一种高光谱遥感气象监测站装置的制作方法

1.本实用新型涉及高光谱遥感监测和气象监测技术领域，特别涉及一种高光谱遥感气象监测站装置。


背景技术：

2.植被功能的变化不仅与植被特征的变化密切相关，而且与其所处的气象环境密切相关。同一地点、同时获取的植被特征及其气象环境条件是准确描述植被功能变化的关键数据。植被反射的高光谱数据携带了大量的植被特征信息，而植被气象环境体现了植被功能变化的外部驱动信息。高光谱遥感是连接遥感数据处理、地面测量、光谱模型和应用的强有力工具，具有分辨率高、信息量大和实时等特点，可以实现对目标物进行精准、实时的监测，已广泛应用于植被的动态监测。但目前植被高光谱观测设备较大，无法满足观测人员的轻便、长期定位观测和移动观测相结合。气象观测技术也已经广泛用于植被环境气象的动态监测，但不能同时获取相同地点的实时植被高光谱观测数据。
3.由于植被高光谱观测设备是通过获取太阳光的辐射光谱和植被反射光谱来进行采集的，因此植被高光谱观测设备受太阳光条件的影响较大，须在天气晴朗太阳光辐照度稳定的天气才会具有较好的效果，如遇多云或者雨天，获取的信息存在较大误差。同时，植被高光谱观测设备的光谱仪和余弦接收器等光电设备又需要必要的防护结构来防止风雪等恶劣天气的破坏，且防护结构不能影响光信息的采集，这对于结构的设计来说是一个技术难题。另外，对于气象观测用的各类气象传感器的加入，如何实现与光电设备的结合、以及如何实现防护结构既可以保护各类气象传感器和光电设备的同时，又不会影响气象数据和光信息数据的采集，也是亟需解决的技术问题。
4.把高光谱传感器和气象传感器结合在一起的高光谱遥感气象监测站装置进行应用，可以实现植被高光谱信息与气象数据同步实时获取，通过地面观测的植被高光谱数据与同步气象数据数据构建关系模型，实时监测植被变化，并可为结合卫星数据来大范围监测植被长势和碳源汇估算等提供技术支撑，降低高光谱数据与气象数据构建关系模型的不确定性，进一步提高卫星高光谱遥感数据的应用和植被生长动态监测的空间范围。


技术实现要素：

5.本实用新型的主要目的在于提供一种新的高光谱遥感气象监测站装置，以解决上述的技术问题。
6.为实现上述目的，本实用新型提供的一种高光谱遥感气象监测站装置，其特征在于，包括内部形成有容纳腔的壳体、安装于容纳腔内的主控制板、光谱仪模组、气象侦测模组以及罩设于所述壳体上的防护罩，所述壳体上还设置有电源接口，所述电源接口连接外部电源并直接或者间接为所述主控制板、光谱仪模组以及气象侦测模组供电。其中：
7.所述光谱仪模组包括光谱仪以及至少一组光谱接收器，所述光谱仪安装于所述容纳腔内且与所述主控制板电连接，所述光谱接收器包括安装架、第一余弦接收器、第二余弦
接收器、第一光路光纤、第二光路光纤和设置于所述容纳腔内的光纤转接开关；所述第一余弦接收器通过所述第一光路光纤连接所述光纤转接开关的第一光纤接口，所述第二余弦接收器通过所述第二光路光纤连接所述光纤转接开关的第二光纤接口，所述光纤转接开关的出口通过第三光纤连接所述光谱仪；所述安装架包括横臂和纵臂，所述横臂和纵臂为管状结构，所述壳体的侧壁上开设有第一通孔，所述横臂水平安装且与所述第一通孔连通，所述纵臂沿竖直方向安装于所述横臂的自由端且所述纵臂的内腔与所述横臂的内腔连通；所述第一余弦接收器安装于所述纵臂的第一端部，第二余弦接收器安装于所述纵臂的第二端部，所述第一光路光纤和第二光路光纤通过所述纵臂和所述横臂的内腔以及所述第一通孔布置至所述壳体的内部；
8.所述防护罩罩设于所述壳体的顶面上，所述防护罩的横向尺寸大于所述壳体的横向尺寸，且小于所述壳体与所述横臂的横向尺寸之和；
9.所述气象侦测模组包括雨量传感器、风速传感器、温湿度传感器以及地温传感器中的一个或者多个。其中，所述地温传感器安装于所述壳体的下方，所述地温传感器朝向地面安装，所述雨量传感器、风速传感器以及温湿度传感器安装于所述防护罩的上方，所述防护罩上开设有至少一个第一过线孔，所述壳体的顶面上开设有第二过线孔。
10.进一步地，所述壳体为圆筒形，所述壳体的顶端与所述防护罩相固定；所述防护罩包括圆形的罩板以及自所述罩板的边缘沿径向向外并朝下方延伸的裙边。
11.进一步地，所述裙边的边缘部向外翻折形成水平或者向上翻起的弯折部。
12.进一步地，所述防护罩的个数为两个，两个所述防护罩上下堆叠间隔的设置。
13.进一步地，所述气象侦测模组同时包括雨量传感器、风速传感器、温湿度传感器以及地温传感器；所述风速传感器包括多个风速传感探头、底座、顶盖以及支撑在所述底座以及所述顶盖之间的多根支杆，所述底座和所述顶盖之间间隔预设距离设置，多个所述风速传感探头固定于所述底座上，且伸出所述底座的上方，所述底座上还开设有第二通孔，所述第二通孔用于供线路穿过；所述雨量传感器设置于所述顶盖的上方，所述温湿度传感器设置在所述底座与所述防护罩之间。
14.进一步地，所述支杆的个数为四个，四个所述支杆围绕所述底座的中心轴均匀分布；所述风速传感探头的个数为四个，四个所述风速传感探头围绕所述中心轴均匀分布。
15.进一步地，所述纵臂的侧面凸伸出套接口，所述套接口连通所述纵臂的内腔，所述套接口的内径与所述横臂的自由端的外径相匹配，以将所述横臂的自由端与所述套接口相固定。
16.进一步地，还包括与所述主控制板电连接的天线，所述天线设置于所述壳体的底面或者侧面上。
17.进一步地，所述安装架还包括支撑臂，所述支撑臂斜向支撑在所述横臂的底面与所述壳体的侧面上。
18.进一步地，还包括支架，所述壳体的底面凸伸出固定板，所述固定板上开设有孔，所述高光谱遥感气象监测站装置通过所述固定板以及螺栓固定于所述支架上。
19.本实施例中的高光谱遥感气象监测站装置将气象观测单元和光谱观测单元集合一起，可以全面实时的观测空气中的温湿度、降水量、地表温度、风速风向、高光谱信息等，同时结构设计轻便小巧，光谱仪模组、防护罩以及气象侦测模组的上下设计，既实现了高光
谱侦测和气象侦测的独立性，防护罩不会遮蔽气象侦测模组对环境的侦测，也不会遮挡住高光谱侦测的余弦接收器，同时还会对壳体内的核心部件起到电磁屏蔽、太阳辐射屏蔽和遮风挡雨的作用。
附图说明
20.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
21.图1是本实用新型的一实施例中的高光谱遥感气象监测站装置的立体结构示意图；
22.图2是图1中的高光谱遥感气象监测站装置的分解示意图；
23.图3是图1中的高光谱遥感气象监测站装置的内部示意图；
24.标号说明：
25.高光谱遥感气象监测站装置100；
26.支架200；
27.壳体10，容纳腔101，电源接口11，第一通孔102；
28.主控制板20，天线21；
29.防护罩30，罩板31，裙边32，弯折部321；
30.光谱仪41，安装架42，横臂421，纵臂422，套接口423，支撑臂424，第一余弦接收器431，第二余弦接收器432，光纤转接开关45；
31.雨量传感器51，风速传感器52，底座521，顶盖522，支杆523，风速传感探头524，温湿度传感器53，地温传感器54。
32.本实用新型目的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
33.下面将结合本实施例中的附图，对本实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
34.需要说明，本实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后......)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
35.另外，在本实用新型中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
36.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解。例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可
以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
37.另外，本实用新型各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。
38.应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
39.请结合图1至3所示，为本实用新型一实施例中提供的高光谱遥感气象监测站装置100。
40.高光谱遥感气象监测站装置100包括内部形成有容纳腔101的壳体10、安装于容纳腔101内的主控制板20、光谱仪模组(图未标号)、防护罩30以及气象侦测模组(图未标号)。
41.所述壳体10上开设置有电源接口11，所述电源接口11连接外部电源并直接或者间接为所述主控制板20、光谱仪模组以及气象侦测模组供电。
42.本领域技术人员可以根据需要，对电源接口11的规格、位置以及供电方式等进行设置，电源接口11可以连接12伏dc2.5供电公头给高光谱遥感气象监测站装置100进行通电，各个用电模组可以直接与电源接口11连接，也可以通过主控制板20的供电电路转接等。具体实施方式中主要针对解决本实用新型所实际欲解决的技术问题的技术特征做说明，高光谱遥感气象监测站装置100相关的与现有技术中重叠，且本领域技术人员可以根据需要进行选用的部分内容，例如主控制板20上具备wifi、或者4g/5g通信单元来实现高光谱遥感气象监测站装置100与外部的数据传输，通过在主控制板20上增加gps或者北斗单元来实现位置的定位等，未展开作说明；但是并不意味着本实用新型中的高光谱遥感气象监测站装置100的技术方案不完整。
43.所述光谱仪模组包括光谱仪41以及至少一组光谱接收器(图未标号)，所述光谱仪41安装于所述容纳腔101内，且与所述主控制板20电连接，所述光谱接收器包括安装架42、第一余弦接收器431、第二余弦接收器432、第一光路光纤、第二光路光纤和设置于所述容纳腔101内的光纤转接开关45。
44.所述第一余弦接收器431通过所述第一光路光纤连接所述光纤转接开关45的第一光纤接口(图未示出)，所述第二余弦接收器432通过所述第二光路光纤连接所述光纤转接开关45的第二光纤接口(图未示出)，所述光纤转接开关45的出口通过第三光纤(图未示出)连接所述光谱仪41。光纤转接开关45可以是二转一的光纤转接机构。在一具体的实例中，光纤转接开关45包括第一光纤接口、第二光纤接口、光闸开关以及y型光纤转器，第一光路光纤和第二光路光纤通过对应的光纤接口固定在光闸开关的一端上，光闸开关9另一端通过所述y型光纤(2转1)连接在光谱仪光入口处。所述光闸开关可用于切换进入光谱仪的光路，相当于太阳入射辐射经过一条光路进入光谱仪41，测量植被反射辐射经过另一条光路进入光谱仪41，光闸开关可以在这两条光路中进行切换，也可以实现全部关闭。光谱仪是可以将成分复杂的光分解为光谱线的装置，用于将太阳辐射和植被反射辐射进行逐波长的能量测量，并输出逐个波长的能量值。
45.所述安装架42包括横臂421和纵臂422，所述横臂421和纵臂422为管状结构，所述
壳体10的侧壁上开设有第一通孔102，所述横臂421水平安装且与所述第一通孔102连通，所述纵臂422沿竖直方向安装于所述横臂421的自由端且所述纵臂422的内腔与所述横臂421的内腔连通，所述第一余弦接收器431安装于所述纵臂422的第一端部，第二余弦接收器432安装于所述纵臂422的第二端部，所述第一光路光纤和第二光路光纤通过所述纵臂422和所述横臂421的内腔以及所述第一通孔102布置至所述壳体10内部。纵臂422竖直安装，一般来说，位于上方的余弦接收器(例如图中为第一端部)接收的是太阳辐射，位于下方的余弦接收器(例如图中为第二端部)接收的是植被反射辐射。
46.所述防护罩30罩设于所述壳体10的顶面上，所述防护罩30的横向尺寸大于所述壳体10的横向尺寸，且小于所述壳体10与所述横臂421共同组成的横向尺寸，即小于所述壳体10与所述横臂421的横向尺寸之和。
47.所述气象侦测模组包括雨量传感器51、风速传感器52、温湿度传感器53以及地温传感器54中的一个或者多个。其中，所述地温传感器54安装于所述壳体10的下方，所述地温传感器54朝向地面安装，所述雨量传感器51、风速传感器52以及温湿度传感器53安装于所述防护罩30的上方，所述防护罩30上开设有至少一个第一过线孔(图未示出)，所述壳体10的顶面上开设有第二过线孔(图未示出)。
48.主控制板20与光谱仪模组以及气象侦测模组连接，可以控制光纤转接开关45的状态(包括第一光路的通断和第二光路的通断)，可以控制光谱仪41进行测量，并读取所述气象侦测模组和光谱仪41观测数据并记录，并将记录的数据，通过无线互联网发送出去。所述防护罩30可以为铝制材质的罩子，可以防止太阳辐射影响主控制板20等壳体10内部电子元件的工作运行。
49.本实施例中的高光谱遥感气象监测站装置100将气象观测单元和光谱观测单元集合一起，可以全面实时的观测空气中的温湿度、降水量、地表温度、风速风向、高光谱信息等，同时结构设计轻便小巧，光谱仪模组、防护罩30以及气象侦测模组的上下设计，既实现了高光谱侦测和气象侦测的独立性，防护罩30不会遮蔽气象侦测模组对环境的侦测，也不会遮挡住高光谱侦测的余弦接收器，同时还会对壳体10内的核心部件起到电磁屏蔽、太阳辐射屏蔽和遮风挡雨的作用。
50.优选的，在一较佳的实施例中，所述壳体10为圆筒形，所述壳体10的顶端与所述防护罩30相固定；所述防护罩30包括圆形的罩板31以及自所述罩板31的边缘沿径向向外并朝下方延伸的裙边32。裙边形的结构可以更好地对壳体10起到电磁屏蔽、太阳辐射屏蔽和遮风挡雨的作用。
51.进一步地，所述裙边32的边缘部向外翻折形成水平或者向上翻起的弯折部321。弯折部321可以起到对雨水的导向作用让雨水更好的往四周流，尽量少的沾湿壳体10。
52.优选的，所述防护罩30的个数为两个，所述两个防护罩30上下堆叠间隔的设置，用两个防护罩30可以更好地起到防护作用。
53.优选的，在一较佳的实施例中，所述气象侦测模组同时包括雨量传感器51、风速传感器52、温湿度传感器53以及地温传感器54。
54.所述风速传感器52包括多个风速传感探头524、底座521、顶盖522以及支撑在所述底座521以及所述顶盖522之间的多根支杆523，所述底座521和顶盖522之间间隔预设距离设置，多个风速传感探头524固定于所述底座521上，且伸出所述底座521的上方，所述底座
521上还开设有第二通孔，所述第二通孔用于供线路穿过。支杆523的支撑，在底座521和顶盖522之间形成一个风和气流通过的窗口，所述风速传感器52的设计可观测实时的风速(测量范围0～30m/s，分辨率0.01m/s)和风向(测量范围0～360度，分辨率0.1度)。
55.优选的，在一较佳的实施例中，所述支杆523的个数为四个，四个所述支杆523围绕所述底座521的中心轴均匀分布；所述风速传感探头524的个数为四个，四个所述风速传感探头524围绕所述中心轴均匀分布。
56.所述雨量传感器51设置于所述顶盖522上方，所述温湿度传感器53设置在所述底座521与所述防护罩30之间。具体的，所述雨量传感器51可观测实时的雨量(测量范围0～24mm/min，分辨率0.1mm)，所述温湿度传感器53可观测实时的空气温度(测量范围-40～85℃，分辨率0.1℃)和空气湿度(测量范围0～100％，分辨率0.1％)，所述地温观测探头54可以通过红外辐射观测实时的地表温度(测量范围-40～60℃，分辨率0.02℃)。
57.可以理解的是，所述顶盖522同样可以开设过线孔，供雨量传感器51的线路通过，当然，也可以直接从外部穿过，然后通过第二通孔，再经由所述防护罩30上的第一过线孔，所述壳体10上的第二过线孔，然后进入到壳体10内部，然后连接在主控制板20上。
58.优选的，在一较佳的实施例中，所述纵臂422的侧面凸伸出套接口423，所述套接口423连通所述纵臂422的内腔，所述套接口423的内径与所述横臂421的自由端的外径相匹配，以将所述横臂421的自由端与所述套接口423相固定。空心的横臂421和纵臂422主要是为了方便光纤的走线，防止其暴露在外部，避免老化和光照影响。
59.优选的，所述安装架42还包括支撑臂424，所述支撑臂424斜向支撑在所述横421的底面与所述壳体10的侧面上，以对横臂421起到三角固定作用。
60.优选的，高光谱遥感气象监测站装置100还包括支架200，所述壳体10的底面凸伸出固定板，所述固定板上开设有孔(图未标示)，所述高光谱遥感气象监测站装置100通过所述固定板以及螺栓(图未示出)固定于所述支架200上。支架200可以采用轻便的直杆、角架等结构，只要是可以用于对高光谱遥感气象监测站装置100起到支撑作用的结构均可，在此不在赘述。支架结构简单，可实现不同高度的架设，并可以同时实现野外实验中的便携式观测和长期定位监测。
61.另外，高光谱遥感气象监测站装置100还包括与所述主控制板20电连接的天线21，所述天线21设置于所述壳体10的底面或者侧面上。天线21与主控制板20的通信模组进行适配，用于实现数据的传输，本领域技术人员可以根据需要进行设置，在此不再赘述。
62.另外需要说明的是，本实施例中的高光谱遥感气象监测站装置100在安装过程中，将余弦接收器朝向正南方向，将高光谱遥感气象监测站装置100垂直立于地面，可根据地面观测类型的不同，自行调整安支架200的高度。
63.以上仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的保护范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的保护范围内。