專利名稱：遙感圖像處理和環(huán)境參數(shù)測(cè)量實(shí)驗(yàn)設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型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(dòng)化監(jiān)測(cè)、 遙感圖像處理與反演計(jì)算的仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。屬于遙感信息處理及實(shí)驗(yàn)室儀器設(shè)備 技術(shù)領(lǐng)域。
胃眾墳不
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(jì)算機(jī)軟件、環(huán)境工程等技術(shù)領(lǐng)域，是一項(xiàng)綜合性的工程技術(shù)。在環(huán)境工程、遙 測(cè)遙控電子工程類專業(yè)的本科大學(xué)生和研究生教學(xué)和課程實(shí)驗(yàn)中，由于受到實(shí)驗(yàn) 條件的限制，在環(huán)境遙感自動(dòng)化監(jiān)測(cè)與反演計(jì)算應(yīng)用開發(fā)等方面，難以使學(xué)生得 到整體性地認(rèn)知和系統(tǒng)性地實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練。
目前在大學(xué)本科專業(yè)的實(shí)驗(yàn)室中，用于遙感監(jiān)測(cè)及遙感信息處理的實(shí)驗(yàn)，對(duì) 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(xué)本科學(xué)生和研究生來說，缺 乏系統(tǒng)性和整體性。學(xué)生們?cè)趯W(xué)習(xí)遙感監(jiān)測(cè)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(jìn)行實(shí)驗(yàn)的，沒有相應(yīng)的系統(tǒng) 和完整地實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐訓(xùn)練。
對(duì)于遙感數(shù)據(jù)處理的實(shí)驗(yàn)，學(xué)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(jì)算軟件Matlab"(比如Matlab6.0軟 件，美國公司開發(fā)的)，或者"統(tǒng)計(jì)分析軟件SPSS"，在一臺(tái)計(jì)算機(jī)上來進(jìn)行遙 感圖像處理及反演仿真實(shí)驗(yàn)，其遙感圖像實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是事先安裝在計(jì)算機(jī)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(shí)時(shí)的實(shí)驗(yàn)遙感仿真數(shù)據(jù) 庫。
對(duì)于地面?zhèn)鞲衅鞯臄?shù)據(jù)自動(dòng)化采集以及處理的實(shí)驗(yàn)，學(xué)生一般是通過實(shí)驗(yàn)室 的水質(zhì)、氣體傳感器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。
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(jìn)行實(shí)驗(yàn)的。比如，河海大學(xué)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(xué)環(huán)境工程開設(shè)的"環(huán)境遙感技術(shù)"課程，其實(shí)驗(yàn)課是分開進(jìn)行的。學(xué)生難以 通過實(shí)驗(yàn)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(dòng)化采集到遙感和地面?zhèn)鞲衅鞯耐叫畔⑻幚砑胺囱萦?jì)算整個(gè)過 程。
發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本實(shí)用新型的目的在于針對(duì)上述狀況，提出一種遙感圖像處理和 環(huán)境參數(shù)測(cè)量實(shí)驗(yàn)設(shè)備。在這種實(shí)驗(yàn)環(huán)境下，能夠使學(xué)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(dòng)化采集、遙感信息處理，遙感信 息與地面?zhèn)鞲衅鞅O(jiān)測(cè)信息同步處理、反演計(jì)算模型及計(jì)算機(jī)應(yīng)用軟件開發(fā)等方面， 得到認(rèn)知性、綜合性和創(chuàng)新性的訓(xùn)練和培養(yǎng)。
技術(shù)方案本實(shí)用新型的遙感圖像處理和環(huán)境參數(shù)測(cè)量實(shí)驗(yàn)設(shè)備包括虛擬的 遙感地面接收站計(jì)算機(jī)RRC、遙感信息處理與計(jì)算主機(jī)MC、以太網(wǎng)交換機(jī) SWITCH、自動(dòng)監(jiān)測(cè)采集裝置AMM、地面監(jiān)測(cè)傳感器MS，自動(dòng)監(jiān)測(cè)采集裝置 AMM與遙感信息處理與計(jì)算主機(jī)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(jì)算主機(jī)MC和遙感地面接收站計(jì)算機(jī)RRC與以太網(wǎng)交換機(jī) SWITCH組成局域網(wǎng)絡(luò)，遙感信息處理與計(jì)算主機(jī)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(jī)SWITCH的RJ45電接口 I ; Port 3連接以太網(wǎng)交換機(jī)SWITCH的Port 6，遙感地面接收站計(jì)算機(jī)RRC的功能 端口 Port 4是以太網(wǎng)交換機(jī)SWITCH的RJ45/RRC接口 ，功能端口 Port 7是以太 網(wǎng)交換機(jī)SWITCH的RJ45電接口 II;遙感地面接收站計(jì)算機(jī)RRC通過功能端口 Port4經(jīng)功能端口 Port 7與以太網(wǎng)交換機(jī)SWITCH的RJ45電接口 II連接；遙感地 面接收站計(jì)算機(jī)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(jì)算主機(jī)MC的功能端口 Port 1是RS232串行通信接口 I ，自動(dòng) 監(jiān)測(cè)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(duì)應(yīng)連接；自動(dòng)監(jiān)測(cè)采集裝置AMM通過Port 2經(jīng)Portl與 遙感信息處理與計(jì)算主機(jī)MC連接。
地面監(jiān)測(cè)傳感器MS包括水質(zhì)監(jiān)測(cè)智能傳感器MSI 、綜合參數(shù)水質(zhì)監(jiān)測(cè)傳感 器MS2，空氣質(zhì)量指數(shù)檢測(cè)儀MS3、相對(duì)濕度測(cè)量傳感器MS4。水質(zhì)監(jiān)測(cè)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(cè)傳感器MS2以RS232串行接口方式通過串聯(lián)電阻與調(diào)理
運(yùn)算放大器的輸入端連接；
空氣質(zhì)量指數(shù)檢測(cè)儀MS3的1號(hào)接線端子與多路切換器的S7端相連接，2 號(hào)接線端子與多路切換器的S5端相連接，3號(hào)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(duì)濕度測(cè)量傳感器MS4由集成濕敏電阻以及運(yùn)算放大器組成的信號(hào)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(yùn)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(yùn)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(yùn)算放大器的輸出端連接第四運(yùn)算放大器的U2端，第四運(yùn)算放大器的輸出端 經(jīng)過第十三電阻與第五運(yùn)算放大器的Inl端連接，第五運(yùn)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(yùn)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(jì)算機(jī)RRC負(fù)責(zé)接收遙感數(shù)據(jù)，并傳送給遙感信息處 理與計(jì)算主機(jī)MC。以太網(wǎng)交換機(jī)SWITCH是連接RRC和MC的局域網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。 自動(dòng)監(jiān)測(cè)裝置AMM負(fù)責(zé)收集地面監(jiān)測(cè)傳感器MS (n)的信息，并傳送給遙感信 息處理與計(jì)算主機(jī)MC。地面監(jiān)測(cè)傳感器MS (n)是測(cè)量傳感器，構(gòu)建仿真實(shí)驗(yàn) 系統(tǒng)時(shí)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(cè)量為例， 地面監(jiān)測(cè)傳感器MS是COD、 PH等傳感器。遙感信息處理與計(jì)算主機(jī)MC可以 自動(dòng)獲取虛擬的遙感地面接收站計(jì)算機(jī)RRC傳送來的遙感數(shù)據(jù)，也能獲取從自動(dòng) 監(jiān)測(cè)采集裝置AMM傳送來的地面監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。
遙感信息處理與計(jì)算主機(jī)MC的主要功能包括，進(jìn)行遙感圖像校正、增強(qiáng)與 融合處理，數(shù)據(jù)挖掘和建立反演模型，以及實(shí)時(shí)給出環(huán)境參數(shù)值和變化趨勢(shì)圖。 遙感信息處理與計(jì)算主機(jī)MC對(duì)接收到的遙感數(shù)據(jù)與地面站監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)進(jìn)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(cè)值的光譜特性，建立從遙感光 學(xué)參數(shù)到被測(cè)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
6感數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)地給出被測(cè)環(huán)境的水質(zhì)或大氣環(huán)境的定量或定性值。
有益效果本實(shí)用新型能夠從衛(wèi)星地面站的遙感數(shù)據(jù)接收，地面?zhèn)鞲衅鞯淖?動(dòng)化采集到信息處理及反演計(jì)算整個(gè)過程進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)和應(yīng)用開發(fā)實(shí)驗(yàn)。
本實(shí)用新型開創(chuàng)了完全新型的遙感和地面自動(dòng)化監(jiān)測(cè)信息處理與反演計(jì)算的 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，在這個(gè)具有系統(tǒng)性和綜合性的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)下，有利于學(xué)生綜合性、創(chuàng)新 性和研究性的實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練和培養(yǎng)。
本實(shí)用新型設(shè)計(jì)研制的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)備能夠進(jìn)行遙感地面接收、地面自動(dòng)監(jiān)測(cè) 采集裝置、遙感和地面監(jiān)測(cè)傳感器信息融合處理等多種實(shí)驗(yàn)功能。主要功能有 ①實(shí)時(shí)的實(shí)驗(yàn)遙感數(shù)據(jù)不是事先安裝在計(jì)算機(jī)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(shí)時(shí)的實(shí)驗(yàn)遙感仿真數(shù)據(jù)庫；②能夠建立實(shí)時(shí)的實(shí)驗(yàn)遙感 數(shù)據(jù)及地面?zhèn)鞲衅魍奖O(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)庫，并對(duì)其進(jìn)行數(shù)據(jù)庫管理和仿真實(shí)驗(yàn)；③接 收的實(shí)驗(yàn)遙感數(shù)據(jù)以及多個(gè)地面?zhèn)鞲衅鞅O(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)連接，并能夠進(jìn)行網(wǎng)絡(luò) 傳輸實(shí)驗(yàn)；④能夠進(jìn)行遙感圖像校正、信息融合以及反演模型計(jì)算等仿真實(shí)驗(yàn)； ⑤能夠進(jìn)行地理信息處理和管理、界面的圖形圖像顯示和人機(jī)交互實(shí)驗(yàn)；◎能 夠作為遙感和地面監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)反演計(jì)算的工程應(yīng)用軟件開發(fā)平臺(tái)使用。
目前，國內(nèi)外還沒有類似的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。在這個(gè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)上，有利于學(xué)生綜合 性和創(chuàng)新性的實(shí)驗(yàn)研究及應(yīng)用開發(fā)實(shí)驗(yàn)。


圖l是本實(shí)用新型的原理框圖。 圖2是本實(shí)用新型的實(shí)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(dòng)監(jiān)測(cè)采集裝置AMM的原理方框圖。 圖5是自動(dòng)監(jiān)測(cè)釆集裝置AMM的"單片機(jī)系統(tǒng)"實(shí)施例電原理圖。 圖6是自動(dòng)監(jiān)測(cè)采集裝置AMM的"MS1 MS3接口及信號(hào)調(diào)理電路"實(shí)施 例電原理圖。
圖7是自動(dòng)監(jiān)測(cè)釆集裝置AMM的"MS4接口及信號(hào)調(diào)理電路"實(shí)施例電原 理圖。
具體實(shí)施方式
圖1中的MC是遙感信息處理與計(jì)算主機(jī)，RRC是遙感地面接收站計(jì)算機(jī)， SWITCH是以太網(wǎng)交換機(jī)，AMM是自動(dòng)監(jiān)測(cè)采集裝置，MSn是傳感器(或檢測(cè) 儀)。
圖2中的MC (遙感信息處理與計(jì)算主機(jī))和RRC (遙感地面接收站計(jì)算機(jī)) 與SWITCH (以太網(wǎng)交換機(jī))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(jī)SWITCH的RJ45電接口 I 。 Port 3連接SWITCH以太網(wǎng)交換機(jī)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(jī)SWITCH的RJ45電接口 II 。 RRC (遙感 地面接收站計(jì)算機(jī))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(jī))的RJ45電接口II連接。RRC遙感地面接收站計(jì)算機(jī)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(jì)算主機(jī))的功能端口 Port 1是RS232串行通信接口 I ， AMM(自動(dòng)監(jiān)測(cè)采集裝置)的功能端口Port2是RS232串行通信接口n，功能端 口 Port 1和功能端口 Port 2相互對(duì)應(yīng)連接。AMM通過Port 2經(jīng)Portl與MC連接。
遙感信息處理與計(jì)算主機(jī)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(qiáng)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 Quadro NVS 285;硬盤驅(qū)動(dòng)器2個(gè)；四通道驅(qū)動(dòng)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(jì)算機(jī)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(jī)SWITCH采用TP-LINK公司生產(chǎn)的千兆以太網(wǎng)交換機(jī)，型號(hào) 是TP-LINKTL-SG1024。交換方式為存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)方式，48Gbps背板帶寬，包轉(zhuǎn)發(fā)率 為10M時(shí)是14,880 packets/sec; 100M時(shí)是148,800 packets/sec。該交換機(jī)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(biāo)準(zhǔn)正EE 802.3、正EE 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(jì)算主機(jī)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，1"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(yù)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(dòng)監(jiān)測(cè)采集裝置AMM的原理方框圖。圖5是自動(dòng)監(jiān)測(cè)采集裝置 AMM的"單片機(jī)系統(tǒng)"實(shí)施例電原理圖。圖6是自動(dòng)監(jiān)測(cè)采集裝置AMM的"MS1 MS3接口及信號(hào)調(diào)理電路"實(shí)施例電原理圖。圖7是自動(dòng)監(jiān)測(cè)采集裝置AMM的 "MS4接口及信號(hào)調(diào)理電路"實(shí)施例電原理圖。
自動(dòng)監(jiān)測(cè)采集裝置AMM主要由"單片機(jī)系統(tǒng)"，"MS1 MS3接口及信號(hào) 調(diào)理電路"和"MS4接口及信號(hào)調(diào)理電路"組成。MS1 MS4是傳感器(或檢測(cè) 儀)。
自動(dòng)監(jiān)測(cè)采集裝置AMM中的核心器件采用MS-51系列單片機(jī)IC3(見圖3)。 單片機(jī)IC3 (單片機(jī)型號(hào)89CS2051)對(duì)傳感器(或檢測(cè)儀)MSn進(jìn)行順序控制 采樣，采集的傳感器MSn信號(hào)經(jīng)過處理后，通過RS232/RS485/RS422串行接口或 者同步時(shí)鐘脈沖信號(hào)與MC (遙感信息處理與計(jì)算主機(jī))通信。
MSn傳感器(或檢測(cè)儀)主要包括水質(zhì)、水文、濕度傳感器和空氣質(zhì)量檢測(cè) 儀。目前，水質(zhì)傳感器比較成熟的監(jiān)測(cè)參數(shù)有水溫、PH、溶解氧(DO)、電 導(dǎo)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(cè)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(jià)鉻)等等。水文傳感器監(jiān)測(cè)參數(shù)有水位和流速等。與遙感相關(guān)的在線監(jiān)測(cè)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?？諝?質(zhì)量檢測(cè)儀器可以測(cè)量一氧化碳、硫化氫、氧氣、二氧化碳等氣體以及測(cè)量大氣 混濁度和大氣污染物濃度。
MS1是水質(zhì)監(jiān)測(cè)智能傳感器，設(shè)計(jì)選擇法國在線式常規(guī)五項(xiàng)參數(shù)水質(zhì)監(jiān)測(cè)智 能傳感器(溫度、電導(dǎo)、PH、溶解氧、濁度)，型號(hào)是SERES2000，用于模擬測(cè) 量水質(zhì)。
MS2是美國的綜合參數(shù)水質(zhì)監(jiān)測(cè)傳感器(在常規(guī)五項(xiàng)基礎(chǔ)上，支持多達(dá)15 項(xiàng)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目)，型號(hào)是Hydrolab4a，用于模擬測(cè)量水質(zhì)。
MS3是空氣質(zhì)量指數(shù)檢測(cè)儀，用于模擬測(cè)量空氣的質(zhì)量。型號(hào)是BDZ3-HBD
95AQI。 BDZ3-HBD5AQI采用了有機(jī)蒸汽(TVOC)氣體測(cè)試技術(shù)，是沒有化學(xué)選擇
性的傳感器。所選用的傳感器是當(dāng)前國際流行的空氣質(zhì)量傳感器。適用于公共場(chǎng) 所的空氣質(zhì)量監(jiān)督、污染源環(huán)境檢測(cè)、生產(chǎn)場(chǎng)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(chǎng)空氣毒性檢測(cè)、公共安全事件大氣質(zhì)量快速測(cè)試、各種氣 體泄露探測(cè)以及裝修后室內(nèi)空氣質(zhì)量檢測(cè)等領(lǐng)域。
空氣質(zhì)量指數(shù)檢測(cè)儀MS3 (型號(hào)是BDZ3-HBD5AQI)的技術(shù)指標(biāo)和功能主要 有①內(nèi)置單片機(jī)微機(jī)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)有最先進(jìn)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(xué)氣體參數(shù)和溫度值。③100組數(shù)據(jù) 記錄，可設(shè)置自動(dòng)或手動(dòng)記錄。 可閱讀/打印記錄。⑤RS232/485雙工接口， 可與微機(jī)聯(lián)機(jī)采樣。⑥惰性氣體調(diào)零，標(biāo)準(zhǔn)樣品，或替代品標(biāo)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(shí)提供8個(gè)標(biāo)定表供用戶 自行建立沒有提供數(shù)據(jù)庫的氣體的標(biāo)定數(shù)據(jù)?！?Twin毒氣標(biāo)準(zhǔn)或爆炸限80%時(shí) 報(bào)警，用戶可標(biāo)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?dòng)監(jiān)測(cè)采 集裝置AMM。 MS1、 MS2也均具有良好的防水性設(shè)計(jì)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(duì)濕度測(cè)量傳感器，它由集成濕敏電阻和信號(hào)調(diào)理電路構(gòu)成。
對(duì)照?qǐng)D1、圖2，本發(fā)明包括MC遙感信息處理與計(jì)算主機(jī)，RRC遙感地面 接收站計(jì)算機(jī)，SWITCH以太網(wǎng)交換機(jī)，AMM自動(dòng)監(jiān)測(cè)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(jì)算主機(jī))和RRC(遙感地面接收站計(jì)算機(jī))與SWITCH (以太網(wǎng)交換機(jī))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(dòng)監(jiān)測(cè)采集裝置)相連接。RRC (遙感地面接收站計(jì)算機(jī))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(dòng)監(jiān)測(cè)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 Port 4是以太網(wǎng)RJ45/RRC接口 ， RRC的功能端 口Port5是RS422傳輸接口，功能端口 Port6是以太網(wǎng)交換機(jī)SWITCH的RJ45電接口 I ，功能端口 Port 7是以太網(wǎng)交換機(jī)SWITCH的RJ45電接口 II 。
對(duì)照?qǐng)D4,自動(dòng)監(jiān)測(cè)采集裝置AMM主要由"單片機(jī)系統(tǒng)"，"MS1 MS3 接口及信號(hào)調(diào)理電路"和"MS4接口及信號(hào)調(diào)理電路"組成。單片機(jī)系統(tǒng)通過的 RS232串行通信接口I1 (功能端口Port2)，即第三插頭座JS3與MC (遙感信息 處理與計(jì)算主機(jī))的RS232串行通信接口 I (功能端口Portl)相互連接。
對(duì)照?qǐng)D4，"單片機(jī)系統(tǒng)"通過第一插頭座JS1與"MS1 MS3接口及信號(hào) 調(diào)理電路"的第二插頭座JS2對(duì)應(yīng)連接。"MS4接口及信號(hào)調(diào)理電路"的第五運(yùn) 算放大器1A5的信號(hào)輸出端Uo連接"MS1 MS3接口及信號(hào)調(diào)理電路"中的第 二插頭座JS2的"13"腳。
對(duì)照?qǐng)D4，水質(zhì)監(jiān)測(cè)智能傳感器MS1，綜合參數(shù)水質(zhì)監(jiān)測(cè)傳感器MS2及空氣 質(zhì)量指數(shù)檢測(cè)儀MS3連接到"MS1 MS3接口及信號(hào)調(diào)理電路"。相對(duì)濕度測(cè)量 傳感器MS4連接到"MS4接口及信號(hào)調(diào)理電路"。
對(duì)照?qǐng)D5，單片機(jī)IC3 (型號(hào)AT89C2051)的P1接口與驅(qū)動(dòng)器IC2 (型號(hào) 74LS245)的B1 B7連接。IC3的管腳"12"至管腳"19"與IC2的管腳"18" 至"11"對(duì)應(yīng)連接。單片機(jī)IC3的P3.5/l、 P3.4/0、 P3.3與選擇器模塊IC1的Sl S3端對(duì)應(yīng)連接。單片機(jī)IC3的XTAL1 、 XTAL2與晶體振蕩器JZ (11.0592MHz) 對(duì)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(hào)MAX705)的RST端和與非門IC5 (型號(hào):74LS00)的輸入端"1" 、 "2" 對(duì)應(yīng)連接，與非門IC5的輸出端"3"與單片機(jī)IC3的RST端對(duì)應(yīng)連接。單片機(jī) IC3的TRA和與非門IC5的輸入端"4" 、 "5"對(duì)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(hào)GB12005)的發(fā)光二極管對(duì)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(hào)MAX483)的 DI端對(duì)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(duì)照?qǐng)D5,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(hào)GB12005)的發(fā)光 二極管對(duì)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(duì)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(duì)應(yīng)連接，與非門IC5的輸出端"11"與單片機(jī)IC3的RES端對(duì)應(yīng)連接。對(duì)照?qǐng)D5,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(dòng)監(jiān)測(cè)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(duì)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(duì)應(yīng)連接。Port2功能端口與遙感信息處理與計(jì)算主機(jī)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(duì)照?qǐng)D5， JS1第一插頭座通過選擇器模塊IC1 (型號(hào)RB110)接入，與選 擇器模塊IC1的D1 D19端對(duì)應(yīng)連接，選擇器模塊IC1的01 08端與驅(qū)動(dòng)器 IC2 (型號(hào)74LS245)的A1 A8對(duì)應(yīng)連接。
對(duì)照?qǐng)D6， MS1水質(zhì)監(jiān)測(cè)智能傳感器(型號(hào)SERES2000)的接線端子"1" 通過限流電阻ROl和非門ICOl (型號(hào)74HC04)的"1"輸入端連接，非門IC01 的輸出端與觸發(fā)器IC02的時(shí)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(duì)照?qǐng)D6， MS2綜合參數(shù)水質(zhì)監(jiān)測(cè)傳感器(型號(hào)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(yùn)算放大器IC03的"IN (—)"端連接。MS2的接線端子"3"接地。 調(diào)理運(yùn)算放大器IC03的"IN (+)"端通過接地電阻R03接地。調(diào)理運(yùn)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(yùn)算放大器IC03的"OUT" 端通過積分電容C04、積分電阻R07接地。
對(duì)照?qǐng)D6， MS3空氣質(zhì)量指數(shù)檢測(cè)儀(型號(hào)是BDZ3-HBD5AQI)的接線端子 "1"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(duì)照?qǐng)D6， JS2第二插頭座的"1" "21"腳與圖3中JS1第一插頭座"1" "21"腳對(duì)應(yīng)相連接。
對(duì)照?qǐng)D7， MS4是相對(duì)濕度測(cè)量傳感器，它由集成濕敏電阻PCRC以及1A1 第一運(yùn)算放大器 1A5第五運(yùn)算放大器組成的信號(hào)調(diào)理電路構(gòu)成。
對(duì)照?qǐng)D7，集成濕敏電阻PCRC型號(hào)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(yùn)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(hào)為2N4963)的集電極。
對(duì)照?qǐng)D7,第一運(yùn)算放大器1A1的In-端分別與第一電容1C1、第一三極管 VT1 (型號(hào)為2N4922)和第一二極管VD1 (型號(hào)為1N703)連接。第一運(yùn)算放大 器1A1的輸出端連接第四運(yùn)算放大器1A4的U2端，第一運(yùn)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(yùn)算放大器1A4的輸出端經(jīng)過第十三電阻1R13，與第五運(yùn)算放大器1A5 (型 號(hào)為L(zhǎng)F353 )的Inl端連接，第五運(yùn)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(yùn)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(duì)照?qǐng)D7，第二三極管VT2的基極連接第二運(yùn)算放大器1A2 (型號(hào)為L(zhǎng)M389) 的U2端，第二運(yùn)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(yùn)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(hào)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(yùn) 算放大器1A3 (型號(hào)為L(zhǎng)F353)的ln2端相連。
對(duì)照?qǐng)D7，第三運(yùn)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(hào)為1N703)與第十四電阻1R14、第十五電阻1R15、第十 八電阻1R18相連。
對(duì)照?qǐng)D7，第四三極管VT4 (型號(hào)為2N4922)的基極與第十六電阻1R16和 第三二極管VD3的負(fù)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(jì)算主機(jī)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l"，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(yù)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(shí)時(shí)管理由通信服務(wù)軟件發(fā)來的數(shù)據(jù)包，按照預(yù)先 定義的數(shù)據(jù)包的格式讀出數(shù)據(jù)包中各個(gè)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(fù)責(zé)對(duì)遙感地面接收站計(jì)算機(jī)RRC和自動(dòng)監(jiān) 測(cè)采集裝置AMM傳送上來的各項(xiàng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和遙感圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行分類歸檔。
所述的通信服務(wù)軟件3"負(fù)責(zé)接收遙感地面接收站計(jì)算機(jī)RRC發(fā)來的遙感數(shù) 據(jù)，并在系統(tǒng)管理軟件r管理下將數(shù)據(jù)包，按照預(yù)先定義的數(shù)據(jù)包的格式讀出 數(shù)據(jù)包中各個(gè)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(yù)處理軟件4"，能夠?qū)邮盏降倪b感圖像進(jìn)行校正、增強(qiáng) 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(qiáng)包括彩色圖像增強(qiáng)和空間域圖像增強(qiáng)。多源遙感信息融合包括多時(shí)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(cè)值的映 射關(guān)系，得到適用的反演模型，以便于以后對(duì)遙感圖像進(jìn)行反演，從而直接推斷 出被測(cè)環(huán)境的監(jiān)測(cè)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(shí)時(shí)接收AMM測(cè)量得到的地面數(shù)據(jù)。所述的 地理信息系統(tǒng)7"是在計(jì)算機(jī)硬、軟件系統(tǒng)支持下，對(duì)整個(gè)或部分被測(cè)環(huán)境空間 中的有關(guān)地理分布數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、儲(chǔ)存、管理、運(yùn)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(duì)象是多種地理空間實(shí)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(cè)環(huán)境 區(qū)域內(nèi)分布的被測(cè)參數(shù)變化和變化過程。
所述的界面顯示軟件8〃負(fù)責(zé)界面的數(shù)據(jù)、曲線及圖形圖像顯示和人機(jī)交互。 其中，人機(jī)交互包括讀取感興趣時(shí)間的遙感數(shù)據(jù)和地面監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，及調(diào)用適合的 反演模型進(jìn)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(cè)數(shù)據(jù)， 然后選擇合適的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)模型找出兩者之間的映射關(guān)系，此數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)模型即為建 立好的反演模型。
權(quán)利要求1. 一種遙感圖像處理和環(huán)境參數(shù)測(cè)量實(shí)驗(yàn)設(shè)備，其特征是該平臺(tái)包括虛擬的遙感地面接收站計(jì)算機(jī)RRC、遙感信息處理與計(jì)算主機(jī)MC、以太網(wǎng)交換機(jī)SWITCH、自動(dòng)監(jiān)測(cè)采集裝置AMM、地面監(jiān)測(cè)傳感器MS，自動(dòng)監(jiān)測(cè)采集裝置AMM與遙感信息處理與計(jì)算主機(jī)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(jì)算主機(jī)MC和遙感地面接收站計(jì)算機(jī)RRC與以太網(wǎng)交換機(jī)SWITCH組成局域網(wǎng)絡(luò)，遙感信息處理與計(jì)算主機(jī)MC的功能端口Port3是以太網(wǎng)RJ45/MC接口，功能端口Port6是以太網(wǎng)交換機(jī)SWITCH的RJ45電接口I；Port3連接以太網(wǎng)交換機(jī)SWITCH的Port6，遙感地面接收站計(jì)算機(jī)RRC的功能端口Port4是以太網(wǎng)交換機(jī)SWITCH的RJ45/RRC接口，功能端口Port7是以太網(wǎng)交換機(jī)SWITCH的RJ45電接口II；遙感地面接收站計(jì)算機(jī)RRC通過功能端口Port4經(jīng)功能端口Port7與以太網(wǎng)交換機(jī)SWITCH的RJ45電接口II連接；遙感地面接收站計(jì)算機(jī)RRC通過RS422傳輸接口Port5與遙感地面接收站系統(tǒng)連接；遙感信息處理與計(jì)算主機(jī)MC的功能端口Port1是RS232串行通信接口I，自動(dòng)監(jiān)測(cè)采集裝置AMM的功能端口Port2是RS232串行通信接口II，功能端口Port1和功能端口Port2相互對(duì)應(yīng)連接；自動(dòng)監(jiān)測(cè)采集裝置AMM通過Port2經(jīng)Port1與遙感信息處理與計(jì)算主機(jī)MC連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的遙感圖像處理和環(huán)境參數(shù)測(cè)量實(shí)驗(yàn)設(shè)備，其特征是 地面監(jiān)測(cè)傳感器MS包括水質(zhì)監(jiān)測(cè)智能傳感器MSI 、綜合參數(shù)水質(zhì)監(jiān)測(cè)傳感器 MS2，空氣質(zhì)量指數(shù)檢測(cè)儀MS3、相對(duì)濕度測(cè)量傳感器MS4。水質(zhì)監(jiān)測(cè)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(cè)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(yùn)算放大器(IC03)的輸入端連接；空氣質(zhì)量指數(shù)檢測(cè)儀MS3的1號(hào)接線端子與多路切換器(IC04)的S7端相 連接，2號(hào)接線端子與多路切換器(IC04)的S5端相連接，3號(hào)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ll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(duì)濕度測(cè)量傳感器MS4由集成濕敏電阻(PCRC)以及運(yùn)算放大器(1A1 1A5)組成的信號(hào)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(yùn)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(yùn)算放大器(1A1)的In-端分別與第一電容(1C1)、第一三極管(VT1)、 第一二極管(VD1)連接，第一運(yùn)算放大器(1A1)的輸出端連接第四運(yùn)算放大器 (1A4)的U2端，第四運(yùn)算放大器(1A4)的輸出端經(jīng)過第十三電阻(1R13)與 第五運(yùn)算放大器(1A5)的Inl端連接，第五運(yùn)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(yùn)算 放大器(1A5)的輸出端Uo與第二插頭座(J2)的腳13連接。
專利摘要遙感圖像處理和環(huán)境參數(shù)測(cè)量實(shí)驗(yàn)設(shè)備是一種可用于水環(huán)境和水質(zhì)、大氣環(huán)境的遙感自動(dòng)化監(jiān)測(cè)、遙感圖像處理與反演計(jì)算的仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，該平臺(tái)包括虛擬的遙感地面接收站計(jì)算機(jī)RRC、遙感信息處理與計(jì)算主機(jī)MC、以太網(wǎng)交換機(jī)SWITCH、自動(dòng)監(jiān)測(cè)采集裝置AMM、地面監(jiān)測(cè)傳感器MS，在這種實(shí)驗(yàn)環(huán)境下，能夠使學(xué)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(dòng)化采集、遙感信息處理，遙感信息與地面?zhèn)鞲衅鞅O(jiān)測(cè)信息同步處理、反演計(jì)算模型及計(jì)算機(jī)應(yīng)用軟件開發(fā)等方面，得到認(rèn)知性、綜合性和創(chuàng)新性的訓(xùn)練和培養(yǎng)。
文檔編號(hào)G01S17/00GK201259552SQ200820042190
公開日2009年6月17日 申請(qǐng)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(mèng)溪, 煒 黃 申請(qǐng)人:徐夢(mèng)溪;黃 煒