一种热红外方向性辐射温度与半球面辐射温度数据采集系统装置制造方法及图纸

一种热红外方向性辐射温度与半球面辐射温度数据采集系统装置由硬件和软件两大模块组成，其中硬件模块由圆形轨道、电动拖车、天顶半圆弧轨道以及红外热像仪四部分组成，软件模块由拖车与半圆弧控制软件和红外辐射温度计算软件两部分组成。天顶半圆弧轨道置于圆形轨道上，由电动拖车控制，可在水平方向上进行360度旋转。红外热像仪安装在天顶半圆弧轨道上，由电动拖车控制，可沿着半圆弧轨道在垂直方向上做0‑90度滑动。将红外热像仪采集的数据输入到红外辐射温度计算软件中，可以获得不同观测方向上的热红外辐射温度以及整个半球面的辐射温度。这些温度数据可以用于热红外的多角度遥感建模与验证工作中。

A data acquisition system for thermal infrared directional radiation temperature and hemispherical radiation temperature

A thermal infrared directional radiation temperature and hemispherical radiation temperature data acquisition system is composed of hardware and software. The hardware module is composed of circular track, electric trailer, zenith semi-circular arc track and infrared thermal imager. The software module is composed of trailer and semi-circular arc control software and infrared radiation temperature. The software consists of two parts. The zenith semi-circular track is placed on a circular track and controlled by an electric trailer. It can rotate 360 degrees horizontally. The infrared thermal imager is mounted on the zenith semi-circular track and controlled by an electric trailer. It can slip along the semi-circular track in a vertical direction of 0.90 degrees. By inputting the data collected by the infrared thermal imager into the infrared radiation temperature calculation software, the thermal infrared radiation temperature in different observation directions and the radiation temperature of the whole hemisphere can be obtained. These temperature data can be used in the modeling and verification of thermal infrared multi angle remote sensing.

【技术实现步骤摘要】
一种热红外方向性辐射温度与半球面辐射温度数据采集系统装置
本专利技术涉及一种热红外方向性辐射温度与半球面辐射温度数据采集系统装置，可以在不同观测方向上对目标物进行测量，从而获取不同角度情况下的热红外辐射数据，可在热红外的多角度遥感建模与验证工作中发挥重要作用。
技术介绍
大量事实证明，地球表面绝大多数的自然地物都具有显著的方向各异性。在遥感领域，方向性的反射或热辐射是目标地物和电磁波相互作用的基本现象。地物表面各组分的特征差异以及光照阴影比例在空间分布上的不同是造成各向异性的原因，因此这种方向性的信息不仅包含了地物的波谱特征，还包含了地物的结构特征。准确地获取地物的各向异性对于科学认识地物的光谱特征、研究地表与辐射的相互作用机制、提高遥感数据校正精度等均可起到至关重要的作用。传统遥感基于地表为朗伯体的假设，通过某一个方向的垂直观测获取目标地物的二维信息。而定量遥感的首要要求则是对目标地物进行合理描述，因此传统的单一方向测量缺乏足够的信息来同时推断一个像元的主要材料波谱和空间结构，从而使定量遥感变得非常困难。多角度观测通过对目标地物多个方向的观察，可以得到更为丰富和可靠的三维信息，能够为定量遥感提供新的途径。多角度热红外辐射观测是获取目标地物方向性热辐射的主要方法之一。然而，在以往多角度观测中，随着观测角度的变化载荷仪器观测到的目标地物也会发生变化，从而使得观测数据缺乏一致性，限制了定量遥感的机理研究。因此，设计一种便携式的适用于野外不同下垫面情况的热红外数据采集系统装置，保证热红外测量仪器在观测角度发生变化的情况下观测到的仍然是同一地物，是本专利技术的主要出发点。
技术实现思路
针对现有热红外观测试验中观测目标随着观测角度的改变而不一致的问题，本专利技术设计了一种热红外方向性辐射温度与半球面辐射温度数据采集系统装置，保证观测仪器在不同天顶角和方位角条件下观测到的仍是同一地物，从而实现不同观测角度条件下观测数据的一致性。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种热红外方向性辐射温度与半球面辐射温度数据采集系统装置，其特征在于：包括圆形轨道、电动拖车、天顶半圆弧轨道和红外热像仪以及拖车与半圆弧控制软件和红外辐射温度计算软件，其中：所述的圆形轨道：是拖车进行环形运动的轨道，由航空铝管包裹的合成塑料制成，铝管壁厚1mm，直径32mm，填充材料为POLYMSJ合成的最轻塑料，具有高强度，高韧性，高耐温，重量超轻的特点；所述的电动拖车：共两台，每台由四个橡胶轮组支撑，内卡在圆形轨道上，平衡性好，不易脱轨，轮组运动平滑，噪声小，拖车由电机控制运动，运动方向、速度和角度均可自动控制；所述的天顶半圆弧轨道：包括半圆形导轨、步进电机和固定器，半圆形导轨由航空铝管包裹的合成塑料制成，两端通过调整滑套固定在电动拖车上，稳定性好且可调整高度，固定器内卡在半圆形导轨上，步进电机安装在半圆形导轨的末端，控制固定器在半圆形导轨上运动；所述的红外热像仪：由固定器固定在半圆形导轨上，可沿着半圆形导轨上下滑动，测量不同观测方向上的热红外辐射数据，结合天顶半圆弧轨道在圆形轨道上的不同方位角旋转，可获得不同观测天顶角和方位角情况下的目标热红外辐射数据；所述的拖车与半圆弧控制软件：负责给电动拖车中的电机发动指令，控制天顶半圆弧轨道在圆形轨道上的水平旋转和红外热像仪在半圆形导轨上的上下滑动；所述的红外辐射温度计算软件：负责辐射温度的计算，根据测量的热红外辐射数据，计算出热红外方向性辐射温度和半球面辐射温度，具体过程如下：根据下面的方程式(1)，将某个观测方向红外热像仪测量的辐射亮度数据转换为方向辐射温度：(1)式中，为第一辐射常数，等于1.191×108;为第二辐射常数，等于1.439×104；为红外热像仪光谱响应范围的中心波长，单位为微米；为红外热像仪测量的地面上的红外辐射亮度，为观测天顶角，为观测方位角；将所有观测方向测量的热红外辐射亮度数据，根据下面的方程式(2)进行积分，获得整个半球面的辐射亮度数据：(2)式中，为地面上整个半球面的辐射亮度，然后再根据方程式(1)，将替代方向辐射亮度，计算得到整个半球面的辐射温度。所述的圆形轨道由8节工字型弧形轨道连接组成，为360°圆形轨道，半径为2m，为保证拖车运动的稳定性，每节轨道中轨头宽140mm，高30mm，轨腰宽100mm，高40mm，轨底宽200mm，高30mm。所述的圆形轨道各节导轨之间连接方式为子母扣式，每节导轨一侧有孔位凹点作为母扣，一侧通过固定卡扣生成凸点成为子扣，可徒手拆卸和安装。所述的电动拖车底板位于滚轮组之上，底板上安装电瓶箱给电机供电，两辆拖车分列圆形轨道两侧降低整个观测系统重心，提高稳定性。所述的电动拖车配有两根高度为1030mm的垂直滑杆，并通过两根辅助斜梁固定来增加承重力，垂直滑杆上有调整滑套，可上下调整高度，观测不同高度的地物。所述的调整滑套由黑色铁板制成，通过卡扣锁紧在垂直滑杆上，可调整的范围是0~900mm。所述的电瓶箱在充满电的情况下，可保证观测装置连续运动8小时。所述的天顶半圆弧轨道通过卡扣固定在调整滑套上，随着电动拖车绕圆形轨道转动。所述的半圆形导轨由4节工字型弧形轨道连接组成，成180°半圆形轨道，半径为2m，每节轨道中轨头、轨底宽120mm，高30mm，轨腰宽60mm，高40mm。所述的装置红外热像仪的固定器的运动受电机控制，可沿半圆形导轨做上下来回运动，即天顶方向转动的角度范围为-90°~90°，电机安装在半圆形导轨的末端。所述的电动拖车和固定器转动的角度分辨率为1°，运动坐标由电机记录，重复定位精度高于0.1°。对比现有技术，本专利技术的有益效果在于：（1）本专利技术便携，拆卸和组装简单，非常适合于在野外开展热红外辐射测量，且能够在不同下垫面类型的地面上开展实验。（2）本专利技术不需外部电力供应、数据采集、数据存储于一体，具有野外全自动化的观测能力。（3）本专利技术能够根据下垫面作物冠层的高度，调整天顶半圆弧轨道的架设高度，在不同观测方向上始终使观测仪器镜头到目标物的距离等于圆形轨道的半径，真正实现了观测仪器在不同天顶角和方位角条件下观测到的是同一地物，从而保证了不同观测角度条件下测量数据的一致性。附图说明图1是本专利技术的总体设计框图图2是本专利技术的热红外辐射温度数据采集系统装置示意图图3是本专利技术中圆形轨道示意图图4是本专利技术电动拖车示意图图5是本专利技术中天顶弧半圆轨道示意图附图中：1.圆形轨道，2.电动拖车，3.天顶弧半圆轨道，4.子扣，5.母扣，6.拖车底板，7.调整滑套，8.垂直滑杆，9.斜梁，10.拖车电机，11.固定器电机，12.半圆形导轨，13.固定器，14.红外热像仪。具体实施方式利用一种热红外方向性辐射温度与半球面辐射温度数据采集系统装置的具体步骤如下：如图1所示，本专利技术包括：（1）硬件模块：主要由圆形轨道1、电动拖车2、天顶半圆弧轨道3和红外热像仪14四部分组成。如图2所示，其中圆形轨道1是电动拖车2进行环形运动的轨道，由航空铝管包裹的合成塑料制成，具有高强度，高韧性，高耐温，重量超轻的特点；电动拖车2共两台，每台由四个橡胶轮组支撑，内卡在圆形轨道1上，平衡性好，不易脱轨，轮组运动平滑，噪声小，电动拖车2由拖车电机10控制运动，运动方向、速度和角度均可自动本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种热红外方向性辐射温度与半球面辐射温度数据采集系统装置，其特征在于：包括圆形轨道、电动拖车、天顶半圆弧轨道和红外热像仪以及拖车与半圆弧控制软件和红外辐射温度计算软件，其中：所述的圆形轨道：是拖车进行环形运动的轨道，由航空铝管包裹的合成塑料制成，铝管壁厚1mm，直径32mm，填充材料为POLYMSJ 合成的最轻塑料，具有高强度，高韧性，高耐温，重量超轻的特点；所述的电动拖车：共两台，每台由四个橡胶轮组支撑，内卡在圆形轨道上，平衡性好，不易脱轨，轮组运动平滑，噪声小，拖车由电机控制运动，运动方向、速度和角度均可自动控制；所述的天顶半圆弧轨道：包括半圆形导轨、步进电机和固定器，半圆形导轨由航空铝管包裹的合成塑料制成，两端通过调整滑套固定在电动拖车上，稳定性好且可调整高度，固定器内卡在半圆形导轨上，步进电机安装在半圆形导轨的末端，控制固定器在半圆形导轨上运动；所述的红外热像仪：由固定器固定在半圆形导轨上，可沿着半圆形导轨上下滑动，测量不同观测方向上的热红外辐射数据，结合天顶半圆弧轨道在圆形轨道上的不同方位角旋转，可获得不同观测天顶角和方位角情况下的目标热红外辐射数据；所述的拖车与半圆弧控制软件：负责给电动拖车中的电机发动指令，控制天顶半圆弧轨道在圆形轨道上的水平旋转和红外热像仪在半圆形导轨上的上下滑动；所述的红外辐射温度计算软件：负责辐射温度的计算，根据测量的热红外辐射数据，计算出热红外方向性辐射温度和半球面辐射温度，具体过程如下：根据下面的方程式(1)，将某个观测方向红外热像仪测量的辐射亮度数据转换为方向辐射温度...

【技术特征摘要】
1.一种热红外方向性辐射温度与半球面辐射温度数据采集系统装置，其特征在于：包括圆形轨道、电动拖车、天顶半圆弧轨道和红外热像仪以及拖车与半圆弧控制软件和红外辐射温度计算软件，其中：所述的圆形轨道：是拖车进行环形运动的轨道，由航空铝管包裹的合成塑料制成，铝管壁厚1mm，直径32mm，填充材料为POLYMSJ合成的最轻塑料，具有高强度，高韧性，高耐温，重量超轻的特点；所述的电动拖车：共两台，每台由四个橡胶轮组支撑，内卡在圆形轨道上，平衡性好，不易脱轨，轮组运动平滑，噪声小，拖车由电机控制运动，运动方向、速度和角度均可自动控制；所述的天顶半圆弧轨道：包括半圆形导轨、步进电机和固定器，半圆形导轨由航空铝管包裹的合成塑料制成，两端通过调整滑套固定在电动拖车上，稳定性好且可调整高度，固定器内卡在半圆形导轨上，步进电机安装在半圆形导轨的末端，控制固定器在半圆形导轨上运动；所述的红外热像仪：由固定器固定在半圆形导轨上，可沿着半圆形导轨上下滑动，测量不同观测方向上的热红外辐射数据，结合天顶半圆弧轨道在圆形轨道上的不同方位角旋转，可获得不同观测天顶角和方位角情况下的目标热红外辐射数据；所述的拖车与半圆弧控制软件：负责给电动拖车中的电机发动指令，控制天顶半圆弧轨道在圆形轨道上的水平旋转和红外热像仪在半圆形导轨上的上下滑动；所述的红外辐射温度计算软件：负责辐射温度的计算，根据测量的热红外辐射数据，计算出热红外方向性辐射温度和半球面辐射温度，具体过程如下：根据下面的方程式(1)，将某个观测方向红外热像仪测量的辐射亮度数据转换为方向辐射温度：(1)式中，为第一辐射常数，等于1.191×108；为第二辐射常数，等于1.439×104；为红外热像仪光谱响应范围的中心波长，单位为微米；为红外热像仪测量的地面上的红外辐射亮度，为观测天顶角，为观测方位角；将所有观测方向测量的热红外辐射亮度数据，根据下面的方程式(2)进行积分，获得整个半球面的辐射亮度数据：(2)式中，为地面上整个半球面的辐射亮度，然后再根据方程式(1)，将替代方向辐射亮度，计算得到整个半球面的辐射温度。2.根据权利要求1所述的一种热红外方向性辐射温度与半球面辐射温度数据采集系统装置，其特征在于：圆形轨道由8节工字型弧形轨道连接组成，为360°圆形轨道，半径为2m，为保...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐伯惠，李召良，
申请(专利权)人：中国科学院地理科学与资源研究所，中国农业科学院农业资源与农业区划研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11