專利名稱：基于太陽位置仿真的快速年可照時(shí)數(shù)定量測(cè)量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于太陽位置仿真的快速年可照時(shí)數(shù)定量測(cè)量方法。
背景技術(shù)：
陽光直接照射到物體表面的現(xiàn)象，稱為日照。陽光直接照射到建筑地段、建筑物外圍結(jié)構(gòu)表面和房間內(nèi)部的現(xiàn)象稱為建筑日照。建筑日照主要是研究太陽直射輻射對(duì)建筑物的作用和建筑物對(duì)日照的要求。
由于陽光照射，引起動(dòng)植物的各種光生物學(xué)反應(yīng)，因而促進(jìn)生物機(jī)體的新陳代謝。陽光中所含紫外線能預(yù)防和治療一些疾病，如感冒、支氣管炎、扁桃腺炎和佝僂病等。因此，建筑物具有適宜的日照有著重要的衛(wèi)生意義；其次，陽光中含有大量紅外線和可見光，若冬季能直射入室內(nèi)，所產(chǎn)生的熱效應(yīng)能提高室內(nèi)溫度，有良好的取暖和干燥作用，在長(zhǎng)江流域以北更為有利。
因此建筑日照是城鄉(xiāng)規(guī)劃和建筑設(shè)計(jì)中必須考慮的重要因素，且隨著城市化進(jìn)程和建筑事業(yè)的發(fā)展、人們對(duì)環(huán)境質(zhì)量要求的提高，其意義將更為廣泛和深遠(yuǎn)。那么，評(píng)價(jià)建筑日照時(shí)間的長(zhǎng)短用可照時(shí)數(shù)。太陽中心從出現(xiàn)在一地的東方地平線到進(jìn)入西方地平線，其直射光線在無地物、云、霧等任何遮蔽的條件下，照射到地面所經(jīng)歷的時(shí)間，稱為“可照時(shí)數(shù)”。太陽在一個(gè)地方實(shí)際照射地面的時(shí)數(shù)，稱為“日照時(shí)數(shù)”。日照時(shí)數(shù)以小時(shí)為單位，可用日照計(jì)測(cè)定。日照時(shí)數(shù)與可照時(shí)數(shù)之比為日照百分率，它可以衡量一個(gè)地區(qū)的光照條件。
測(cè)定日照時(shí)數(shù)的儀器主要有三種，它們是暗筒式日照計(jì)、聚焦式日照計(jì)、光電日照計(jì)，這些日照測(cè)量?jī)x器均不適合可照時(shí)數(shù)測(cè)量，更不適合實(shí)際可照時(shí)數(shù)測(cè)量，據(jù)檢索，測(cè)量可照時(shí)數(shù)的儀器目前尚無，研究開發(fā)用于測(cè)量建筑實(shí)際可照時(shí)數(shù)定量測(cè)量的方法和裝置顯得尤其迫切和必要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的提供一種基于太陽位置仿真的快速年可照時(shí)數(shù)定量測(cè)量方法，解決如何測(cè)量建筑日照時(shí)間的長(zhǎng)短問題，為建筑日照設(shè)計(jì)，建筑陰影引起的糾紛和房屋日照質(zhì)量評(píng)估提出一個(gè)定量的依據(jù)。
本發(fā)明是這樣來實(shí)現(xiàn)的，其測(cè)量裝置由6部分組成，測(cè)繪支架、安裝在測(cè)繪支架上的極坐標(biāo)伺服定位云臺(tái)、安裝在極坐標(biāo)伺服定位云臺(tái)旋臂上的激光測(cè)距儀、控制器、便攜式計(jì)算機(jī)、便攜式打印機(jī)，測(cè)量方法是先對(duì)某日期從太陽升起到太陽落下的時(shí)間段按照一定的時(shí)間間隔(例如5分鐘)進(jìn)行時(shí)刻采樣，利用便攜式計(jì)算機(jī)采樣時(shí)刻。對(duì)某日期從太陽升起到太陽落下的時(shí)間段按照一定的時(shí)間間隔(例如5分鐘)進(jìn)行時(shí)刻采樣，利用便攜式計(jì)算機(jī)計(jì)算采樣時(shí)刻太陽的高度角和方位角，并且把該高度角和方位角轉(zhuǎn)換成步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)送控制器，從而由控制器驅(qū)動(dòng)極坐標(biāo)伺服定位云臺(tái)，使安裝在自動(dòng)定位云臺(tái)旋臂上的激光測(cè)距儀能夠及時(shí)指向該采樣時(shí)刻太陽的位置，若此時(shí)由控制器啟動(dòng)激光測(cè)距儀進(jìn)行測(cè)距，如果能夠測(cè)量到障礙物(即不溢出，通過通信軟件可以查詢)，說明陽光被遮擋，激光測(cè)距儀所處位置該日期該時(shí)刻不能享有陽光；如果測(cè)距超量程，則說明陽光沒被遮擋，激光測(cè)距儀所處位置該日期該時(shí)刻能夠享有陽光。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是利用這種方法可以快速定量測(cè)量現(xiàn)有住房或建筑的年實(shí)際可照時(shí)數(shù)，而且可以全天候進(jìn)行測(cè)量，因?yàn)樵摐y(cè)量方法中太陽的高度角和方位角是按照自然規(guī)律計(jì)算出來的，避免了以往日照測(cè)量需要見到陽光的實(shí)際測(cè)量條件，因此該測(cè)量方法可以在任何時(shí)刻、任何天氣條件下進(jìn)行，即使陰天、夜間也可測(cè)實(shí)際可照時(shí)數(shù)。


圖1為本發(fā)明的工作原理圖；在圖中，1、激光測(cè)距儀 2、極坐標(biāo)伺服定位云臺(tái) 3、控制器4、測(cè)繪支架 5、便攜式計(jì)算機(jī) 6、便攜式打印機(jī)具體實(shí)施方式
如圖1所示，極坐標(biāo)伺服定位云臺(tái)安裝在測(cè)繪支架4上，激光測(cè)距儀1、控制器3、便攜式計(jì)算機(jī)5、便攜式打印機(jī)6連接極坐標(biāo)伺服定位云臺(tái)2。首先對(duì)某日期從太陽升起到太陽落下的時(shí)間段按照5分鐘間隔進(jìn)行時(shí)刻采樣，利用便攜式計(jì)算機(jī)5采樣時(shí)刻。對(duì)某日期從太陽升起到太陽落下的時(shí)間段按照5分鐘間隔進(jìn)行時(shí)刻采樣，利用便攜式計(jì)算機(jī)5計(jì)算采樣時(shí)刻太陽的高度角和方位角，并且把該高度角和方位角轉(zhuǎn)換成步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)送控制器3，從而由控制器驅(qū)動(dòng)極坐標(biāo)伺服定位云臺(tái)2，使安裝在自動(dòng)定位云臺(tái)旋臂上的激光測(cè)距儀能夠及時(shí)指向該采樣時(shí)刻太陽的位置，若此時(shí)由控制器啟動(dòng)激光測(cè)距儀1進(jìn)行測(cè)距，如果能夠測(cè)量到障礙物，說明陽光被遮擋，激光測(cè)距儀所處位置該日期該時(shí)刻不能享有陽光；如果測(cè)距超量程，則說明陽光沒被遮擋，激光測(cè)距儀所處位置該日期該時(shí)刻能夠享有陽光。至于激光測(cè)距儀量程，可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境選擇相關(guān)產(chǎn)品，主要考慮量程、數(shù)據(jù)刷新率、數(shù)據(jù)傳輸方式等，例如德國(guó)喜利得(HILTI)手持激光測(cè)距儀PD30型量程0.05-200米，測(cè)量速度4次/秒，數(shù)據(jù)傳輸RS232；美國(guó)TruPulse200激光測(cè)距儀的標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境下測(cè)距范圍0-1000m，高反射條件時(shí)可以達(dá)到2000m。然后編號(hào)一年365日的循環(huán)測(cè)量程序，則可以定量測(cè)量該位置一年的實(shí)際可照時(shí)數(shù)。
例如，假設(shè)某地平均可照時(shí)數(shù)10小時(shí)，若每10分鐘測(cè)量1點(diǎn)，則平均一天測(cè)量60點(diǎn)，若每點(diǎn)云臺(tái)控制過程調(diào)節(jié)時(shí)間為0.2秒，啟動(dòng)激光測(cè)距儀到測(cè)距數(shù)據(jù)穩(wěn)定所需的時(shí)間為0.25秒(以德國(guó)喜利得手持激光測(cè)距儀PD30型為例，其測(cè)量速度快，達(dá)到4次/秒)，則平均一天測(cè)量需要0.5分鐘(考慮每次計(jì)算、通信、存儲(chǔ)等軟件時(shí)間0.05秒)，若按照一年365天且每天均做測(cè)量的方法計(jì)算，測(cè)量年實(shí)際可照時(shí)數(shù)需要182.5分鐘，約3小時(shí)，加上固定云臺(tái)的測(cè)繪支架水平和正北調(diào)節(jié)等操作，半個(gè)工作日測(cè)量一處完全沒問題。若按照一年365天且隔天做測(cè)量的方法計(jì)算，測(cè)量年實(shí)際可照時(shí)數(shù)需要91.25分鐘，約一個(gè)半小時(shí)，加上固定云臺(tái)的測(cè)繪支架水平和正北調(diào)節(jié)等操作，半個(gè)工作日可以測(cè)量二處。如果只測(cè)某些關(guān)鍵日的可照時(shí)數(shù)，測(cè)量工作會(huì)更加迅速。
權(quán)利要求
1.一種基于太陽位置仿真的快速年可照時(shí)數(shù)定量測(cè)量方法，其測(cè)量裝置由6部分組成，測(cè)繪支架，安裝在測(cè)繪支架上的極坐標(biāo)伺服定位云臺(tái)，安裝在極坐標(biāo)伺服定位云臺(tái)旋臂上的激光測(cè)距儀、控制器、便攜式計(jì)算機(jī)、便攜式打印機(jī)，其特征在于測(cè)量方法是先對(duì)某日期從太陽升起到太陽落下的時(shí)間段按照一定的時(shí)間間隔進(jìn)行時(shí)刻采樣，利用便攜式計(jì)算機(jī)采樣時(shí)刻，對(duì)某日期從太陽升起到太陽落下的時(shí)間段按照一定的時(shí)間間隔進(jìn)行時(shí)刻采樣，利用便攜式計(jì)算機(jī)計(jì)算采樣時(shí)刻太陽的高度角和方位角，并且把該高度角和方位角轉(zhuǎn)換成步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)送控制器，從而由控制器驅(qū)動(dòng)極坐標(biāo)伺服定位云臺(tái)，使安裝在極坐標(biāo)伺服定位云臺(tái)旋臂上的激光測(cè)距儀能夠及時(shí)指向該采樣時(shí)刻太陽的位置。
全文摘要
一種基于太陽位置仿真的快速年可照時(shí)數(shù)定量測(cè)量方法，它是對(duì)某日期從太陽升起到太陽落下的時(shí)間段按照一定的時(shí)間間隔進(jìn)行時(shí)刻采樣，利用便攜式計(jì)算機(jī)計(jì)算采樣時(shí)刻太陽的高度角和方位角，激光測(cè)距儀及時(shí)指向該采樣時(shí)刻太陽的位置，通過測(cè)量障礙物距離判斷太陽光有無遮擋，從而準(zhǔn)確測(cè)量建筑物日照時(shí)數(shù)，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是利用這種方法可以快速定量測(cè)量現(xiàn)有住房或建筑的年實(shí)際可照時(shí)數(shù)，而且可以全天候進(jìn)行測(cè)量。
文檔編號(hào)G01W1/00GK101055317SQ20071010573
公開日2007年10月17日 申請(qǐng)日期2007年5月29日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月29日
發(fā)明者趙文龍, 趙德, 周波 申請(qǐng)人:南昌航空大學(xué)