专利名称：基于球瓣旋转遮光结构的地基全天空云自动观测系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种地基云观测系统，特别涉及一种基于球瓣旋转遮光结构的地基全 天空云自动观测系统，能够在计算机控制下实现全天空云的自动观测。
背景技术：
随着电子、通讯、自动化技术的进步和广泛应用，我国自动化气象站建设已经全面 展开。加速发展目测气象要素的自动化观测技术，研制具有我国自主知识产权的全自动化 气象观测站，是提高气象要素观测客观化、定量化和自动化水平的必然要求。云作为一种重 要的气象要素，一直在气象业务与大气科学研究中扮演着重要角色，其观测的自动化是自 动气象站建设的重要环节。近年来，云的空基观测主要采用气象雷达、气象卫星等，已经初 步实现了自动化，但是，云的地基观测，尤其是对云量、云状的测量，还是以人工目测为主。 如何客观定量的自动观测气象站上空云的情况是大气遥感中的一个挑战性问题。云的地基 自动化观测技术和方法的研究已经引起了广泛关注，并取得了可喜的进展。但是，到目前为 止，现有的观测设备仍然无法全面替代目测，国内还没有见到成熟的、市场化的、能够对云 状进行识别的方法和仪器系统，云自动化观测技术亟需进一步深入研究和开发。作为云自 动化观测技术和方法研究的重要单位，中国气象科学研究院大气探测研究所开发了采用数 字化摄像技术、基于球瓣旋转遮光结构的地基全天空云自动观测系统，实现了计算机控制 下云图的自动获取，重点解决了镜头的自动遮挡、系统的温度调控和摄像参数的自动调整 等问题。
发明内容(一)发明目的本发明的目的是提供一种基于球瓣旋转遮光结构的地基全天空云自动观测系统， 适合于野外长期自动观测。(二)发明内容一种基于球瓣旋转遮光结构的地基全天空云自动观测系统，其特征在于，包括箱 体、计算机、电源模块及位于箱体内的摄像装置、温度调节装置、遮光装置和控制模块，所述 电源模块为所述控制模块、温度调节装置、摄像装置和遮光装置供电，计算机连接所述控制 模块和摄像装置，所述控制模块连接温度调节装置和遮光装置，通过计算机发来的指令控 制温度调节装置和遮光装置，所述温度调节装置用于调节箱体内的温度，所述遮光装置包 括多个球瓣，所述球瓣两端部分别安装在第一固定架和第二固定架的转轴上；电机，连接控制模块，所述电机转轴和第一固定架的转轴连接，用于带动第一固定 架转轴转动，以使球瓣旋转；第一限位开关和第二限位开关，连接控制模块，且分别安装在球瓣两侧，用于限制 球瓣旋转位置。[0010]所述箱体的上顶盖设有容纳球瓣的开口。其中，所述箱体内部有一水平固定底板将箱体分为上下两层，所述摄像装置和遮 光装置位于箱体上层，所述控制模块和温度调节装置位于箱体下层。其中，所述第一固定架和第二固定架固定在所述箱体中的水平固定板上。其中，所述球瓣边缘设有用于其相互连接的装置。其中，所述摄像装置包括数字摄像机和固定其上的鱼眼镜头，数字摄像机连接计 算机，且通过支架固定在箱体的底板上，用于拍摄云图并将所拍摄的云图传送给计算机。其中，所述电机可以是步进电机或直流电机，所述步进电机通过步进电机驱动器 连接到控制模块，所述直流电机直接连接控制模块。其中，所述箱体上部对应上顶盖开口处设有半球形透明防护罩。其中，所述箱体两侧面设有折叠把手。其中，所述箱体由空心金属罩壳和保温材料构成，所述空心金属罩壳由内外两层 大小不同的金属壳体制作，中间形成空腔，用于填充保温材料。其中，所述温度调节装置位于箱体内部，包括制冷加热片，连接控制装置的控制模块，用于制冷或加热；散热片，位于制冷加热片的上部和下部，用以系统内外进行热交换；风扇，位于散热片的上部和下部，用于加速热交换；导风管，用于所述箱体内上下层之间的热交换。(三)有益效果本发明的基于球瓣旋转遮光结构的地基全天空云自动观测系统能够在计算机的 控制下自动观测，并能实现闲时太阳的自动遮挡及工作时全天空云图的定时获取，由于采 用球瓣旋转遮光结构，大大简化了设计，增强了可靠性，延长了寿命，并且由于温控单元的 存在，能够适应较恶劣的工作温度环境。

图1是根据本发明的基于球瓣旋转遮光结构的地基全天空云自动观测系统的结 构示意图；图2是根据本发明的可旋转球瓣俯视图；图3是根据本发明的基于球瓣旋转遮光结构的地基全天空云自动观测系统动作 流程图。
具体实施方式
本发明提出的基于球瓣旋转遮光结构的地基金天空云自动观测系统，结合附图 和实施例说明如下。如图1所示，为本发明的基于球瓣旋转遮光结构的地基全天空云自动观测系统的 结构示意图。如图1所示，箱体1为一长方体结构，整个箱体为双层金属外壳，金属材料为钢板， 中间填充聚氨酯保温材料，箱体内部为双层设计，中间有一保温材料制成的固定底板，将箱 体ι分为上下两层。球瓣旋转遮光结构位于上层，包括多个球瓣5，所述球瓣5两端部分别安装在第一固定架6和第二固定架7的转轴上，第一固定架6和第二固定架7固定在箱体 1的固定底板上，电机8连接控制模块4，所述电机8转轴和第一固定架6的转轴连接，在控 制模块的控制下用于带动第一固定架6转轴转动，以使球瓣5旋转。球瓣5两侧分别设有 一个第一限位开关9和第二限位开关10，两限位开关连接控制模块4，用于限制球瓣旋转位 置，同时向控制模块4反馈球瓣5开合的位置信息。电机8可以是步进电机或直流电机，直 流电机直接连接控制模块4。本实施例中采用步进电机，步进电机通过步进电机驱动器15 连接控制模块4，控制模块4可以是PLC或单片机控制板，本实施例中采用PLC，PLC通过串 口连接箱体1外的计算机2，并能与计算机2通信。计算机2通过PLC运动控制模块控制 电机8转动，从而控制球瓣5的开合。球瓣5边缘处设有用于球瓣5之间相互连接的装置 11 (如图2所示)，装置11可以为卡头连接、链式连接等，球瓣5由电机8驱动，依靠球瓣间 的连接实现开合，从而实现阳光的遮蔽。所述箱体1的上顶盖设有容纳球瓣5的开口。开 口下方为摄像装置，可以是数码相机和数字摄像机等，本实施例采用数字摄像机12和鱼眼 镜头13，且位于箱体1上层，鱼眼镜头13的视角不低于180度，稍露出箱体1的上顶盖表 面，数字摄像机12可以选择可见光波段或者红外波段的数字摄像机，可采用USB、1394和网 络等接口，其中USB和1394接口类型的摄像机由摄像机和计算机2的连接线直接供电，网 络接口类型的摄像机由电源模块3供电。数字摄像机12和计算机2相连接，用于向计算机 2传输所拍摄的图像，在计算机2的控制下数字摄像机12获取图像时根据当时的天空亮度 条件，系统会自动选择合适的摄像参数进行拍摄。鱼眼镜头13固定在数字摄像机12上，数 字摄像机12安装在支架14上，支架14固定在箱体1的底板上。电源模块3位于箱体1外，用于为控制模块4 (即PLC)、电机驱动及温度调节装置
{共 ο温度调节装置位于箱体下部，包括制冷加热片18，连接PLC，在PLC的温度控制 模块的控制下制冷或加热，散热片19位于制冷加热片18的上部和下部，风扇20位于散热 片19的上部和下部，导风管21 —端口位于散热片19上的风扇20处，用于所述系统与外界 进行热交换。PLC温度控制模块内具有内置温度探头，能够实时检测箱体1内的温度，并且 该模块能够通过计算机2进行温度上下限的设定，当该观测系统架设在室外时，箱体1内温 度会显著变化，当温度超过或低于设定温度时，PLC的温度控制模块控制制冷加热片18制 冷或加热，通过散热片19、风扇20及导风管21与外界进行热交换，防止箱体1内过热或过 冷。箱体1上部设有透明防护罩16，与上顶盖紧密接触，能够防水。箱体1的两侧面有 便于搬运的折叠把手17。机箱壳底板下部加工有电源线、控制线的出口端；机箱底部四个 脚处加工可固定孔。本发明的基于摄像单元升降结构的地基金天空云自动观测系统的工作流程如图3 所示。观测系统在计算机2人机界面中的指令控制下开启上顶盖可旋转球瓣5，当可旋转球 瓣5开启到达到限位位置时，进行观测(拍照)；观测结束，通过计算机2人机界面自动发 送指令，可旋转球瓣5开始关闭，直至彻底闭合，一次观测结束。在计算机2的自动控制下， 可以调节观测频率及每个观测过程的时间。对于温度控制功能而言，计算机2可以设定箱 体1内温度，当观测系统架设在室外时，箱体1内温度会显著变化，当温度超过或低于设定 温度时，制冷加热片18将工作，制冷或加热，通过散热片19、风扇20及导风管21与外界进行热交换，防止系统过热或过冷。 以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通 技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有 等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。
权利要求一种基于球瓣旋转遮光结构的地基全天空云自动观测系统，其特征在于，包括箱体(1)、计算机(2)、电源模块(3)及位于箱体(1)内的摄像装置、温度调节装置、遮光装置和控制模块(4)，所述电源模块(3)为所述控制模块(4)、温度调节装置、摄像装置和遮光装置供电，计算机(2)连接所述控制模块(4)和摄像装置，控制模块(4)连接温度调节装置和遮光装置，通过计算机(2)发来的指令控制温度调节装置和遮光装置，所述温度调节装置用于调节箱体内(1)的温度，所述遮光装置包括多个球瓣(5)，所述球瓣(5)两端部分别安装在第一固定架(6)和第二固定架(7)的转轴上；电机(8)，连接控制模块(4)，所述电机(8)转轴和第一固定架(6)的转轴连接，用于带动第一固定架(6)转轴转动，以使球瓣(5)旋转；第一限位开关(9)和第二限位开关(10)，连接控制模块(4)，且分别安装在球瓣(5)两侧，用于限制球瓣旋转位置；所述箱体(1)的上顶盖设有容纳球瓣(5)的开口。
2.如权利要求1所述的基于球瓣旋转遮光结构的地基全天空云自动观测系统，其特征 在于，所述箱体(1)内部有一水平固定底板将箱体(1)分为上下两层，所述摄像装置和遮光 装置位于箱体(1)上层，所述控制模块(4)和温度调节装置位于箱体(1)下层。
3.如权利要求2所述的基于球瓣旋转遮光结构的地基全天空云自动观测系统，其特征 在于，所述第一固定架(6)和第二固定架(7)固定在所述箱体(1)中的水平固定板上。
4.如权利要求1所述的基于球瓣旋转遮光结构的地基全天空云自动观测系统，其特征 在于，所述球瓣(5)边缘设有用于球瓣(5)之间相互连接的装置(11)。
5.如权利要求1所述的基于球瓣旋转遮光结构的地基全天空云自动观测系统，其特征 在于，所述摄像装置包括数字摄像机(12)和固定其上的鱼眼镜头(13)，数字摄像机(12)连 接计算机(2)，且通过支架(14)固定在箱体(1)的底板上，用于拍摄云图并将所拍摄的云图 传送给计算机(2)。
6.如权利要求5所述的基于球瓣旋转遮光结构的地基全天空云自动观测系统，其特征 在于，所述电机⑶可以是步进电机或直流电机，所述步进电机通过步进电机驱动器(15) 连接到控制模块(4)，所述直流电机直接连接控制模块(4)。
7.如权利要求1-3任一所述的基于球瓣旋转遮光结构的地基全天空云自动观测系统， 其特征在于，所述箱体(1)上部对应上顶盖开口处设有半球形透明防护罩(16)。
8.如权利要求1-3任一所述的基于球瓣旋转遮光结构的地基全天空云自动观测系统， 其特征在于，所述箱体(1)两侧面设有折叠把手(17)。
9.如权利要求1-3任一所述的基于球瓣旋转遮光结构的地基全天空云自动观测系统， 其特征在于，所述箱体(1)由空心金属罩壳和保温材料构成，所述空心金属罩壳由内外两 层大小不同的金属壳体制作，中间形成空腔，用于填充保温材料。
10.如权利要求9所述的基于球瓣旋转遮光结构的地基全天空云自动观测系统，其特 征在于，所述温度调节装置位于箱体(1)内部，包括制冷加热片(18)，连接控制装置的控制模块(4)，用于制冷或加热；散热片(19)，位于制冷加热片(18)的上部和下部，用以系统内外进行热交换；风扇(20)，位于散热片(19)的上部和下部，用于加速热交换；导风管(21)，用于所述箱体(1)内上下层之间的热交换。
专利摘要本实用新型公开了一种基于球瓣旋转遮光结构的地基全天空云自动观测系统，其特征在于，包括箱体、计算机、电源模块及位于箱体内的摄像装置、温度调节装置、遮光装置和控制模块，遮光装置包括多个球瓣，球瓣两端部分别安装在第一固定架和第二固定架的转轴上；电机，连接控制模块，电机转轴和第一固定架的转轴连接，用于带动第一固定架转轴转动，以使球瓣旋转；第一限位开关和第二限位开关，连接控制模块，且分别安装在球瓣两侧，用于限制球瓣旋转位置，箱体的上顶盖设有容纳球瓣的开口。本实用新型采用球瓣旋转遮光结构，大大简化了设计，增强了可靠性，延长了寿命，并且由于温控单元的存在，能够适应较恶劣的工作温度环境。
文档编号G01W1/00GK201689185SQ20092027759
公开日2010年12月29日 申请日期2009年12月23日 优先权日2009年12月23日
发明者吕伟涛, 姚雯, 张阳, 杨俊 , 马颖 申请人:中国气象科学研究院