基于摄像单元升降结构的地基全天空云自动观测系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种基于摄像单元升降结构的地基全天空云自动观测系统，其特征在于，包括：箱体、计算机及位于箱体内的摄像装置、温度调节装置、控制模块和电源模块，电源模块为控制模块、温度调节装置和摄像装置供电，计算机连接控制模块和摄像装置，控制模块连接温度调节装置和摄像装置，通过计算机发来的指令控制温度调节装置和摄像装置，温度调节装置用于调节箱体内的温度，摄像装置包括升降设备和能沿升降设备升降的摄像单元，箱体上盖设有供摄像单元伸出和进入的开口及遮光单元。本实用新型专利技术能够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，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。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种地基云观测系统，能够在计算机控制下实现全天空云的自动观 测。
技术介绍
云无论是在地基还是在天基遥感中都是一个非常重要的气象要素，不仅在天气预 报、人工影响天气和航空航天气象保障等过程中扮演着极其重要的角色，还决定了地球的 辐射收支状况，是全球气候变化的一个重要影响因子，因此对云的观测历来受到人们的关 注和重视。长期以来，目测一直是云的观测中最常用的观测方法。近年来，虽然随着科学技 术的不断发展，越来越多的仪器设备被用于云的观测，如气象雷达和卫星等大大提高了人 们对云的监测水平，激光云高仪也大量应用于机场气象保障系统，但现有的观测设备仍然 无法完全替代人工对云量、云状的观测，目前云的地基观测仍然是以人工观测为主。要实现 全天空云的全自动化观测，还需要大量深入的研究。中国气象科学研究院大气探测研究所 是我国开展目测气象要素自动化观测研究的重要单位，开发了采用数字化摄像技术、基于 摄像单元升降结构的地基全天空云观测系统，实现了计算机控制下的自动拍摄，重点解决 了摄像系统的自动升降、系统的温度调控和不同天气条件下摄像参数自动调整等问题。
技术实现思路
(一)专利技术目的本专利技术的目的是提供一种基于摄像单元升降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)
技术实现思路
一种基于摄像单元升降结构的地基全天空云自动观测系统，包括箱体、计算机及 位于箱体内的摄像装置、温度调节装置、控制模块和电源模块，所述电源模块为所述控制模 块、温度调节装置和摄像装置供电，计算机连接所述控制模块和摄像装置，控制模块连接温 度调节装置和摄像装置，通过计算机发来的指令控制温度调节装置和摄像装置，所述温度 调节装置用于调节箱体内的温度，所述摄像装置包括运动控制单元，由第一电机和升降设 备组成，所述第一电机连接控制模块，用于控制升降设备升降；摄像单元，固定在升降设备上，且连接计算机，用于拍摄云图并将所拍摄的云图传 送给计算机。其中，所述箱体内部有一水平固定板将箱体分为上下两层，所述摄像装置和控制 装置位于箱体上层，所述电源模块和温度调节装置位于箱体下层；所述箱体的上顶盖设有供摄像单元伸出或进入箱体的开口。其中，所述升降设备包括导轨、固定摄像单元的固定支架，所述固定支架通过蜗杆 连接第一电机的转轴，两端安装在导轨上，所述导轨固定在箱体内部中间的固定板上，导轨 上下各有一上限位开关和下限位开关，上限位开关和下限位开关分别连接控制模块。其中，所述摄像单元包括数字摄像机和固定其上的鱼眼镜头。其中，所述箱体的上顶盖的开口处设有遮光单元，所述遮光单元位于摄像单元上 部，由第二电机和旋转盖片组成，所述第二电机连接控制模块，用于控制旋转盖片的开合， 所述旋转盖片的一侧设有第一限位开关和第二限位开关，所述第一限位开关和第二限位开 关分别连接控制模块。其中，所述第一电机和第二电机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)有益效果本专利技术的基于摄像单元升降结构的地基全天空云自动观测系统能够计算机的控 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，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。附图说明图1是根据本专利技术的基于摄像单元升降结构的地基全天空云自动观测系统组成 结构图；图2是根据本专利技术的基于摄像单元升降结构的地基全天空云自动观测系统动作 流程图。具体实施方式本专利技术提出的基于摄像单元升降结构的地基全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，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1分为上下两层。摄像单元可以是数码相机，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，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，接口可采用USB、1394、网络接口等，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，鱼眼镜头13固定在数字摄像机12上。数字摄像机12安装在固定支架 8上，固定支架8的两端安装在导轨7上，固定支架8通过蜗杆9连接第一电机6，在第一电 机6作用下，固定支架8在导轨7上能够上下滑动，从而带动数字摄像机12升降，导轨7固定在箱体的固定底板上，其上端和下端各安装一个上限位开关10和下限位开关11，用于限 制数字摄像机12升降的位置，同时向控制模块4反馈数字摄像机位置信息。箱体1的上顶盖中间位置开有供鱼眼镜头13进出的圆孔，拍摄时鱼眼镜头13伸 出圆孔，否则缩回箱体1内。箱体1上顶盖下部紧挨圆孔位置设有旋转盖片15，能够开合以 覆盖镜头进出圆孔，从而实现阳光的遮挡，以避免阳光对镜头和摄像机的损害，旋转盖片15 的一侧为第二电机14及第一限位开关16和第二限位开关17，两个限位开关用于限制旋转 盖片15的开合位置，同时向控制模块4反馈旋转盖片的位置信息。第一电机6和第二电机14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5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的运动控制模块控制数字摄像机升降到合适 位置，在上升阶段，鱼眼镜头13能够露出箱体1的上顶盖为好，计算机2通过PLC的运动控 制模块还可控制旋转盖片15的开合；数字摄像机12也和计算机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。电源模块3位于箱体1的下层，用于为控制模块4 (即PLC)、电机驱动及温度调节装置供电。 温度调节装置位于箱体下部，包括制冷加热片20，连接PLC，在PLC的温度控制模 块的控制下制冷或加热，散热片21位于制冷加热片20的上部和下部，风扇22位于散热片 21的上部和下部，导风管23 —端口位于散热片21上的风扇22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20制冷 或加热，通过散热片21、风扇22及导风管23与外界进行热交换，防止箱体1内过热本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于摄像单元升降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）及位于箱体（１）内的摄像装置、温度调节装置、控制模块（４）和电源模块（３），所述电源模块（３）为所述控制模块（４）、温度调节装置和摄像装置供电，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摄像装置，通过计算机（２）发来的指令控制温度调节装置和摄像装置，所述温度调节装置用于调节箱体内（１）的温度，所述摄像装置包括：运动控制单元，由第一电机（６）和升降设备组成，所述第一电机（６）连接控制模块（４），用于控制升降设备升降；摄像单元，固定在升降设备上，且连接计算机（２），用于拍摄云图并将所拍摄的云图传送给计算机（２）；所述箱体（１）的上顶盖设有供摄像单元伸出或进入箱体（１）的开口。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张阳，吕伟涛，姚雯，马颖，杨俊，
申请(专利权)人：中国气象科学研究院，
类型：实用新型
国别省市：11[中国|北京]