其有效視場(chǎng)角> 45° ,密封在外防護(hù)殼體中,位于儀器上端；用于對(duì)儀器進(jìn)行控制，并對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算、處理并輸出的采集控制系統(tǒng)，設(shè)于所述外圍組件的主機(jī)箱中；用于保護(hù)傳感器模塊的遮擋機(jī)構(gòu)，由扇葉和步進(jìn)電機(jī)等組成，受采集控制系統(tǒng)控制進(jìn)行打開(kāi)和閉合，用于對(duì)傳感器模塊進(jìn)行防護(hù)，設(shè)于所述傳感器系統(tǒng)上方，固定在外防護(hù)系統(tǒng)的機(jī)箱上；儀器的電源系統(tǒng)，采用交流供電方式，通過(guò)開(kāi)關(guān)電源轉(zhuǎn)換成兩路輸出，為各個(gè)部件供電，設(shè)于所述外圍組件的主機(jī)箱中；外圍組件，包括機(jī)箱、隔熱板等部件，用于對(duì)以上幾個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行整體防護(hù)，所述傳感器系統(tǒng)、采集控制系統(tǒng)、遮擋機(jī)構(gòu)及電源系統(tǒng)之間通過(guò)線纜連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的云量自動(dòng)觀測(cè)儀器，其傳感器系統(tǒng)，其特征在于，所述傳感器系統(tǒng)包含可見(jiàn)光傳感器和紅外傳感器，其中可見(jiàn)光傳感器采用魚(yú)眼鏡頭，有效視場(chǎng)角^ 120° ,紅外傳感器有效視場(chǎng)角> 45° ;可見(jiàn)光傳感器和紅外傳感器分別被固定于可見(jiàn)光傳感器外防護(hù)裝置及紅外傳感器外防護(hù)裝置中，并通過(guò)線纜同采集控制系統(tǒng)及電源系統(tǒng)相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的云量自動(dòng)觀測(cè)儀器，其傳感器系統(tǒng)中的可見(jiàn)光傳感器外防護(hù)裝置，其特征在于，所述可見(jiàn)光外防護(hù)裝置包括底蓋、O型密封圈、外殼、可見(jiàn)光相機(jī)、螺栓、平墊圈、彈簧墊圈、鎖母、亞克力球罩、遮光罩、O型密封圈、螺栓、平墊圈、彈簧墊圈共14部分組成，其中底蓋上有RJ-45接口及電源接口。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的云量自動(dòng)觀測(cè)儀器，其傳感器系統(tǒng)中的紅外傳感器外防護(hù)裝置，其特征在于，所述紅外傳感器外防護(hù)裝置包括底蓋、O型密封圈、外殼、紅外相機(jī)、螺栓、平墊圈、彈簧墊圈、鍺視窗組件、鎖母、O型密封圈、螺栓、平墊圈、彈簧墊圈、彎角、螺栓、平墊圈、彈簧墊圈共17部分組成，其中地蓋上有串口及電源接口。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的云量自動(dòng)觀測(cè)儀器，其采集控制系統(tǒng)，其特征在于，所述采集控制系統(tǒng)由一臺(tái)工業(yè)計(jì)算機(jī)組成，通過(guò)線纜同其它部分連接，對(duì)儀器進(jìn)行控制，并對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算、處理并輸出的采集控制系統(tǒng)，固定于所述外圍組件的主機(jī)箱中。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的云量自動(dòng)觀測(cè)儀器，其遮擋機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述遮擋機(jī)構(gòu)包括步進(jìn)電機(jī)組件、內(nèi)六角平端緊定螺釘、內(nèi)六角圓柱端緊定螺釘、軸用彈性擋圈、螺栓、平墊圈、彈簧墊圈、O型密封圈、機(jī)座、軸座、軸、O型密封圈、上軸承、防塵蓋、螺栓、下軸承、下軸承墊圈、限位開(kāi)關(guān)檔鐵、內(nèi)六角平端緊定螺釘、扇葉等共21部分組成，通過(guò)信號(hào)線同電機(jī)控制器連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的云量自動(dòng)觀測(cè)儀器，其供電系統(tǒng)，其特征在于，由斷路保護(hù)器和電源組成，采用交流供電方式，通過(guò)開(kāi)關(guān)電源轉(zhuǎn)換成兩路輸出，為各個(gè)部件供電，設(shè)于所述外圍組件的主機(jī)箱中。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的云量自動(dòng)觀測(cè)儀器，其外圍組件，其特征在于，由機(jī)箱、隔熱板等部件，用于對(duì)以上幾個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行整體防護(hù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8任一項(xiàng)所述的云量自動(dòng)觀測(cè)儀器，其特征在于，所述傳感器系統(tǒng)、采集控制系統(tǒng)、遮擋機(jī)構(gòu)及電源系統(tǒng)之間通過(guò)線纜連接，并固定于外圍組件的機(jī)箱內(nèi)或者機(jī)箱上。
【文檔編號(hào)】G01W1/00GK203811829SQ201420160164
【公開(kāi)日】2014年9月3日 申請(qǐng)日期:2014年4月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月3日
【發(fā)明者】李建成, 范銅堂, 張少夫 申請(qǐng)人:北京中科宇天科技發(fā)展有限公司