一种可扩展的远程天文台系统的制作方法

本发明涉及远程天文台技术领域，具体涉及一种可扩展的远程天文台系统。

背景技术：

天文学是一门观测学科，高质量的观测环境对于天文观测尤为重要。随着经济的快速发展，城市的光污染和空气污染愈发严重，极大的影响天文观测的质量，因此人口稀少、远离城市、高海拔的偏远地区往往成为良好观测台站的首要选择。但这些地方由于交通不便、食物补给困难、氧气稀薄等客观因素的存在并不适合人类长期驻扎，而每次观测都需要长途跋涉以及繁琐的观测准备工作，不仅十分不方便，还浪费了大量的时间。远程观测具备高效的特点，越来越受用户青睐，远程天文台是天文观测的主要发展趋势。

其实，从微处理器出现以来，人们就开始尝试各种方法，以追求高效的天文观测。远程天文台基于计算机技术和望远镜技术的不断发展而诞生，是一台可以远程控制并能协调天文台不同子设备(如：望远镜、圆顶、气象站、全天相机、监控等)协同工作的观测系统，例如，图1为一种无人值守远程天文台系统的实现原理框图，如图1所示，该系统包括电力供应模块、互联网接入模块、服务器远程控制模块、服务器内部控制模块、天文望远镜系统模块、气象监测系统模块和监控系统模块。电力供应模块向外连接公共电力设备，对内向望远镜各模块提供电源和开关控制；互联网接入模块向整个系统提供对外接入公共网络，实现远程控制端对天文台设备的遥控，对内实现各模块间的网络通信；服务器远程控制模块采用向日葵开机棒，实现天文台的远程操控。服务器内部控制模块，由一台高性能电脑以及安装其中的用于控制望远镜、用于管理气象监测、监控和其他被控设备的相关软件组成。

技术实现要素：

在实现本发明的过程中，申请人发现上述现有技术存在如下技术缺陷：

(1)相关控制和驱动软件都安装在服务器内部控制模块中，在软件升级或者为观测系统提供新功能时需要中断观测以便进行安装配置，若升级失败需要更长时间进行恢复，直接影响观测效率；

(2)相关控制和驱动软件都安装在服务器内部控制模块中，无法满足多望远镜同时观测的需求，因为所接入的望远镜可以是不同类型的设备，也可以是相同类型的设备，即该系统无法进行扩展以支撑多个望远镜进行同时观测；

(3)互联网接入模块对外提供公共网络的接入，对内提供其他模块间的网络通讯，该模块未提供远程或本地用户的登陆和权限管理机制，无法支持多用户对多望远镜的协同观测和管理功能；

(4)采用向日葵开机棒进行远程开关机，需要被控计算机的主板和网卡支持并已经开启远程唤醒功能，支持计算机的类型具有局限性；

(5)该设计方案中未提供云量以及pm2.5(particulatematter2.5)监控模块，无法实时监测天空云量、大气污染程度，远程用户无法准确判断是否可以开展观测。

鉴于上述技术问题，本发明的目的在于提供一种可扩展的远程天文台系统。为了达到上述目的，本发明所提供的技术方案如下：

根据本发明的一个方面，提供了一种可扩展的远程天文台系统，包括：远程观测终端、网络设备、电源模块、圆顶模块、环境监测模块、存储服务器、管理服务器、望远镜模块组；其中，

远程观测终端通过网络设备连接管理服务器，对管理服务器进行接管操作；

电源模块为网络设备、圆顶模块、环境监测模块、存储服务器、管理服务器、望远镜模块组提供电源与相关控制，并与网络设备连接；

圆顶模块通过网络设备与管理服务器、电源模块进行通讯连接，圆顶模块接收来自管理服务器的网络信息、接收来自电源模块的控制信号，实现圆顶的开启、闭合以及随动，并将状态信息反馈给管理服务器；

环境监测模块通过网络设备与管理服务器、存储服务器、电源模块进行通讯连接，环境监测模块将信息实时传输给管理服务器和存储服务器；

望远镜模块组包括至少一个望远镜模块，每个望远镜模块通过网络设备与存储服务器、管理服务器、电源模块进行通讯连接，每个望远镜模块将信息实时传输给管理服务器和存储服务器；

管理服务器对数据进行分析得到台站综合信息并反馈给终端用户；

存储服务器将数据进行分类存储并为远程用户提供下载接口。

在本发明的某些实施例中，所述管理服务器采用kubernetes与docker容器化的部署方式，根据需求将定制的容器分发到存储服务器与各个望远镜模块，平滑升级各个望远镜模块的容器，升级失败可迅速回滚到原有的状态。

在本发明的某些实施例中，所述望远镜模块组中的每个望远镜模块相互独立，在不影响其他望远镜模块的正常运行的情况下，实现望远镜模块的增加或者删除。

在本发明的某些实施例中，所述管理服务器部署授权管理容器，处理不同用户的请求，根据需求对不同用户授权管理不同的望远镜模块，满足多用户多望远镜的同时观测。

在本发明的某些实施例中，所述电源模块包括电源供应模块与开关控制模块；其中，

电源供应模块对外连接公共电力设备，对内经稳压保护装置后，向网络设备、圆顶模块、环境监测模块、存储服务器、管理服务器、望远镜模块组提供电源供应；

开关控制模块接收开关控制信号，开关控制信号被传入到信号处理芯片中进行信号提取，之后，通过驱动继电器的开关以控制电源的接入。

在本发明的某些实施例中，所述信号处理芯片为可编程芯片。

在本发明的某些实施例中，所述环境监测模块包括气象监测模块、全天相机模块、视频监视模块以及灯光照明模块。

在本发明的某些实施例中，所述气象监测模块包括温度传感器、湿度传感器、风速计、风向计、雨量传感器、气压传感器、太阳辐射传感器、亮度传感器和pm2.5传感器。

从上述技术方案可以看出，本发明可扩展的远程天文台系统至少具有以下有益效果其中之一：

(1)采用kubernetes与docker容器化的部署方式，设备升级只需要更新容器，不影响系统的其他部分，若升级失败可以快速回滚到原来的状态，不影响继续观测；

(2)通过管理服务器统一管理望远镜模块组，每个望远镜模块相互独立，可以快速实现望远镜模块的增加或者删除，不会影响其他望远镜模块的正常运行；

(3)管理服务器部署授权管理功能，可以对不同的用户进行不同的授权，满足多用户、多望远镜同时观测的能力；

(4)通过单片机等可编程芯片直接控制服务器的开关，消除向日葵开机棒需要主板和网卡支持唤醒功能的局限性；

(5)增加全天相机模块、pm2.5监测模块，可以实时的、更加精确的判断天空云量和大气污染程度，为观测可行性提供更加合理的判断标准。

附图说明

图1为现有技术远程天文台系统的实现原理框图。

图2为本发明实施例可扩展的远程天文台系统的结构框图。

图3为图2中可扩展的远程天文台系统的部分结构框图之一。

图4为图2中可扩展的远程天文台系统的部分结构框图之二。

图5为图2中可扩展的远程天文台系统的部分结构框图之三。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

在本发明的示例性实施例中，提供了一种可扩展的远程天文台系统。图2为本发明实施例可扩展的远程天文台系统的结构框图。如图2所示，本发明可扩展的远程天文台系统包括：远程观测终端、网络设备、电源模块、圆顶模块、环境监测模块、存储服务器、管理服务器、望远镜模块组。

如图2所示，其中图2中虚线表示电源相关走向，实线表示网络相关走向。远程观测终端通过网络设备连接管理服务器，对管理服务器进行接管操作，远程观测终端可以是平板电脑、手机、台式电脑、笔记本电脑中的一种或者多种，远程观测终端内置的远程控制软件，可以是网页、应用、微信小程序中的一种或多种，也可以通过远程桌面登陆管理服务器进行相关操作，不同账号具有不同的操作权限。

再如图2所示，电源模块为网络设备、圆顶模块、环境监测模块、存储服务器、管理服务器、望远镜模块提供电源与相关控制，并与网络设备通讯连接。电源模块主要包括电源供应模块与开关控制模块。电源供应模块对外连接公共电力设备，对内经稳压保护装置后，向网络设备、圆顶模块、环境监测模块、存储服务器、管理服务器、望远镜模块组提供电源供应，电源供应模块还配备了不间断电源用于紧急供电，即在突然停电的情况下保证各模块正常关闭。开关控制模块的信号的输入既可以通过按钮开关进行信号输入，也可以使用移动、联通、电信等运营商提供的各类有线和无线接入方式进行信号输入，如光纤、电话线、gprs、2g、3g、4g、wifi等技术，以及其他可以上网的方式接入。信号接收后，传入到信号处理芯片中进行信号提取，信号处理芯片可以是单片机、arm板等可编程芯片，之后，通过驱动继电器的开关以控制电源的接入，通过信号线接入到服务器电源，并根据需要设定信号延时以启动或强制启动服务器，也可以通过网络将信号传递给各模块实现相关控制，该模块同时会实时监测各模块的电源状态，并根据需求通过网络设备或者运营商提供的无线信号反馈给远程观测终端。

网络设备对外接入公共网络，实现远程观测终端对天文台相关设备的遥控控制，对内与电源模块、圆顶模块、环境监测模块、存储服务器、管理服务器、望远镜模块组以及其他需要网络控制的设备提供通讯连接，实现内部系统的网络通信，实现管理服务器向远程观测终端回传数据以及自互联网下载所需要的数据；网络设备可以使用移动、联通、电信等运营商提供的各类有线和无线接入方式，如光纤、电话线、gprs、2g、3g、4g、wifi等技术，以及其他可以上网的接入方式。

如图3所示，圆顶模块通过网络设备与管理服务器、电源模块进行通讯连接，圆顶模块接收来自管理服务器的网络信息、接收来自电源模块的控制信号，实现圆顶的开启、闭合以及随动，并将状态信息反馈给管理服务器。

如图4所示，环境监测模块通过网络设备与管理服务器、存储服务器、电源模块进行通讯连接，环境监测模块包括气象监测模块、全天相机模块、视频监视模块以及灯光照明模块。气象监测模块包括温度传感器、湿度传感器、风速计、风向计、雨量传感器、气压传感器、太阳辐射传感器、亮度传感器和pm2.5传感器；全天相机模块可以根据天空亮度调节曝光时间，并按照需求对天空进行拍摄；视频监视模块主要为视频摄像头，主要录制圆顶、观测仪器以及周围环境的情况；灯光照明模块主要用来辅助视频监视模块，为其提供室内照明；气象监测模块、全天相机模块以及视频监视模块将信息实时传输给管理服务器和存储服务器，管理服务器对数据进行分析得到台站综合信息(如：天气预报、云量情况、各设备姿态等)并反馈给终端用户，存储服务器将数据进行分类存储并为远程用户提供下载接口，灯光照明模块会接收管理服务器的信号，打开或者关闭灯光。

如图5所示，望远镜模块组包括至少一个望远镜模块，每个望远镜模块通过网络设备与存储服务器、管理服务器、电源模块进行通讯连接。每个望远镜模块都包括智能赤道仪、智能导星设备、智能调焦设备、主镜影像采集设备、滤镜盘、激光校准装置、电动镜头盖、防露加热带和usb-hub集线器设备，并配置了一台管理设备，运行linux系统并安装部署了kubernetes和docker软件，作为一个望远镜节点运行，管理设备可以是台式机、笔记本，树莓派和其他arm架构开发板，运行设备驱动容器，安装部署远程望远镜系统第二版(rts2)、星图软件、赤道仪控制软件、导星控制软件、望远镜焦距调节软件、影像采集设备控制软件、滤镜盘控制软件、数据管理软件。每增加一台望远镜模块，管理服务器的主机可以通过kubernetes将定制化的容器分配到该台望远镜模块的管理设备上驱动该台望远镜模块的运行，所述设备还将安装监控软件和数据处理软件，将设备状态信息和观测数据分别传递给管理服务器和存储服务器，从而支持望远镜模块的快速扩展。

存储服务器接收来环境监测模块与各望远镜模块的数据，并根据需求分类存储，并为远程用户提供数据下载服务。存储服务器运行linux操作系统，安装部署kubernetes和docker软件，作为存储节点运行，运行多种容器，满足数据分类、数据存储、数据库录入、数据上传、注册账号存储等需求。

管理服务器接收来自远程观测终端的控制信号，并将控制信号分发到不同的模块，接收并处理各模块的信息，同时根据需求将设备状态等信息反馈给远程终端用户。管理服务器运行linux操作系统，安装部署kubernetes和docker软件，作为主机运行，可以根据需求将定制的容器分发到存储服务器与各个望远镜模块，可以平滑升级各个望远镜模块的容器，升级失败可迅速回滚到原有的状态，从而不影响观测时间。管理服务器自身也运行了多个容器，满足气象数据、全天相机、视频监测、设备状态信息的提取，并将台站综合信息反馈给远程观测终端。管理服务器还部署授权管理容器，处理不同用户的请求，根据需求对不同用户授权管理不同的望远镜，满足多用户多望远镜的同时观测，每个望远镜模块相互独立，可以快速实现望远镜模块的增加或者删除，不会影响其他望远镜模块的正常运行。

另外，用户的授权管理还可以通过单独部署授权管理服务器形式，将用户管理分离出来。可以用swarm技术来代替kubernetes进行容器的编排部署。

至此，已经结合附图对本实施例进行了详细描述。依据以上描述，本领域技术人员应当对本发明可扩展的远程天文台系统有了清楚的认识。

需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换。

此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在下面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。