專利名稱：一種光譜自動化測量方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及遙感地面測量儀器領域，特別是涉及一種光譜自動化測量方法及裝置。
背景技術：
對水體/水質遙感測量來說，剖面法只適合水深大于10米的水體，且儀器昂貴，布放、操作復雜，對于一般的江河、湖泊以及近海等二類水體來說，只能采用水面上法測量。在水面上法測量過程中，水面鏡面反射、天空光的輻射以及波浪和太陽耀斑都是影響測量精度和數據有效性的重要因素。為盡量減少噪聲，提高測量精度，NASA、國際水色SIMBI0S組織等對水面上測量幾何和測量方法進行了深入的研究，并給出了相對合理的測量方法和數據處理方案，為避免太陽直射和天空光場的影響提供了解決思路，得到廣泛應用。但是在研究中，人們發(fā)現水面上測量法還存在著許多問題，主要是為了避免水體表面太陽直射反射的影響，一般利用合理觀測幾何和多次測量，剔除異常數據保證測量有效性，但是這種測量得到的有效數據僅占全部數據的5%左右，測量工作量非常大。如圖1 中所示，由太陽光104形成的太陽入射平面101 ；同時天空光103的影響；通常的可行的儀器觀測平面100有較優(yōu)選的可行的觀測方位范圍102。目前表面法水體光譜測量采用的步驟為(1)儀器提前預熱，在船快要到達采樣點時，先將ASD打開；(2)優(yōu)化；(3)暗電流測量；(4)標準板測量(光譜探頭垂直向下，離標準板約25厘米)10次；(5)遮擋直射陽光的標準板測量(光譜探頭垂直向下)10次；(6)傾斜目標測量(光譜探頭向下，光譜探頭天底角為40度)20次；(7)傾斜天空光測量(光譜探頭向上，光譜探頭天頂角為40度)10次；(8)標準板測量(光譜探頭垂直向下)10次；(9)遮擋直射陽光的標準板測量(光譜探頭垂直向下)10次。這些目標的測量曲線每個不得少于10條，且測量時間至少跨越一個波浪周期，以修正因測量平臺搖擺而導致的誤差。同時，盡量讓儀器放到船的邊緣，盡量讓光譜探頭伸的更遠，盡量使光纖與船弦垂直，同時滿足觀測幾何，就是盡量和太陽成135度夾角。這要求有些時候需要移動ASD的位置。水體光譜測量測量要求快速、準確，另外，光譜測量實驗一般在野外展開，交通不便，這就要求測量儀器要具有自動化程度高、可靠、精度高、適應性強的特點。

發(fā)明內容
(一)要解決的技術問題本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種光譜自動化測量方法及裝置，使用移動平臺搭載光譜測量設備，并且實現光譜測量的自動化，從而節(jié)省成本。(二)技術方案為了解決上述技術問題，本發(fā)明提供了一種光譜自動化測量方法及裝置，包括無人駕駛自動導航船及固定于其上的地物光譜儀、光譜自動測量裝置和主控系統(tǒng)；所述光譜自動測量裝置固定于船體一側，其另一端連接地物光譜儀，用于自動完成水體光譜測量所需要的地物光譜儀的光譜探頭的多個角度的運動；所述主控系統(tǒng)分別與所述無人駕駛自動導航船，地物光譜儀、光譜自動測量裝置電連接，用于向無人駕駛自動導航船的控制器下達路徑信息、控制光譜自動測量裝置的運動，并且對光譜儀的測量和存儲進行控制。作為上述技術方案的優(yōu)選，所述光譜自動測量裝置包括用于實現自動太陽追蹤的太陽平面追蹤執(zhí)行裝置及其上固定連接的可調角度的測量支撐臂，所述測量支撐臂的另一端設置有光譜探頭固定及旋轉裝置，所述光譜探頭固定及旋轉裝置用于固定地物光譜儀的光譜探頭并實現其方向的改變。作為上述技術方案的優(yōu)選，所述太陽平面追蹤執(zhí)行裝置包括與船體固定的固定底盤，與所述固定底盤連接并可相對其旋轉的轉盤，所述轉盤用于固定所述測量支撐臂，驅動所述轉盤旋轉的驅動齒輪，與所述驅動齒輪連接的第一驅動電機；所述太陽追光傳感器及所述驅動電機電連接到所述主控系統(tǒng)，所述太陽追光傳感器用于感應太陽方位角的改變的輸出改變，主控系統(tǒng)讀取所述太陽追光傳感器的輸出根據其內預設程序控制所述第一驅動電機旋轉，帶動所述轉盤旋轉，保證轉盤上固定的測量支撐臂與太陽入射平面保持固定角度。作為上述技術方案的優(yōu)選，所述轉盤上設置有多個支撐臂連接孔位，測量支撐臂連接在太陽平面追蹤執(zhí)行裝置的轉盤上不同的孔位，用于調整測量支撐臂所在的豎直平面與太陽入射平面的角度。作為上述技術方案的優(yōu)選，所述驅動齒輪是為蝸桿，所述轉盤外圍為與所述蝸桿相配合的蝸輪。作為上述技術方案的優(yōu)選，所述光譜探頭固定及旋轉裝置包括用于固定地物光譜儀的光譜探頭固定連接器及驅動其旋轉的第二驅動電機；所述光譜探頭固定連接器還固定連接有傾角測量傳感器，所述傾角測量傳感器用來光譜探頭的傾斜角度；所述傾角測量傳感器及第二驅動電機電連接到所述主控系統(tǒng)；光譜探頭角度調整時，主控系統(tǒng)首先獲取傾角測量傳感器的角度信息，根據其內設程序驅動所述第二驅動電機旋轉，帶動光譜探頭旋轉，當旋轉到指定位置時，控制所述第二驅動電機停止轉動。作為上述技術方案的優(yōu)選，所述測量支撐臂上還固定有參考板運動裝置，其可以在水平面內繞著與所述支撐臂的連接處旋轉；所述參考板運動裝置包括參考板驅動電機、 與參考板驅動電機輸出端連接的參考板支架及固定與參考板支架端部的參考板；所述參考板驅動電機與主控系統(tǒng)電連接，當需要進行參考板測量的時候，主控系統(tǒng)控制所述參考板運動裝置旋轉到光譜探頭底下，測量完成后，控制其旋轉到另一側。作為上述技術方案的優(yōu)選，所述參考板運動裝置的上方還設置有直射光遮擋裝置，其包括與所述參考板支架連接的遮擋驅動電機及其輸出端連接的連接桿及所述連接桿的端部設置的黑色遮光板，所述遮擋驅動電機與所述主控系統(tǒng)連接；當需要測量遮擋直射光的參考板時，所述主控系統(tǒng)根據其內部程序驅動所述遮擋驅動電機控制所述連接桿旋轉到光譜探頭和參考板的一側，用于黑色遮光板遮擋住太陽光。作為上述技術方案的優(yōu)選，主控系統(tǒng)還連接有GPS和自動對焦相機，所述自動對焦相機與所述光譜探頭固定在一起，所述主控系統(tǒng)控制獲取光譜數據的同時，將測量點的位置信息、時間信息、觀測對象的照片同步獲取并保。作為上述技術方案的優(yōu)選，所述無人駕駛自動導航船包括船體、螺旋槳推進系統(tǒng)及方向舵，所述螺旋槳推進系統(tǒng)及方向舵與所述主控系統(tǒng)電連接。作為上述技術方案的優(yōu)選，所述光譜自動化測量方法及裝置還包括PC基站，所述 PC基站與所述主控系統(tǒng)之間無線通訊。(三)有益效果上述技術方案所提供的一種光譜自動化測量方法及裝置，包括無人駕駛自動導航船及固定于其上的地物光譜儀、光譜自動測量裝置和主控系統(tǒng)；所述光譜自動測量裝置固定于船體一側，其另一端連接地物光譜儀，用于自動完成水體光譜測量所需要的地物光譜儀的光譜探頭的多個角度的運動；所述主控系統(tǒng)分別與所述無人駕駛自動導航船，地物光譜儀、光譜自動測量裝置電連接，用于向無人駕駛自動導航船的控制器下達路徑信息、控制光譜自動測量裝置的運動，并且對光譜儀的測量和存儲進行控制。本裝置使用安全，全自動化，節(jié)省人力物力。無人駕駛自動導航水質光譜自動化測量船在許多方面都有優(yōu)勢。1.覆蓋更廣的面積；2.監(jiān)測地點可靈活設定；3.相比大船節(jié)省能源；4.初始成本低；5.整個流程完全自動化；6.光譜數據、時間、位置、照片同步獲取，避免人為失誤，提高測量效率。


圖1是本發(fā)明實施例的光譜測量角度的幾何要求示意圖；圖2是本發(fā)明實施例的光譜自動化測量方法及裝置的系統(tǒng)組成示意圖；圖3是本發(fā)明實施例的太陽平面追蹤執(zhí)行裝置的結構示意圖；圖4是本發(fā)明實施例的光譜探頭固定及旋轉裝置的結構示意圖；圖5是本發(fā)明實施例的光譜探頭固定連接器與光譜探頭的連接關系示意圖；圖6是本發(fā)明實施例的直射光遮擋裝置結構示意圖；其中，100 儀器觀測平面；101 太陽入射平面；102 可行的觀測方位范圍；103 天空光；104 太陽光；1 主控系統(tǒng)；2 驅動齒輪；3 第一驅動電機；4 轉盤；5 轉軸；6 支撐臂連接孔位；7 固定底盤；8 太陽追光傳感器；9 測量支撐臂；10 第二驅動電機；11 光譜探頭固定及旋轉裝置；12 光譜探頭固定連接器；13 參考板；14 參考板支架；15 參考板驅動電機；16 光譜探頭；17 相機；18 傾角測量傳感器；19 遮擋驅動電機；20 連接桿；21 黑色遮光板。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例，對本發(fā)明的具體實施方式
作進一步詳細描述。以下實施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。
結合圖2所示，本發(fā)明實施例提供了一種光譜自動化測量方法及裝置，包括無人駕駛自動導航船及固定于其上的地物光譜儀、光譜自動測量裝置和主控系統(tǒng)1 ；光譜自動測量裝置固定于船體一側，其另一端連接地物光譜儀，用于自動完成水體光譜測量所需要的地物光譜儀的光譜探頭的多個角度的運動；主控系統(tǒng)1分別與無人駕駛自動導航船，地物光譜儀、光譜自動測量裝置電連接，用于向無人駕駛自動導航船的控制器下達路徑信息、 控制光譜自動測量裝置的運動，并且對光譜儀的測量和存儲進行控制。工作時，光譜測量人員只需預先設定好自動測量船的行駛路線、監(jiān)測點的位置還有在每個監(jiān)測點的測量次數。 自動測量船船便會根據搭載的GPS導航設備自動行駛至目標監(jiān)測點，并將自動測量數據完成傳送工作。為了克服測量過程中光線反射對測量結果的影響，如圖3、4所示，本實施例優(yōu)選的光譜自動測量裝置包括用于實現自動太陽追蹤的太陽平面追蹤執(zhí)行裝置及其上固定連接的可調角度的測量支撐臂9，測量支撐臂9的另一端設置有光譜探頭固定及旋轉裝置11， 光譜探頭固定及旋轉裝置11用于固定地物光譜儀的光譜探頭16并實現其方向的改變。具體的結合圖3，太陽平面追蹤執(zhí)行裝置包括與船體固定的固定底盤7，與固定底盤7連接并可相對其旋轉的轉盤4，轉盤的旋轉中心為轉軸5，轉盤4用于固定測量支撐臂 9，驅動轉盤4旋轉的驅動齒輪2，與驅動齒輪2連接的第一驅動電機3 ；太陽追光傳感器8 及驅動電機電連接到主控系統(tǒng)1，太陽追光傳感器8用于感應太陽方位角的改變的輸出改變，主控系統(tǒng)1讀取太陽追光傳感器8的輸出根據其內預設程序控制第一驅動電機3旋轉， 帶動轉盤4旋轉，保證轉盤4上固定的測量支撐臂9與太陽入射平面保持固定角度。為便于測量支撐臂9角度的調整，轉盤4上設置有多個支撐臂連接孔位6，測量支撐臂9連接在太陽平面追蹤執(zhí)行裝置的轉盤4上不同的孔位，用于調整測量支撐臂9所在的豎直平面與太陽入射平面的角度。驅動齒輪2是為蝸桿，轉盤4外圍為與蝸桿相配合的蝸輪。該配合驅動裝置也可以如一些常用的齒輪配合，如兩級或多級的齒輪傳動。結合圖4所示，光譜探頭固定及旋轉裝置11包括用于固定地物光譜儀的光譜探頭固定連接器12及驅動其旋轉的第二驅動電機10 ；光譜探頭固定連接器12還固定連接有傾角測量傳感器18，傾角測量傳感器18用來光譜探頭的傾斜角度；傾角測量傳感器18及第二驅動電機10電連接到主控系統(tǒng)1 ；光譜探頭角度調整時，主控系統(tǒng)1首先獲取傾角測量傳感器18的角度信息，根據其內設程序驅動第二驅動電機10旋轉，帶動光譜探頭旋轉，當旋轉到指定位置時，控制第二驅動電機10停止轉動。測量支撐臂9上還固定有參考板運動裝置，其可以在水平面內繞著與支撐臂的連接處旋轉；參考板運動裝置包括參考板驅動電機15、與參考板驅動電機15輸出端連接的參考板支架14及固定與參考板支架14端部的參考板13 ；參考板驅動電機15與主控系統(tǒng)1電連接，當需要進行參考板13測量的時候，主控系統(tǒng)1控制參考板運動裝置旋轉到光譜探頭 16底下，測量完成后，控制其旋轉到另一側。參考板運動裝置的上方還設置有直射光遮擋裝置，具體結構參見圖6，其包括與參考板支架14連接的遮擋驅動電機19及其輸出端連接的連接桿20及連接桿20的端部設置的黑色遮光板21，遮擋驅動電機19與主控系統(tǒng)1連接；當需要測量遮擋直射光的參考板時，主控系統(tǒng)1根據其內部程序驅動遮擋驅動電機19控制連接桿20旋轉到光譜探頭16和參考板13的一側，用于黑色遮光板21遮擋住太陽光。主控系統(tǒng)1還連接有GPS和自動對焦相機17，自動對焦相機17與光譜探頭16固定在一起，主控系統(tǒng)1控制獲取光譜數據的同時，將測量點的位置信息、時間信息、觀測對象的照片同步獲取并保。無人駕駛自動導航船包括船體、螺旋槳推進系統(tǒng)及方向舵，螺旋槳推進系統(tǒng)及方向舵與主控系統(tǒng)1電連接。主控系統(tǒng)1根據其得到的指令或內設程序，驅動螺旋槳推進系統(tǒng)，并控制方向舵自動到指定目標實現測量。光譜自動化測量方法及裝置還包括PC基站，PC基站與主控系統(tǒng)1之間無線通訊。 其主要由兩部分組成，第一部分是搭載有各種水質監(jiān)測設備的無人駕駛自動導航模型船， 另一部分是PC基站。PC基站就是裝有我們軟件和天線的普通PC電腦。工作時，監(jiān)測人員只需預先設定好自動監(jiān)測船的行駛路線、監(jiān)測點的位置還有在每個監(jiān)測點的監(jiān)測時間。自動監(jiān)測船便會根據搭載的GPS導航設備自動行駛至目標監(jiān)測點，并進行光譜的自動采集。由以上實施例可以看出，本發(fā)明實施例提供了一種光譜自動化測量方法及裝置， 包括無人駕駛自動導航船及固定于其上的地物光譜儀、光譜自動測量裝置和主控系統(tǒng)1 ； 光譜自動測量裝置固定于船體一側，其另一端連接地物光譜儀，用于自動完成水體光譜測量所需要的地物光譜儀的光譜探頭的多個角度的運動；主控系統(tǒng)1分別與無人駕駛自動導航船，地物光譜儀、光譜自動測量裝置電連接，用于向無人駕駛自動導航船的控制器下達路徑信息、控制光譜自動測量裝置的運動，并且對光譜儀的測量和存儲進行控制。以上僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明技術原理的前提下，還可以做出若干改進和替換，這些改進和替換也應視為本發(fā)明的保護范圍。
權利要求
1.一種光譜自動化測量方法及裝置，其特征在于，包括無人駕駛自動導航船及固定于其上的地物光譜儀、光譜自動測量裝置和主控系統(tǒng)；所述光譜自動測量裝置固定于船體一側，其另一端連接地物光譜儀，用于自動完成水體光譜測量所需要的地物光譜儀的光譜探頭的多個角度的運動；所述主控系統(tǒng)分別與所述無人駕駛自動導航船，地物光譜儀、光譜自動測量裝置電連接，用于向無人駕駛自動導航船的控制器下達路徑信息、控制光譜自動測量裝置的運動，并且對光譜儀的測量和存儲進行控制。
2.如權利要求1所述的光譜自動化測量方法及裝置，其特征在于，所述光譜自動測量裝置包括用于實現自動太陽追蹤的太陽平面追蹤執(zhí)行裝置及其上固定連接的可調角度的測量支撐臂，所述測量支撐臂的另一端設置有光譜探頭固定及旋轉裝置，所述光譜探頭固定及旋轉裝置用于固定地物光譜儀的光譜探頭并實現其方向的改變。
3.如權利要求2所述的光譜自動化測量方法及裝置，其特征在于，所述太陽平面追蹤執(zhí)行裝置包括與船體固定的固定底盤，與所述固定底盤連接并可相對其旋轉的轉盤，所述轉盤用于固定所述測量支撐臂，驅動所述轉盤旋轉的驅動齒輪及與所述驅動齒輪連接的第一驅動電機；所述太陽追光傳感器及所述驅動電機電連接到所述主控系統(tǒng)，所述太陽追光傳感器用于感應太陽方位角的改變的輸出改變，主控系統(tǒng)讀取所述太陽追光傳感器的輸出根據其內預設程序控制所述第一驅動電機旋轉，帶動所述轉盤旋轉，保證轉盤上固定的測量支撐臂與太陽入射平面保持固定角度。
4.如權利要求3所述的光譜自動化測量方法及裝置，其特征在于，所述轉盤上設置有多個支撐臂連接孔位，測量支撐臂連接在太陽平面追蹤執(zhí)行裝置的轉盤上不同的孔位，用于調整測量支撐臂所在的豎直平面與太陽入射平面的角度。
5.如權利要求3所述的光譜自動化測量方法及裝置，其特征在于，所述驅動齒輪是為蝸桿，所述轉盤外圍為與所述蝸桿相配合的蝸輪。
6.如權利要求3所述的光譜自動化測量方法及裝置，其特征在于，所述光譜探頭固定及旋轉裝置包括用于固定地物光譜儀的光譜探頭固定連接器及驅動其旋轉的第二驅動電機；所述光譜探頭固定連接器還固定連接有傾角測量傳感器，所述傾角測量傳感器用來光譜探頭的傾斜角度；所述傾角測量傳感器及第二驅動電機電連接到所述主控系統(tǒng)；光譜探頭角度調整時，主控系統(tǒng)首先獲取傾角測量傳感器的角度信息，根據其內設程序驅動所述第二驅動電機旋轉，帶動光譜探頭旋轉，當旋轉到指定位置時，控制所述第二驅動電機停止轉動。
7.如權利要求6所述的光譜自動化測量方法及裝置，其特征在于，所述測量支撐臂上還固定有參考板運動裝置，其可以在水平面內繞著與所述支撐臂的連接處旋轉；所述參考板運動裝置包括參考板驅動電機、與參考板驅動電機輸出端連接的參考板支架及固定與參考板支架端部的參考板；所述參考板驅動電機與主控系統(tǒng)電連接，當需要進行參考板測量的時候，主控系統(tǒng)控制所述參考板運動裝置旋轉到光譜探頭底下，測量完成后，控制其旋轉到另一側。
8.如權利要求7所述的光譜自動化測量方法及裝置，其特征在于，所述參考板運動裝置的上方還設置有直射光遮擋裝置，其包括與所述參考板支架連接的遮擋驅動電機及其輸出端連接的連接桿及所述連接桿的端部設置的黑色遮光板，所述遮擋驅動電機與所述主控系統(tǒng)連接；當需要測量遮擋直射光的參考板時，所述主控系統(tǒng)根據其內部程序驅動所述遮擋驅動電機控制所述連接桿旋轉到光譜探頭和參考板的一側，用于黑色遮光板遮擋住太陽光。
9.如權利要求7所述的光譜自動化測量方法及裝置，其特征在于，所述主控系統(tǒng)還連接有GPS和自動對焦相機，所述自動對焦相機與所述光譜探頭固定在一起，所述主控系統(tǒng)控制獲取光譜數據的同時，將測量點的位置信息、時間信息、觀測對象的照片同步獲取并保存。
10.如權利要求1所述的光譜自動化測量方法及裝置，其特征在于，所述無人駕駛自動導航船包括船體、螺旋槳推進系統(tǒng)及方向舵，所述螺旋槳推進系統(tǒng)及方向舵與所述主控系統(tǒng)電連接。
11.如權利要求1至10中任一項所述的光譜自動化測量方法及裝置，其特征在于，所述光譜自動化測量方法及裝置還包括PC基站，所述PC基站與所述主控系統(tǒng)之間無線通訊。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種光譜自動化測量方法及裝置，其包括無人駕駛自動導航船及固定于其上的地物光譜儀、光譜自動測量裝置和主控系統(tǒng)；光譜自動測量裝置固定于船體一側，其另一端連接地物光譜儀，用于自動完成水體光譜測量所需要的地物光譜儀的光譜探頭的多個角度的運動；主控系統(tǒng)分別與無人駕駛自動導航船，地物光譜儀、光譜自動測量裝置電連接，用于向無人駕駛自動導航船的控制器下達路徑信息、控制光譜自動測量裝置的運動，并且對光譜儀的測量和存儲進行控制。本裝置覆蓋更廣的面積，監(jiān)測地點可靈活設定，相比大船節(jié)省能源，初始成本低，整個流程完全自動化，光譜數據、時間、位置、照片同步獲取，避免人為失誤，提高測量效率。
文檔編號G01C13/00GK102565064SQ20121001155
公開日2012年7月11日 申請日期2012年1月13日 優(yōu)先權日2012年1月13日
發(fā)明者孫剛, 施建成, 楊習榮, 柳欽火, 肖青 申請人:中國科學院遙感應用研究所