[发明专利]一种水面光谱手持式单通道三路自动测量装置与方法

权利要求书

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道三路自动测量装置，其特征在于：所述的第三短杆(23)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(22)，使第三短杆(23)头部刚好卡在所述的第二短杆(22)尾部内，所述的第三短杆(23)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(421)连接。

5.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：所述的角度跟踪仪(3)为一姿态传感器，用于实时跟踪所述的长杆(2)的朝向方位。

6.一种根据权利要求1所述的水面光谱手持式单通道三路自动测量装置进行水面光谱测量的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：运输；

断开连接导线(5)与所述的角度调节仪(4)和图像记录仪(7)的连接，转动所述的第二连接头(421)将所述的舵机安装架取(42)下，再断开角度跟踪仪(3)与控制板(11)的连接，拧开所述的第一连接头(211)，将所述的长杆(2)取下，并将所述的第一短杆(21)、第二短杆(22)和第三短杆(23)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(421)将所述的舵机安装架(42)安装在所述的第三短杆(23)末端，再将连接导线(5)穿过长杆(2)和所述的过线孔(4221)与所述的角度调节仪(4)和图像记录仪(7)进行连接，然后通过第一连接头(211)将所述的长杆(2)安装到控制手柄(1)上，最后连接角度跟踪仪(3)与控制板(11)；

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(6)上和将水上光谱仪连接到电脑上；将所述的数据通讯接口(14)连接到电脑上，包括将所述的角度控制接口(141)和图像采集接口(142)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(12)，让所述的控制板(11)、角度跟踪仪(3)和舵机(41)通电工作；使长杆(2)水平于水面，电脑通过角度控制接口(141)向控制板(11)发送命令读取角度跟踪仪(3)的数据来确定当前长杆(2)朝向的方位，同时手动水平调整长杆(2)的朝向，直到电脑从角度控制接口(141)传回来的角度跟踪仪(3)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(141)下达命令给所述的控制板(11)，令控制板(11)控制所述的角度调节仪(4)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(7)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(142)控制所述的图像记录仪(7)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(7)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(7)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(7)向下指向标准参考板，然后重复步骤7-步骤8。