专利名称：便携式手动多角度测量装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种测量设备，特别涉及一种便携式手动多角度测量装置，适用于遥感信息测量分析、理论研究与应用。
背景技术：
遥感特定领域的角度测量装置主要是为了在野外实际环境中测量地球表面目标的半球方向反射系数，也就是对同一目标在半球空间范围内的反射信息进行测量，分析地物目标的反射分布特征，从而为遥感反演地物参数、遥感理论模型研究与遥感应用提供支 持。较早的野外角度测量装置PARABOLA(便携式快速双向对地与大气测量装置)可以快速测量地物的反射辐射，但是只能在15°视场角条件下获取被测目标在三个波段的反射信息，与此同时在测量过程中需要假设被测目标在空间上均匀分布[I]。随后，PARABOLA系统被改进后可以在八个波段分量地表目标反射辐射的角度分布，而它的视场角为5°，可以测量更细致的样品[2]。野外角度测量系统(FIGOS) [3]主要是用来测量土壤与植被的半球方向反射分布的，它可以以15°间隔的探测角度对目标反射信息进行测量，而FIGOS的重量为230KG，难于运输与操作。但是相对于PARABOLA而言，FIGOS可以在较高的光谱分辨率和更多的角度对目标进行测量。Aoki (日本人青木)等[4]利用三角架结合角度测量装置实现了 PARABOLA的功能，但是其操作较麻烦，而且测量过程中需要注意几何关系的变化。Painter(培奈特)等设计了可以测量积雪表面方向反射的自动分光角度计，可以结合地物高光谱仪实现在半球空间内对地进行观测，其重量为50KG，但是该装置只能对像积雪表面这样平坦的目标进行观测，而且不能调整与被测目标之间的距离。Schopfer (索普菲尔)等[6]利用FIGOSMk 11(野外测量角度系统-Mk II型号)结合ASD (光谱分析设备)地物光谱仪首次在相同角度与高光谱分辨率下同时测量了下行辐射与地物的反射辐射，从而可以反演地物目标的双向反射分布函数(BRDF)。但是该测量装置非常难于移动，而且也只能对较平坦的地物目标(例如草地，土壤，积雪)进行测量。Suomalainen(索马莱宁)等[7]介绍的芬兰大地测量研究所的野外角度光谱仪(FIGIFIG0)是现今野外测量中较为轻便的测量装置，它同时可以对地物的多角度偏振反射进行测量，该装置具有自带的电源系统，可以手动与自动结合操作测量，其有效测量范围直径为10-50cm。但是在手动情况下只能实现5个角度对地观测。从以上对角度测量装置的描述来看，现有的测量装置大部分都比较笨重，使其可移动性差。而且只能对低矮、分布均匀目标表面的反射辐射进行测量，对于较高的植被与粗糙地面目标则无法测量，例如玉米冠层、起伏不平的地面、表面粗糙的岩石。同时，由于大部分角度测量装置都是自动控制的，因此在野外测量中需要接通电源，这也限制了测量系统的便捷性。现有角度测量装置往往都有其固定的结构框架与其对应的探测视场角，不能灵活的变化测量距离与探测视场角，测量地物类型因此受限。参考文献[0006][I] Deering D Wj Leone P. A sphere-scanning radiometer for rapiddirectional measurements of sky and ground radiance [J]. Remote Sensing ofEnvironment, 1986，19(1): 1-24(迪林-唐纳德，利昂-彼得.一种可以快速实现天空与地表双向测量的球体扫描辐射计.环境遥感，1986，19(1): 1-24).[2] Bruegge C，Helmlinger M C，Conel J Ej Gaitley B Jj Abdou W A.PARABOLA III: Asphere—scanning radiometer for field determination of surfaceanisotropic reflectance functions [J]. Remote Sensing of Environment, 2000，19: 75-94(布吕格-凯若，海勒米格-马克，考涅尔-詹姆斯，吉特力-巴巴拉，阿卜杜-万迪.便携式快速测量地表与大气双向反射设备III:球形扫面议在野外测量地表各项异性反射函数.遥感评论，2000，19: 75-94).[3] Sandmeier S Rj Itten K I. A field goniometer system (FIGOS) foracquisition of hyperspectral BRDF data [J]. IEEE Transactions on Geoscience andRemote Sensing, 1999，37(2 II) : 978-986 (撒德米尔-斯特芬，伊藤-克劳斯.一种可是实现野外高光谱双向反射部分函数测量的仪器.电气与电子工程师协会汇报地球科学与遥感，1999，37(2 II): 978-986).[4] Aoki Tj Aoki Tj Fukabori Mj Hachikubo A, Tachibana Y，Nishio F.Effects of snow physical parameters on spectral albedo and bidirectionalreflectance of snow surface [ J]. Journal of Geophysical Research D:Atmospheres, 2000，105 (D8) : 10219-10236 (青木-邵夫，青木-钟雄，五六-方，肢卜-秋广，立花-义广，西尾-文彦.积雪物理参数积雪表面对光谱反照率与双向反射的影响.地球物理学杂志研究D :大气，2000，105 (D8) : 10219-10236).[5] Painter T H， Paden B， Dozier J. Automated spectro-goniometer: Aspherical robot for the field measurement of the directional reflectance ofsnow [J]· Review of Science Instruments, 2003，74(12): 5179-5188 (培奈特-托马斯，帕登-布莱德，杜泽尔-杰夫.自动分光测角仪球形机器测量积雪表面双向反射仪器.科学仪器评论，2003，74(12) : 5179-5188).[6] Schopfer J Tj Dangel S，Kneubuhler Mj Itten K I. Dual Field-of-viewGoniometer System FIG0S. In IOth Intl. Symposium on Physical Measurements andSpectral Signatures in Remote Sensing (ISPMSRS)， 2007， XXXVI， Part7/C 50:493-498(索普菲尔-于格尔，汤热尔-斯特凡，科普布勒-马蒂亚斯，伊藤-克劳斯.双视场角度测量系统-野外测量角度系统.第十届国际物理测量与遥感光谱特征会议，2007，XXXVI， Part7/C 50: 493-498).[7] Suomalainen Jj Hakala Tj Peltoniemi Jj Puttonen E. PolarizedmultianguIar reflectance measurements using the Finnish Geodetic InstitudeField Goniospectrometer [J]· Sensors, 2009，9: 3891-3907 (索马莱宁-尤哈，哈卡拉-泰穆，佩尔托涅米-托尼，普托宁-艾杜.利用芬兰大地测量研究院野外角度测量仪实现偏振多角度测量.传感器，2009，9: 3891-3907).
发明内容[0013]本实用新型的目的在于提供一种便携式手动多角度测量装置，解决了现有技术存在的上述问题。本实用新型可以结合地物光谱仪对地面目标在不同角度的反射信息进行测量，具有方便携带、操作简单、测量范围大、对测量环境要求低、测量精度高等优势。本实用新型的上述目的通过以下技术方案实现便携式手动多角度测量装置，包括水准泡式底座I、手动角度调节装置2、主探测架3、辅助探测架4、连接杆5、固定连接件6、探测筒7、角度盘8及可调节式底部支架9，其中，所述手动角度调节装置2连接在水准泡式底座I上，主探测架3及辅助探测架4分别平行固定在手动角度调节装置2内的步进电机转动轴的两端，所述主探测架3通过固定连接件6及两个连接杆5与辅助探测架4连接，起到固定主探测架3的作用，主探测架3可以伸缩变化长度；所述主探测架3顶端通过固定连接件及连接杆5直接与探测筒7相连，所述主探测架3、辅助探测架4及探测筒7始终在同一平面。手动角度调节装置2为步进电机改装而成，将电控驱动变化成手动驱动，并且通过转向轮实现转动轴驱动。探测架底部与手动驱动的步进电机转动轴直接相连接，通过手动驱动步进电机带动探测架实现探测架角度的变 化。所述的水准泡式底座I的两侧分别设置移动把手，可以移动整个测量装置，水准泡式底座I的底部设置可调节式底部支架9。所述的水准泡式底座I的材质为铸造铝，起到固定整个装置的作用。所述的水准泡式底座I的尺寸为20cmX40cm。所述的手动角度调节装置2上固定设置角度盘8，用于确定探测架的角度。所述的探测筒7的外侧设置视场角刻度。本实用新型的有益效果在于在保证测量整体稳定性的前提下，装置的总重量为15 kg至20kg，并且设置了移动把手，只需要f 2人即可自由移动。在变换探测角度时只需手动调节手动角度调节装置2，参照角度盘8读数即可。测量距离范围为O. 2^1. 5m，探测方向视场角可以通过变换测量筒长度调整，调整范围为8° ^25°，对应的测量直径可变化范围为3飞0cm，可以满足对不同高度与面积地物多角度反射信息测量。由于测量装置的占地面积小，可以在不同结构表面固定，并且可以通过水平泡调整水平进行测量。测量角度精度为I. 5°，测量中心位置精度在最大测量距离时为3cm。本角度测量装置可以结合现有的地物高光谱仪器对地进行观测。而像PARABOLA受到测量波段波探测视场角度的限制，只能根据测量系统而选择需要的参数与目标，该仪器更适合在实验室内进行观测。对于FIGOS而言，其电控系统与230kg的重量就限制了它对地观测的便捷性。FIGIFIG0的缺点是对测量地面环境要求依然较高，而且需要至少两个人才可以实现操作。本测量装置的创新是分析以往仪器的不足之处，可以在野外环境中简单、快捷、准确的确定探测角度，同时可以快速移动，在不同地点进行观测。本实用新型与现有技术相比较，具体参数如下本实用新型总重量为15 kg 20kg，现有角度测量装置最小重量为50kg。本实用新型探测架调整距离可以在O. 2^1. 5m内自由变换探测高度，现有测量装置都只能根据其结构框架在其固定的距离探测。本实用新型探测视场角可以在8° ^25°范围内自由调整，现有装置只能在8°、10°、25°三个视场角变化。[0026]本实用新型占地面积小，对实际放置环境要求低，本装置的底座尺寸大小规格20cmX 40cm，而现有装置最小的 占地面积为O. 7m2，较大的为10m2，在野外很不容易放置。
此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。图I为本实用新型的结构示意图。图中1、水准泡式底座；2、手动角度调节装置；3、主探测架；4、辅助探测架；5、连接杆；6、固定连接件；7、探测筒；8、角度盘；9、可调节式底部支架。
具体实施方式
以下结合附图进一步说明本实用新型的详细内容及其具体实施方式
。参见图1，本实用新型的便携式手动多角度测量装置，包括水准泡式底座I、手动角度调节装置2、主探测架3、辅助探测架4、连接杆5、固定连接件6、探测筒7、角度盘8及可调节式底部支架9，其中，所述手动角度调节装置2连接在水准泡式底座I上，主探测架3及辅助探测架4分别平行固定在手动角度调节装置2内的步进电机转动轴的两端，所述主探测架3通过固定连接件6及两个连接杆5与辅助探测架4连接，起到固定主探测架3的作用，主探测架3可以伸缩变化长度；所述主探测架3顶端通过固定连接件及连接杆5直接与探测筒7相连，所述主探测架3、辅助探测架4及探测筒7始终在同一平面。手动角度调节装置2为步进电机改装而成，将电控驱动变化成手动驱动，并且通过转向轮实现转动轴驱动。探测架底部与手动驱动的步进电机转动轴直接相连接，通过手动驱动步进电机带动探测架实现探测架角度的变化。所述的水准泡式底座I的两侧分别设置移动把手，可以移动整个测量装置，水准泡式底座I的底部设置可调节式底部支架9。所述的水准泡式底座I的材质为铸造铝，起到固定整个装置的作用。所述的水准泡式底座I的尺寸为20cmX40cm。所述的手动角度调节装置2上固定设置角度盘8，用于确定探测架的角度。所述的探测筒7的外侧设置视场角刻度。参见图I所示，本实用新型在实际使用时，首先选定测量目标，固定手动角度测量装置2，并通过水准泡式底座I上的水准泡调整至水平；随后，根据目标大小、高度调整探测距离与探测视场角(如在不同方向测量高度为O. 5m左右灌木的冠层，则可以根据冠层形成的面积大小调整测量高度)；最后，手动摇动手动角度调节装置2的转向轮，参照角度盘8读出探测角度。如在不同方位变换探测角度时，只需转动水准泡式底座I的方向即可，然后重复上述步骤。测量结束后，可以移动到下一目标，重复进行测量。PARABOLA、FIG0S、FIGIFIG0等测量装置的技术特征可以表述为在其要求的条件下可以快速的变换探测角度，在不同方向对地观测，但是仅限于大面积平坦、均匀分布，且高度不超过20cm的地物目标。而本测量装置的测量距离范围为O. 2 1. 5m，探测方向视场角调整范围为8° ^25°，对应的测量直径可变化范围为:T60cm，可以满足对不同高度与面积地物多角度反射信息测量。[0038]以上所述仅为本实用新型的优选实例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之 内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
权利要求1.一种便携式手动多角度测量装置，其特征在于手动角度调节装置(2)连接在水准泡式底座(I)上，主探测架(3)及辅助探测架(4)分别平行固定在手动角度调节装置(2)内的步进电机转动轴的两端，所述主探测架(3 )通过固定连接件(6 )及两个连接杆(5 )与辅助探测架(4)连接；所述主探测架(3)顶端通过固定连接件及连接杆(5)直接与探测筒(7)相连，所述主探测架(3)、辅助探测架(4)及探测筒(7)始终在同一平面。
2.根据权利要求I所述的便携式手动多角度测量装置，其特征在于 所述的水准泡式底座(I)的两侧分别设置移动把手，底部设置可调节式底部支架(9 )。
3.根据权利要求I或2所述的便携式手动多角度测量装置，其特征在于所述的水准泡式底座(I)的材质为铸造铝。
4.根据权利要求I或2所述的便携式手动多角度测量装置，其特征在于所述的水准泡式底座(I)的尺寸为20cmX40cm。
5.根据权利要求3所述的便携式手动多角度测量装置，其特征在于所述的水准泡式底座(I)的尺寸为20cmX40cm。
6.根据权利要求I所述的便携式手动多角度测量装置，其特征在于所述的手动角度调节装置(2)上固定设置角度盘(8)。
7.根据权利要求I所述的便携式手动多角度测量装置，其特征在于所述的探测筒(7)的外侧设置视场角刻度。
专利摘要本实用新型涉及一种便携式手动多角度测量装置，适用于遥感信息测量分析、理论研究与应用。手动角度调节装置连接在水准泡式底座上，主探测架及辅助探测架分别平行固定在手动角度调节装置内的步进电机转动轴的两端，所述主探测架通过固定连接件及两个连接杆与辅助探测架连接；所述主探测架顶端通过固定连接件及连接杆直接与探测筒相连，所述主探测架、辅助探测架及探测筒始终在同一平面。优点在于方便携带、操作简单、测量范围大、对测量环境要求低、测量精度高、实用性强等。
文档编号G01J3/02GK202793590SQ201220487030
公开日2013年3月13日 申请日期2012年9月24日 优先权日2012年9月24日
发明者吕云峰, 孙仲秋 申请人:长春师范学院