本发明专利技术公开了一种水面光谱手持式单通道三路自动测量装置与方法，包括控制手柄、长杆、角度跟踪仪、角度调节仪、连接导线、水上光谱仪光学探头安装架、图像记录仪；方法包括运输、组装、搭建、计算观测方位、调整观测方位、调整光学探头观测天顶角、采集数据、保存数据等步骤；本发明专利技术避免了人工调整光学探头观测角度带来的误差，提高了角度调整的精确度，能够在采集光谱数据的同时记录目标区域的照片，为后续数据处理分析提供了重要的参考依据。并且，本发明专利技术装置结构设计灵活，易于拆卸与安装，携带方便，操作简单，非常适合外出作业进行水体表观光谱数据的测量，具有很好的业务化应用前景。
【技术实现步骤摘要】
一种水面光谱手持式单通道三路自动测量装置与方法
本专利技术属于光谱测量、水色遥感
，特别涉及一种水面光谱手持式单通道三路自动测量装置与方法，辅助水上光谱仪的光谱观测。
技术介绍
为了研究各种水体色素成分在光学上的表现以及进行生物光学算法、大气校正算法的开发等相关研究工作。需要使用水上光谱仪获取原位光谱数据，但目前国内基于单通道水上光谱仪的常规的水体表观光谱观测方法是通过人工不断改变连接水上光谱仪的光学探头的角度来依次测量水体、天空光以及标准参考板反射的光谱。在实际作业中，这将导致测量数据受到更多的不确定因素的影响，比如人为无法精确控制测量的角度，测量的数据同步性差等。因此，有必要专利技术一种水体光谱手持式单通道三路自动测量装置与方法来辅助水上光谱仪的光谱观测，即要保证角度控制的准确性，又要同时具备便携性、易控性、同步性等优点。
技术实现思路
为实现其上述目的，本专利技术提供一种水面光谱手持式单通道三路自动测量装置及方法。本专利技术的装置所采用的技术方案是：一种水面光谱手持式单通道三路自动测量装置，其特征在于：包括控制手柄、长杆、角度跟踪仪、角度调节仪、连接导线、水上光谱仪光学探头安装架、图像记录仪；所述的控制手柄包括控制板、电源开关按钮、电池、数据通讯接口，所述的控制板分别与所述的电源开关按钮、电池、数据通讯接口、角度跟踪仪电气连接，并通过连接导线与所述的角度调节仪电气连接；所述的数据通讯接口包括角度控制接口和图像采集接口，所述的图像采集接口通过连接导线与所述的图像记录仪电气连接；所述的长杆由三节短杆组成，分别是第一短杆、第二短杆、第三短杆；所述的第一短杆头部套设在所述的控制手柄尾部内，所述的第二短杆头部套设在所述的第一短杆尾部内，所述的第三短杆头部套设在所述的第二短杆尾部内；所述的角度跟踪仪通过螺纹连接件固定安装在所述的第一短杆外表面上方；所述的角度调节仪包括舵机和舵机安装架，所述的舵机安装架包括第二连接头、底板和安装板，所述的第二连接头是带有外螺纹的短管，一端套设在所述的第三短杆尾部内、另一端固定安装在底板上；所述的底板在第二连接头连接处开设有过线孔；所述的安装板垂直固定连接在所述的底板表面，其上设置有安装孔，用于将所述的舵机固定安装在其上；所述的连接导线位于长杆内部的中空区域内并穿过所述的过线孔，用于将所述的控制板与所述的舵机连接起来，以便于所述的控制板控制所述的舵机转动；所述的光谱仪光学探头安装架为一顶部开放的短管，短管内表面为圆柱面，外形为长方体，用于安装光谱仪光学探头；所述的光谱仪光学探头安装架固定安装在所述的舵机的舵机转轴上，其底部和侧面都设置有安装孔；所述的图像记录仪为一小体型摄像头，固定安装于所述的光谱仪光学探头安装架底部外侧，并且图像记录仪的摄影头方向和光谱仪光学探头的测量方向一致；所述的图像记录仪通过所述的连接导线与所述的图像采集接口电气连接，用于记录目标区域的图像，以便于外部通过所述的图像采集接口采集所述的图像记录仪的图像。作为优选，所述的第一短杆由第一连接头和中空短管构成，所述的第一连接头是带有外螺纹的短管，与所述的中空短管头部一端固定连接，所述的中空短管从头到尾外壁都为大小一样的圆柱面，而头部和中部内壁为大小一样的圆柱面，尾部内壁则是带有一定内倾斜的圆柱面，所述的第一短杆通过所述的第一连接头连接到所述的控制手柄一端。作为优选，所述的第二短杆头部外壁是带有一定外倾斜的圆柱面，中尾部外壁为大小一样的圆柱面，大小正好能穿过第一短杆内的中空短管，使第二短杆头部刚好卡在所述的中空短管尾部内，所述的第二短杆头部和中部内壁为大小一样的圆柱面，尾部内壁则是带有一定内倾斜的圆柱面。作为优选，所述的第三短杆外壁头部是带有一定外倾斜的圆柱面，中尾部外壁为大小一样的圆柱面，大小正好能穿过所述的第二短杆，使第三短杆头部刚好卡在所述的第二短杆尾部内，所述的第三短杆从头到尾内壁为大小一样的圆柱面，尾部内壁设置有内螺纹，与所述的第二连接头连接。作为优选，所述的角度跟踪仪为一姿态传感器，用于实时跟踪所述的长杆的朝向方位。本专利技术的方法所采用的技术方案是：一种水面光谱手持式单通道三路自动测量方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：运输；断开连接导线与所述的角度调节仪和图像记录仪的连接，转动所述的第二连接头将所述的舵机安装架取下，再断开角度跟踪仪与控制板的连接，拧开所述的第一连接头，将所述的长杆取下，并将所述的第一短杆、第二短杆和第三短杆收缩起来，至此拆卸完毕，将拆卸下来的东西进行打包；步骤2：组装；到达目的地后，取出步骤1拆卸的部件，通过第二连接头将所述的舵机安装架安装在所述的第三短杆末端，再将连接导线穿过长杆和所述的过线孔与所述的角度调节仪和图像记录仪进行连接，然后通过第一连接头将所述的长杆安装到控制手柄上，最后连接角度跟踪仪与控制板；步骤3：搭建；安装水上光谱仪光学探头，包括将水上光谱仪光学探头安装到光谱仪光学探头安装架上和将水上光谱仪连接到电脑上；将所述的数据通讯接口连接到电脑上，包括将所述的角度控制接口和图像采集接口分别连接到电脑的USB口上；步骤4：计算观测方位；电脑根据观测地点位置信息和观测时间计算出观测时太阳的方位角，再参照预设的水体表观光谱观测几何计算出水上光谱仪光学探头此时应该观测的正确方位；步骤5：调整观测方位；打开所述的电源开关按钮，让所述的控制板、角度跟踪仪和舵机通电工作；使长杆水平于水面，电脑通过角度控制接口向控制板发送命令读取角度跟踪仪的数据来确定当前长杆朝向的方位，同时手动水平调整长杆的朝向，直到电脑从角度控制接口传回来的角度跟踪仪的水上光谱仪光学探头的观测实时方位与步骤4计算的观测正确方位吻合时停止转动；步骤6：调整光谱仪光学探头观测角度；电脑根据预设观测几何确定的光谱仪光学探头在垂直面内的观测角度通过角度控制接口下达命令给所述的控制板，令控制板控制所述的角度调节仪转动，从而带动所述的光谱仪光学探头和所述的图像记录仪转动到与水面法线成预设夹角的位置指向水面；步骤7：采集数据；通过电脑启动光谱仪光学探头对视场中的光谱进行测量，并同时电脑通过所述的图像采集接口控制所述的图像记录仪采集视场照片传回电脑；步骤8：保存数据；最后将同一时刻光谱仪光学探头采集的光谱数据与图像记录仪传回的图像共同保存在电脑中，并做上同一标识号，以表示两者是同一时刻对应的光谱和照片，便于后续数据处理与分析；步骤9：循环执行步骤6-步骤8两次；第一次回到步骤6以预设天顶角调整光谱仪光学探头和所述的图像记录仪指向天空，然后重复步骤7-步骤8；第二次回到步骤6以与标准参考板平面法线成预设夹角调整光谱仪光学探头和所述的图像记录仪向下指向标准参考板，然后重复步骤7-步骤8。本专利技术能辅助水体表观光谱现场数据的测量，避免了人工调整光学探头观测角度带来的误差，提高了角度调整的精确度，能够在采集光谱数据的同时记录目标区域的照片，为后续数据处理分析提供了重要的参考依据。并且，本专利技术装置结构设计灵活，易于拆卸与安装，携带方便，操作简单，非常适合外出作业进行水体表观光谱数据的测量，具有很好的业务化应用前景。附图说明图1：为本专利技术实施例的装置的整体结构示意图；图2：为本专利技术实施例的装置的控制手柄部分的结构示意图；图3：为本专利技术实施例的装置本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种水面光谱手持式单通道三路自动测量装置，其特征在于：包括控制手柄(1)、长杆(2)、角度跟踪仪(3)、角度调节仪(4)、连接导线(5)、水上光谱仪光学探头安装架(6)、图像记录仪(7)；所述的控制手柄(1)包括控制板(11)、电源开关按钮(12)、电池(13)、数据通讯接口(14)，所述的控制板(11)分别与所述的电源开关按钮(12)、电池(13)、数据通讯接口(14)、角度跟踪仪(3)电气连接，并通过连接导线(5)与所述的角度调节仪(4)电气连接；所述的数据通讯接口(14)包括角度控制接口(141)和图像采集接口(142)，所述的图像采集接口(142)通过连接导线(5)与所述的图像记录仪(7)电气连接；所述的长杆(2)由三节短杆组成，分别是第一短杆(21)、第二短杆(22)、第三短杆(23)；所述的第一短杆(21)头部套设在所述的控制手柄(1)尾部内，所述的第二短杆(22)头部套设在所述的第一短杆(21)尾部内，所述的第三短杆(23)头部套设在所述的第二短杆(22)尾部内；所述的角度跟踪仪(3)通过螺纹连接件固定安装在所述的第一短杆(21)外表面上方；所述的角度调节仪(4)包括舵机(41)和舵机安装架(42)，所述的舵机安装架(42)包括第二连接头(421)、底板(422)和安装板(423)，所述的第二连接头(421)是带有外螺纹的短管，一端套设在所述的第三短杆(23)尾部内、另一端固定安装在底板(422)上；所述的底板(422)在第二连接头(421)连接处开设有过线孔(4221)；所述的安装板(423)垂直固定连接在所述的底板(422)表面，其上设置有安装孔，用于将所述的舵机(41)固定安装在其上；所述的连接导线(5)位于长杆(2)内部的中空区域内并穿过所述的过线孔(4221)，用于将所述的控制板(11)与所述的舵机(41)连接起来，以便于所述的控制板(11)控制所述的舵机(41)转动；所述的光谱仪光学探头安装架(6)为一顶部开放的短管，短管内表面为圆柱面，外形为长方体，用于安装光谱仪光学探头；所述的光谱仪光学探头安装架(6)固定安装在所述的舵机(41)的舵机转轴(411)上，其底部和侧面都设置有安装孔；所述的图像记录仪(7)为一小体型摄像头，固定安装于所述的光谱仪光学探头安装架(6)底部外侧，并且图像记录仪(7)的摄影头方向和光谱仪光学探头的测量方向一致；所述的图像记录仪(7)通过所述的连接导线(5)与所述的图像采集接口(142)电气连接，用于记录目标区域的图像，以便于外部通过所述的图像采集接口(142)采集所述的图像记录仪(7)的图像。...
【技术特征摘要】
1.一种水面光谱手持式单通道三路自动测量装置，其特征在于：包括控制手柄（1）、长杆（2）、角度跟踪仪（3）、角度调节仪（4）、连接导线（5）、水上光谱仪光学探头安装架（6）、图像记录仪（7）；所述的控制手柄（1）包括控制板（11）、电源开关按钮（12）、电池（13）、数据通讯接口（14），所述的控制板（11）分别与所述的电源开关按钮（12）、电池（13）、数据通讯接口（14）、角度跟踪仪（3）电气连接，并通过连接导线（5）与所述的角度调节仪（4）电气连接；所述的数据通讯接口（14）包括角度控制接口（141）和图像采集接口（142），所述的图像采集接口（142）通过连接导线（5）与所述的图像记录仪（7）电气连接；所述的长杆（2）由三节短杆组成，分别是第一短杆（21）、第二短杆（22）、第三短杆（23）；所述的第一短杆（21）头部套设在所述的控制手柄（1）尾部内，所述的第二短杆（22）头部套设在所述的第一短杆（21）尾部内，所述的第三短杆（23）头部套设在所述的第二短杆（22）尾部内；所述的角度跟踪仪（3）通过螺纹连接件固定安装在所述的第一短杆（21）外表面上方；所述的角度调节仪（4）包括舵机（41）和舵机安装架（42），所述的舵机安装架（42）包括第二连接头（421）、底板（422）和安装板（423），所述的第二连接头（421）是带有外螺纹的短管，一端套设在所述的第三短杆（23）尾部内、另一端固定安装在底板（422）上；所述的底板（422）在第二连接头（421）连接处开设有过线孔（4221）；所述的安装板（423）垂直固定连接在所述的底板（422）表面，其上设置有安装孔，用于将所述的舵机（41）固定安装在其上；所述的连接导线（5）位于长杆（2）内部的中空区域内并穿过所述的过线孔（4221），用于将所述的控制板（11）与所述的舵机（41）连接起来，以便于所述的控制板（11）控制所述的舵机（41）转动；所述的光谱仪光学探头安装架（6）为一顶部开放的短管，短管内表面为圆柱面，外形为长方体，用于安装光谱仪光学探头；所述的光谱仪光学探头安装架（6）固定安装在所述的舵机（41）的舵机转轴（411）上，其底部和侧面都设置有安装孔；所述的图像记录仪（7）为一小体型摄像头，固定安装于所述的光谱仪光学探头安装架（6）底部外侧，并且图像记录仪（7）的摄影头方向和光谱仪光学探头的测量方向一致；所述的图像记录仪（7）通过所述的连接导线（5）与所述的图像采集接口（142）电气连接，用于记录目标区域的图像，以便于外部通过所述的图像采集接口（142）采集所述的图像记录仪（7）的图像。2.根据权利要求1所述的水面光谱手持式单通道三路自动测量装置，其特征在于：所述的第一短杆（21）由第一连接头（211）和中空短管（212）构成，所述的第一连接头（211）是带有外螺纹的短管，与所述的中空短管（212）头部一端固定连接，所述的中空短管（212）从头到尾外壁都为大小一样的圆柱面，而头部和中部内壁为大小一样的圆柱面，尾部内壁则是带有一定内倾斜的圆柱面，所述的第一短杆（21）通过所述的第一连接头（211）连接到所述的控制手柄（1）一端。3.根据权利要求1所述的水面光谱手持式单通道三路自动测量装置，其特征在于：所述的第二短杆（22）头部外壁是带有一定外倾斜的圆柱面，中尾部外壁为大小一样的圆柱面，大小正好能穿过第一短杆（21）内的中空短管（212），使第二短杆（22）头部刚好卡在所述的中空短管（212）尾部内，所述的第二短杆（22）头部和中部内壁为大小一样的圆柱面，尾部内壁则是带有一定内倾斜的圆柱面。4.根据权利要求1所述的水面光谱手持式单通...
【专利技术属性】
技术研发人员：田礼乔，陈晓玲，黄锐，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42
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