小气候要素同步采集装置、采集方法及电子设备

摘要

本发明公开一种小气候要素同步采集装置、采集方法及电子设备。小气候要素同步采集装置，包括：无人机承载模块、监测网框架、以及监测模块，监测网框架顶部与无人机承载模块连接，监测网框架沿顶部至底部方向设置有多个监测模块层，每个监测模块层包括多个固定在监测网框架上的监测模块。本发明通过监测网框架固定多个监测模块层，每个监测模块层设置多个监测模块，从而实现同时监测垂直多层、多点的小气象要素，可有效降低监测成本，提高监测效率，且保障数据间的可比性。本发明通过对小气候要素的同步网状扫描式监测实现小气候要素的自动采集与存储。

权利要求

1.一种小气候要素同步采集装置，其特征在于，包括：无人机承载模块(1)、监测网框架(2)、以及监测模块(3)，所述监测网框架(2)顶部与所述无人机承载模块(1)连接，所述监测网框架(2)沿顶部至底部方向设置有多个监测模块层，每个所述监测模块层包括多个固定在所述监测网框架(2)上的所述监测模块(3)；

所述监测网框架(2)包括承重杆(21)、以及组合杆(22)，所述承重杆(21)水平延伸并与所述无人机承载模块(1)连接，多个所述组合杆(22)竖直延伸且所述组合杆(22)的顶部与所述承重杆(21)连接，相邻两所述组合杆(22)的底部通过水平延伸的连接杆(23)连接，所述组合杆(22)沿顶部至底部方向设置有多个所述监测模块(3)；

所述承重杆(21)上设置有多个承重杆外设连接单元(24)，每个所述承重杆外设连接单元(24)包括连接座(241)，所述连接座(241)上设有连接座通孔(242)，所述承重杆(21)穿过所述连接座通孔(242)，所述连接座(241)顶部设置有U型槽(243)，所述U型槽(243)上设有螺杆通孔(244)、双向螺杆(245)、以及双向螺母(246)，所述双向螺杆(245)与所述无人机承载模块(1)连接，并插入所述螺杆通孔(244)，与双向螺母(246)螺纹连接，所述连接座(241)底部设有连接接口(247)，所述连接接口(247)与所述组合杆(22)连接，所述连接座(241)两侧设置有连接座开口扣环(248)，所述连接座开口扣环(248)扣紧所述承重杆(21)；

所述连接杆(23)的两个端部分别设置有连杆连接体(25)，所述连杆连接体(25)包括相互垂直连接的第一连杆连接体开口扣环(251)和第二连杆连接体开口扣环(252)，所述第一连杆连接体开口扣环(251)扣紧所述连接杆(23)，所述第二连杆连接体开口扣环(252)与所述连接杆(23)的杆身垂直并扣紧所述组合杆(22)。

2.根据权利要求1所述的小气候要素同步采集装置，其特征在于，所述监测模块(3)包括装载单元(31)和容置在所述装载单元(31)内的传感器单元，所述装载单元(31)包括依次连接的传感器装载盒(311)、传感器线路通道(312)和传感器探头盒(313)，所述传感器单元包括容置在所述传感器装载盒(311)内的传感器以及容置在所述传感器探头盒(313)内的探头，所述探头与所述传感器通过传感器线路通信连接，所述传感器线路容置在所述传感器线路通道(312)内。

3.根据权利要求2所述的小气候要素同步采集装置，其特征在于，所述传感器装载盒(311)外壳、以及所述传感器线路通道(312)外壳设置有多个通孔(315)，所述传感器装载盒(311)、所述传感器线路通道(312)和/或所述传感器探头盒(313)背面设置开口扣环(314)，所述开口扣环(314)与所述监测网框架(2)可拆卸连接，所述传感器探头盒(313)的外壳设置有百叶窗结构(316)。

4.根据权利要求1所述的小气候要素同步采集装置，其特征在于，所述监测网框架(2)还包括一个或多个水平延伸的加固杆(26)，所述加固杆(26)分别与相邻两所述组合杆(22)连接，所述加固杆(26)的两个端部分别设置有加固连接体(27)，所述加固连接体(27)包括相互垂直连接的第一加固连接体开口扣环(271)和第二加固连接体开口扣环(272)，所述第一加固连接体开口扣环(271)扣紧所述连接杆(23)，所述第二加固连接体开口扣环(272)与所述加固杆(26)的杆身垂直并扣紧相邻的所述组合杆(22)。

5.根据权利要求1所述的小气候要素同步采集装置，其特征在于，所述无人机承载模块(1)包括无人机(11)以及可伸缩连接杆(12)，所述可伸缩连接杆(12)一端与所述无人机(11)的挂载横梁连接，另一端与所述监测网框架(2)连接。

6.一种如权利要求1至5任一项所述的小气候要素同步采集装置的采集方法，其特征在于，包括：

生成基于待测区域的数字表面模型的飞行任务，所述飞行任务包括多个监测目标位置；

控制无人机承载模块(1)执行所述飞行任务，从起飞点沿预设安全高度依次水平飞行至多个监测目标位置，每当无人机承载模块(1)到达监测目标位置后，控制无人机承载模块(1)下降预设监测悬停高度，经过预设悬停时间采集数据后控制无人机承载模块(1)返回所述安全高度并以所述安全高度水平飞行至下一监测目标位置；

在对飞行任务的所有监测目标位置进行采集数据后，以所述安全高度水平飞行返回起飞点，完成采集。

7.根据权利要求6所述的小气候要素同步采集装置的采集方法，其特征在于：

所述安全高度H0＝Max(DSM)+dv*m+h，其中，所述h为距地面安全距离，所述m为所述监测模块层的层数，dv为监测模块层的层间竖直距离，Max(DSM)为数字表面模型在待测区域内的最大高度；

所述监测悬停高度为数字表面模型在所述监测目标位置的高度与Max(DSM)之间的相对高度。

8.一种电子设备，其特征在于，包括：

至少一个处理器；以及，

与至少一个所述处理器通信连接的存储器；其中，

所述存储器存储有可被至少一个所述处理器执行的指令，所述指令被至少一个所述处理器执行，以使至少一个所述处理器能够执行如权利要求6至7任一项所述的小气候要素同步采集装置的采集方法。

说明书

小气候要素同步采集装置、采集方法及电子设备

技术领域

[0001] 本发明涉及大气科学相关技术领域，特别是一种小气候要素同步采集装置、采集方法及电子设备。

背景技术

[0002] 人类活动改变地表下垫面结构和性质，造成地表热量和水分收支差异，进而在一定范围内形成小气候。小气候作为全球气候变化的基础研究单元，研究其产生与变化的机理及机制是应对当今全球气候变化的首要任务。监测小气候要素的垂直空间分布特征，和监测不同下垫面情况下小气候要素的垂直分层，为揭示人类活动对小气象要素的影响及其驱动机制的研究提供数据基础。

[0003] 然而，当前小气象要素垂直监测集中于“气球法”的单点连续观测或“无人机”的单层单点移动监测。单点/单层观测缺乏同步多点/多层连续数据。此类观测结果严重阻碍了小气候要素的水平/垂直空间的可比性。同时，无法给出小气象要素的水平/垂直变化图。因此，此类方法无法实现进一步的小气象要素演变及驱动机制研究。若将单点或单层观测直接推广为多点多层同时观测，需要多个飞行设备同时在多层多点监测，其成本高、效率低、可操作性弱、且不具备可推广性。

[0004] 此外，当前无人机对小气象要素的时空监测技术无法脱离人为控制的点到点的观测。然而，当所需监测目标与人距离较远，或监测范围较大，或无人机信号传输受阻时，所需小气象要素无法通过人为操控获取。因此，在实际操作中，如何实现无人机的自动化定点悬停监测成为一大难点。

发明内容

[0005] 基于此，有必要针对现有技术小气候要素无法进行多点多层同步采集的技术问题，提供一种小气候要素同步采集装置、采集方法及电子设备。

[0006] 本发明提供一种小气候要素同步采集装置，包括：无人机承载模块、监测网框架、以及监测模块，所述监测网框架顶部与所述无人机承载模块连接，所述监测网框架沿顶部至底部方向设置有多个监测模块层，每个所述监测模块层包括多个固定在所述监测网框架上的所述监测模块。

[0007] 进一步地，所述监测模块包括装载单元和容置在所述装载单元内的传感器单元，所述装载单元包括依次连接的传感器装载盒、传感器线路通道和传感器探头盒，所述传感器单元包括容置在所述传感器装载盒内的传感器以及容置在所述传感器探头盒内的探头，所述探头与所述传感器通过传感器线路通信连接，所述传感器线路容置在所述传感器线路通道内。

[0008] 更进一步地，所述传感器装载盒外壳、以及所述传感器线路通道外壳设置有多个通孔，所述传感器装载盒、所述传感器线路通道和/或所述传感器探头盒背面设置开口扣环，所述开口扣环与所述监测网框架可拆卸连接，所述传感器探头盒的外壳设置有百叶窗结构。

[0009] 进一步地，所述监测网框架包括承重杆、以及组合杆，所述承重杆水平延伸并与所述无人机承载模块连接，多个所述组合杆竖直延伸且所述组合杆的顶部与所述承重杆连接，相邻两所述组合杆的底部通过水平延伸的连接杆连接，所述组合杆沿顶部至底部方向设置有多个所述监测模块。

[0010] 更进一步地：

[0011] 所述承重杆上设置有多个承重杆外设连接单元，每个所述承重杆外设连接单元包括连接座，所述连接座上设有连接座通孔，所述承重杆穿过所述连接座通孔，所述连接座顶部设置有U型槽，所述U型槽上设有螺杆通孔、双向螺杆、以及双向螺母，所述双向螺杆与所述无人机承载模块连接，并插入所述螺杆通孔，与双向螺母螺纹连接，所述连接座底部设有连接接口，所述连接接口与所述组合杆连接，所述连接座两侧设置有连接座开口扣环，所述连接座开口扣环扣紧所述承重杆；

[0012] 所述连接杆的两个端部分别设置有连杆连接体，所述连杆连接体包括相互垂直连接的第一连杆连接体开口扣环和第二连杆连接体开口扣环，所述第一连杆连接体开口扣环扣紧所述连接杆，所述第二连杆连接体开口扣环与所述连接杆的杆身垂直并扣紧所述组合杆。

[0013] 更进一步地，所述监测网框架还包括一个或多个水平延伸的加固杆，所述加固杆分别与相邻两所述组合杆连接，所述加固杆的两个端部分别设置有加固连接体，所述加固连接体包括相互垂直连接的第一加固连接体开口扣环和第二加固连接体开口扣环，所述第一加固连接体开口扣环扣紧所述连接杆，所述第二加固连接体开口扣环与所述加固杆的杆身垂直并扣紧相邻的所述组合杆。

[0014] 进一步地，所述无人机承载模块包括无人机以及可伸缩连接杆，所述可伸缩连接杆一端与所述无人机的挂载横梁连接，另一端与所述监测网框架连接。

[0015] 本发明提供一种如前所述的小气候要素同步采集装置的采集方法，包括：

[0016] 控制无人机承载模块沿预设安全高度依次水平飞行至多个监测目标位置，每当无人机承载模块到达监测目标位置后，控制无人机承载模块下降预设监测悬停高度，经过预设悬停时间获取数据后控制无人机承载模块返回所述安全高度并以所述安全高度水平飞行至下一监测目标位置；

[0017] 在完成所有的监测目标位置后，以及所述安全高度水平飞行返回起飞点，完成采集。

[0018] 进一步地：

[0019] 所述安全高度H0＝Max(DSM)+dv*m+h，其中，所述h为距地面安全距离，所述m为所述监测模块层的层数，dv为监测模块层的层间竖直距离，Max(DSM)为数字表面模型在飞行范围内的最大高度；

[0020] 所述监测悬停高度为数字表面模型在所述监测目标位置的高度与Max(DSM)之间的相对高度。

[0021] 本发明提供一种电子设备，包括：

[0022] 至少一个处理器；以及，

[0023] 与至少一个所述处理器通信连接的存储器；其中，

[0024] 所述存储器存储有可被至少一个所述处理器执行的指令，所述指令被至少一个所述处理器执行，以使至少一个所述处理器能够执行如前所述的小气候要素同步采集装置的采集方法。

[0025] 本发明通过监测网框架固定多个监测模块层，每个监测模块层设置多个监测模块，从而实现同时监测垂直多层、多点的小气象要素，可有效降低监测成本，提高监测效率，且保障数据间的可比性。本发明通过对小气候要素的同步网状扫描式监测实现小气候要素的自动采集与存储。同时实现了高效的小气象要素大范围监测，为下垫面与大气环境的交互过程模拟及模型构建提供数据基础。

附图说明

[0026] 图1为本发明实施例一种小气候要素同步采集装置的结构示意图。

[0027] 图2a为本发明实施例监测模块中装载单元正视图；

[0028] 图2b为本发明实施例监测模块中装载单元侧视图；

[0029] 图2c为本发明实施例监测模块中装载单元俯视图；

[0030] 图2d为本发明实施例监测模块中装载单元的开口扣环示意图；

[0031] 图3为本发明实施例监测网框架示意图；

[0032] 图4为本发明实施例监测网框架承重模块示意图。

[0033] 图5a为本发明实施例承重杆外设连接单元结构示意图；

[0034] 图5b为本发明实施例承重杆外设连接单元正视图；

[0035] 图5c为本发明实施例承重杆外设连接单元侧视图；

[0036] 图5d为本发明实施例承重杆外设连接单元螺杆螺母示意图；

[0037] 图6为本发明实施例框架组合模块连接杆示意图；

[0038] 图7为本发明实施例监测网框架连接模块示意图；

[0039] 图8a为本发明实施例连杆连接体的正视图；

[0040] 图8b为本发明实施例连杆连接体的侧视图；

[0041] 图8c为本发明实施例连杆连接体的俯视图；

[0042] 图9为本发明实施例监测网框架加固模块示意图；

[0043] 图10a为本发明实施例监测网框架加固模块连接组件正视图；

[0044] 图10b为本发明实施例监测网框架加固模块连接组件侧视图；

[0045] 图10c为本发明实施例监测网框架加固模块连接组件俯视图；

[0046] 图11为本发明实施例无人机可升缩框架连接组件示意图；

[0047] 图12为本发明实施例无人机实体图；

[0048] 图13为本发明实施例中一种如前所述的小气候要素同步采集装置的采集方法的工作流程图；

[0049] 图14为本发明实施例一种电子设备的硬件结构示意图

[0050] 图15为本发明实施例的基于DSM的批量生成飞行任务的流程图。

[0051] 图16为本发明实施例的基于DSM的批量生成飞行示意图。

[0052] 标记说明

[0053] 1‑无人机承载模块；11‑无人机；111‑挂载横梁；112‑机载电源；113‑功能模块；12‑可伸缩连接杆；121‑内嵌杆；122‑外套杆；123‑开口卡扣；2‑监测网框架；21‑承重杆；22‑组合杆；221‑轻质镁铝合金杆身；222‑空心螺纹；223‑平头螺纹；23‑连接杆；24‑承重杆外设连接单元；241‑连接座；242‑连接座通孔；243‑U型槽；244‑螺杆通孔；245‑双向螺杆；246‑双向螺母；247‑连接接口；248‑连接座开口扣环；25‑连杆连接体；251‑第一连杆连接体开口扣环；252‑第二连杆连接体开口扣环；26‑加固杆；27‑加固连接体；271‑第一加固连接体开口扣环；272‑第二加固连接体开口扣环；3‑监测模块；31‑装载单元；311‑传感器装载盒；312‑传感器线路通道；313‑传感器探头盒；314‑开口扣环；3141‑第一部件；3142‑第二部件；315‑通孔；316‑百叶窗结构。

具体实施方式

[0054] 下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细的说明。

[0055] 如图1所示为本发明实施例一种小气候要素同步采集装置的结构示意图，包括：无人机承载模块1、监测网框架2、以及监测模块3，所述监测网框架2顶部与所述无人机承载模块1连接，所述监测网框架2沿顶部至底部方向设置有多个监测模块层，每个所述监测模块层包括多个固定在所述监测网框架2上的所述监测模块3。

[0056] 具体来说，本发明的小气候要素同步采集装置由无人机承载模块1带动监测网框架2飞行。在监测网框架2上设置多个监测模块层，每个监测模块层设置多个监测模块3。

[0057] 监测模块3采集的数据可通过无人机地面控制系统实时返回地面或存储于监测模块3的监测传感器。采集方法为基于数字表面模型(DSM)的飞行任务生成。作业时，首先基于测区的数字表面模型获得采集装置的安全高度，设定采集装置于安全高度处进行不同监测点间水平移动，待到达监测点后再从安全高度飞行至监测悬停高度。通过批量产生监测飞行任务实现采集装置的自动化数据采集。

[0058] 由于由多个监测模块层，且每个监测模块层设置多个监测模块3。因此多层多点的监测模块3能够同时飞行至监测点，实现了小气象要素的自动化3D式多层多点的扫描式监测，实现了各点位小气候要素的同步监测，提高了监测效率。

[0059] 本发明通过监测网框架固定多个监测模块层，每个监测模块层设置多个监测模块，从而实现同时监测垂直多层、多点的小气象要素，可有效降低监测成本，提高监测效率，且保障数据间的可比性。本发明通过对小气候要素的同步网状扫描式监测实现小气候要素的自动采集与存储。同时实现了高效的小气象要素大范围监测，为下垫面与大气环境的交互过程模拟及模型构建提供数据基础。

[0060] 在其中一个实施例中，如图2a至2d所示，所述监测模块3包括装载单元31和容置在所述装载单元31内的传感器单元，所述装载单元31包括依次连接的传感器装载盒311、传感器线路通道312和传感器探头盒313，所述传感器单元包括容置在所述传感器装载盒311内的传感器以及容置在所述传感器探头盒313内的探头，所述探头与所述传感器通过传感器线路通信连接，所述传感器线路容置在所述传感器线路通道312内。

[0061] 具体来说，监测模块3与监测网框架2相连，包含装载单元31与传感器单元。所述装载单元31包括传感器装载盒311、传感器线路通道312和传感器探头盒313。所述传感器单元包括便携式温湿度传感器、气压传感器和GPS定位装置。

[0062] 本实施例设置传感器装载盒固定传感器，设置传感器探头盒固定探头，并设置传感器线路通道保护线路，从而减少飞机悬停时上下颠簸及风对传感器的影响，并提高传感器的安全性。

[0063] 在其中一个实施例中，所述传感器装载盒311外壳、以及所述传感器线路通道312外壳设置有多个通孔315，所述传感器装载盒311、所述传感器线路通道312和/或所述传感器探头盒313背面设置开口扣环314，所述开口扣环314与所述监测网框架2可拆卸连接，所述传感器探头盒313的外壳设置有百叶窗结构316。

[0064] 在其中一个实施例中，装载单元31采用白色塑料材质以减少太阳辐射对盒体内小气候要素的影响。

[0065] 具体来说，为减少风的阻力及为扎带固定传感器提供附着点，在承载平台上布设多个通孔315，通孔315优选为多个5mm间距5mm直径的圆孔。同时，传感器线路通道312固定传感器线路，并连接传感器装载盒311与传感器探头盒313。同理，在通道上设置多个通孔315，通孔315优选为5mm间距5mm直径的圆孔。传感器探头盒313两侧设置成百叶窗结构316为传感器提供稳定的监测环境。最后，在传感器装载盒311、传感器线路通道312及传感器探头盒313背面设置开口扣环314。开口扣环314为5mm内径的开口塑胶扣环，用于连接监测模块3与监测网框架2上的组合杆22。开口扣环314包括第一部件3141和第二部件3142，第一部件3141与第二部件3142卡扣连接，可以将第二部件3142拆开，将第一部件3141扣上组合杆
22后，将第二部件3142扣上，完成连接。

[0066] 在其中一个实施例中，如图3所示，所述监测网框架2包括承重杆21、以及组合杆22，所述承重杆21水平延伸并与所述无人机承载模块1连接，多个所述组合杆22竖直延伸且所述组合杆22的顶部与所述承重杆21连接，相邻两所述组合杆22的底部通过水平延伸的连接杆23连接，所述组合杆22沿顶部至底部方向设置有多个所述监测模块3。

[0067] 具体来说，承重杆21水平延伸，与无人机承载模块1连接，而组合杆22竖直延伸，用于设置监测模块3。连接杆23为水平方向，其长度与承重杆21上相邻两个承重杆外设连接单元24间间距相等，从而连接相邻两组合杆22。

[0068] 在其中一个实施例中：

[0069] 如图4所示，所述承重杆21上设置有多个承重杆外设连接单元24，如图5a至图5d所示，每个所述承重杆外设连接单元24包括连接座241，所述连接座241上设有连接座通孔242，所述承重杆21穿过所述连接座通孔242，所述连接座241顶部设置有U型槽243，所述U型槽243上设有螺杆通孔244、双向螺杆245、以及双向螺母246，所述双向螺杆245与所述无人机承载模块1连接，并插入所述螺杆通孔244，与双向螺母246螺纹连接，所述连接座241底部设有连接接口247，所述连接接口247与所述组合杆22连接，所述连接座241两侧设置有连接座开口扣环248，所述连接座开口扣环248扣紧所述承重杆21；

[0070] 所述连接杆23的两个端部分别设置有连杆连接体25，所述连杆连接体25包括相互垂直连接的第一连杆连接体开口扣环251和第二连杆连接体开口扣环252，所述第一连杆连接体开口扣环251扣紧所述连接杆23，所述第二连杆连接体开口扣环252与所述连接杆23的杆身垂直并扣紧所述组合杆22。

[0071] 具体来说，承重杆外设连接单元24提供连接座通孔242实现与承重杆21的连接，连接座通孔242优选为镂空直径10mm的圆孔；以两个开口扣环作为连接座开口扣环248，扣紧在承重杆21，以固定承重杆外设连接单元24位置；镂空U型槽243结合双向螺杆245和双向螺母246为无人机连接提供接口；连接接口247优选为螺纹圆柱，为框架组合杆22提供接口。

[0072] 如图6所示为组合杆22，由包含螺纹和螺帽的轻质镁铝合金杆身为基本单元垂直连接构成，镁铝合金杆身两端分别为空心螺纹222和平头螺纹223。通过调整组合杆22数量和位置对监测框架组合形式进行调整，其中针对组合杆22，使用连接杆23与框架加固杆26增强框架稳定性。

[0073] 以连接杆23固定监测网垂直分层结构的水平位置，降低监测网水平位置监测误差。如图7所示，连接杆23的两个端部分别设置连杆连接体25。如图8a至8c所示，所述连杆连接体25为两个相互垂直的第一连杆连接体开口扣环251和第二连杆连接体开口扣环252。第一连杆连接体开口扣环251和第二连杆连接体开口扣环252优选为开口塑胶扣环。其中所述第一连杆连接体开口扣环251扣紧所述连接杆23，所述第二连杆连接体开口扣环252与所述连接杆23的杆身垂直并扣紧所述组合杆22。第一连杆连接体开口扣环251和第二连杆连接体开口扣环252与连接杆23及组合杆22的连接方式与开口扣环314与组合杆22的连接方式一致。

[0074] 在其中一个实施例中，所述监测网框架2还包括一个或多个水平延伸的加固杆26，所述加固杆26分别与相邻两所述组合杆22连接，如图9所示，所述加固杆26的两个端部分别设置有加固连接体27，如图10a至图10c所示，所述加固连接体27包括相互垂直连接的第一加固连接体开口扣环271和第二加固连接体开口扣环272，所述第一加固连接体开口扣环271扣紧所述连接杆23，所述第二加固连接体开口扣环272与所述加固杆26的杆身垂直并扣紧相邻的所述组合杆22。

[0075] 为进一步稳固监测网框架，设置加固杆26。加固杆26通过加固连接体27垂直连接相邻的框架组合模块。加固杆26采用轻质镁铝合金材质。加固连接体27与连杆连接体25一致，包括相互垂直连接的第一加固连接体开口扣环271和第二加固连接体开口扣环272，所述第一加固连接体开口扣环271扣紧所述连接杆23，所述第二加固连接体开口扣环272与所述加固杆26的杆身垂直并扣紧相邻的所述组合杆22。第一加固连接体开口扣环271和第二加固连接体开口扣环272与连接杆23及组合杆22的连接方式与开口扣环314与组合杆22的连接方式一致。

[0076] 在其中一个实施例中，所述无人机承载模块1包括无人机11以及可伸缩连接杆12，所述可伸缩连接杆12一端与所述无人机11的挂载横梁连接，另一端与所述监测网框架2连接。

[0077] 具有来说，如图11所示，可伸缩连接杆12作为无人机11与监测网框架的连接模块。可伸缩连接杆12由内嵌杆121和外套杆122组成，采用螺旋嵌套模式将两杆进行组合。在使用中可进行长度的调整。内嵌杆121和外套杆122两端分别设计圆形开口卡扣123作为连接枢纽。

[0078] 如图12所示为无人机11。在其中一个实施例中，可伸缩连接杆12其中一端的圆形开口卡扣123套入无人机11的挂载横梁111，另一端的圆形开口卡扣123套入承重杆外设连接单元24的U型槽243，并由双向螺杆245穿入螺杆通孔244，旋紧双向螺母246固定。

[0079] 无人机11由机载电源112供电，包含功能模块113。功能模块113包括：GPS导航模块、数据传输模块和数据存储模块与控制模块(IMU)。数据传输与数据存储模块对飞行任务及来自监测网框架上传感器模块的数据进行传输与存储。所述控制模块实时接受信号，实现无人机飞行任务自主飞行。

[0080] 如图13所示为本发明一实施例中一种如前所述的小气候要素同步采集装置的采集方法的工作流程图，包括：

[0081] 步骤S1301，生成基于待测区域的数字表面模型的飞行任务，所述飞行任务包括多个监测目标位置；

[0082] 步骤S1302，控制无人机承载模块1执行所述飞行任务，从起飞点沿预设安全高度依次水平飞行至多个监测目标位置，每当无人机承载模块1到达监测目标位置后，控制无人机承载模块1下降预设监测悬停高度，经过预设悬停时间采集数据后控制无人机承载模块1返回所述安全高度并以所述安全高度水平飞行至下一监测目标位置；

[0083] 步骤S1303，在对飞行任务的所有监测目标位置进行采集数据后，以所述安全高度水平飞行返回起飞点，完成采集。

[0084] 具体来说，基于DSM的飞行任务批量生成模块。设计无人机水平飞行的安全高度，即无人机的所有水平移动均处于安全高度。具体地，在监测目标位置无人机先下降至监测悬停位置，获取数据后自动返回安全高度飞行至下一监测点。依据以上规则批量生成无人机飞行任务与航线。

[0085] 本发明通过监测网框架固定多个监测模块层，每个监测模块层设置多个监测模块，从而实现同时监测垂直多层、多点的小气象要素，可有效降低监测成本，提高监测效率，且保障数据间的可比性。本发明通过对小气候要素的同步网状扫描式监测实现小气候要素的自动采集与存储。同时实现了高效的小气象要素大范围监测，为下垫面与大气环境的交互过程模拟及模型构建提供数据基础。

[0086] 在其中一个实施例中：

[0087] 所述安全高度H0＝Max(DSM)+dv*m+h，其中，所述h为距地面安全距离，所述m为所述监测模块层的层数，dv为监测模块层的层间竖直距离，Max(DSM)为数字表面模型在待测区域内的最大高度；

[0088] 所述监测悬停高度为数字表面模型在所述监测目标位置的高度与Max(DSM)之间的相对高度。

[0089] 具有来说，获取监测区水平分辨率和垂直分辨率均高于1m的DSM，依据预先设定的研究区位置及监测区域图，利用ArcGIS中Create Fishnet及Select By Location依据水平距离dh产生均匀的空间采样点(P1,…,Pn)；设置起飞点(P0)作为最终返航位置(Pend)以产生P0,P1,…,Pn,Pend的飞行位置序列；设置传感器挂载平台间高度dv与垂直分层监测数量m；以监测区DSM为数据基础上，依据距地面安全距离(h)，防干扰距离(hd)，飞行范围内最大DSM(Max(DSM))，垂直承载平台距离(dv)及垂直搭载平台数量m计算在整个研究区域内的安全高度H0(H0＝Max(DSM)+dv*m+h)作为飞行高度初始值，其中，距地面安全距离h包含防干扰距离(hd)。在此基础上逐点计算监测点DSM与DSM最大点间的相对高度Rh。在Rh的基础上确定飞行器的垂直航线。当监测点为Pend时自动产生返航航线。

[0090] 如图14所示为本发明一种电子设备的硬件结构示意图，包括：

[0091] 至少一个处理器1401；以及，

[0092] 与至少一个所述处理器1401通信连接的存储器1402；其中，

[0093] 所述存储器1402存储有可被至少一个所述处理器执行的指令，所述指令被至少一个所述处理器执行，以使至少一个所述处理器能够执行如前所述的小气候要素同步采集装置的采集方法。

[0094] 图14中以一个处理器1401为例。

[0095] 电子设备还可以包括：输入装置1403和显示装置1404。

[0096] 处理器1401、存储器1402、输入装置1403及显示装置1404可以通过总线或者其他方式连接，图中以通过总线连接为例。

[0097] 存储器1402作为一种非易失性计算机可读存储介质，可用于存储非易失性软件程序、非易失性计算机可执行程序以及模块，如本申请实施例中的小气候要素同步采集装置的采集方法对应的程序指令/模块，例如，图13所示的方法流程。处理器1401通过运行存储在存储器1402中的非易失性软件程序、指令以及模块，从而执行各种功能应用以及数据处理，即实现上述实施例中的小气候要素同步采集装置的采集方法。

[0098] 存储器1402可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储根据小气候要素同步采集装置的采集方法的使用所创建的数据等。此外，存储器1402可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。在一些实施例中，存储器1402可选包括相对于处理器1401远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至执行小气候要素同步采集装置的采集方法的装置。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。

[0099] 输入装置1403可接收输入的用户点击，以及产生与小气候要素同步采集装置的采集方法的用户设置以及功能控制有关的信号输入。显示装置1404可包括显示屏等显示设备。

[0100] 在所述一个或者多个模块存储在所述存储器1402中，当被所述一个或者多个处理器1401运行时，执行上述任意方法实施例中的小气候要素同步采集装置的采集方法。

[0101] 本发明通过监测网框架固定多个监测模块层，每个监测模块层设置多个监测模块，从而实现同时监测垂直多层、多点的小气象要素，可有效降低监测成本，提高监测效率，且保障数据间的可比性。本发明通过对小气候要素的同步网状扫描式监测实现小气候要素的自动采集与存储。同时实现了高效的小气象要素大范围监测，为下垫面与大气环境的交互过程模拟及模型构建提供数据基础。

[0102] 作为本发明最佳实施例，如图1所示，本发明实施例提供的小气候要素同步采集装置和采集方法，其包括：采集装置和采集方法。采集装置由监测网组合设备构成。该组合设备由监测模块3，监测网框架2和无人机承载模块1组成。采集方法由基于DSM的飞行任务批量生成模块组成。

[0103] 实施例1本发明实施方式具体步骤为：

[0104] 1)搭建监测模块3

[0105] 该模块是小气候要素监测的功能模块。该模块由装载单元31和传感器单元(图中未示出)组成。装载单元31由传感器装载盒311、传感器线路通道312和传感器探头盒313组成。图2a至2d所示为监测模块3正视、俯视、侧视图及开口塑胶扣环示意图。

[0106] 优选地，为减少飞机悬停时上下颠簸及风对传感器的影响，并提高传感器的安全性，设计传感器装载盒311固定传感器。同时为减少风的阻力及为扎带固定传感器提供附着点，在传感器装载盒311上布设5mm间距5mm直径的圆孔。

[0107] 优选地，以传感器线路通道312固定传感器线路，同时连接传感器装载盒311与传感器探头盒313。同理，在通道上设置5mm间距5mm直径的圆孔。

[0108] 优选地，传感器探头盒313两侧设置成百叶窗结构316为传感器提供稳定的监测环境。

[0109] 优选地，在传感器装载盒311、传感器线路通道312及传感器探头盒313背面设置5mm内径的开口塑胶扣环，用于连接监测模块与监测网框架上的组合杆22。

[0110] 优选地，装载单元31采用白色塑料材质以减少太阳辐射对盒体内小气候要素的影响。

[0111] 优选地，传感器单元包括便携式的温湿度传感器、气压传感器和GPS定位装置。

[0112] 优选地，温湿度传感器采用HOBO MX2300，单个传感器重量＜150g。该传感器内置蓝牙数据传输功能，可监测大气温度、大气相对湿度、露点温度。正常情况下，其监测温度范围为‑40‑158°F(40‑70℃)，温度分辨率为0.02℃，温度监测精度为±0.2℃，湿度监测范围为0‑100％，湿度分辨率为0.01％，湿度监测精度为±2.5％。

[0113] 2)构建监测网框架2

[0114] 监测网框架2是实现小气候要素面扫描式监测的基础。该模块作为连接枢纽，分别与监测模块和无人机承载模块连接。监测网框架2由承重模块、框架组合模块、监测网连接模块和监测网加固模块组成。图3示出了本发明监测网框架。

[0115] 所述承重模块由承重杆21和承重杆外设连接单元24组成。承重杆21用于确定框架水平监测范围及水平监测点分布。承重杆外设连接单元24为承重杆21与无人机及框架连接杆连接提供接口。

[0116] 优选地，承重杆21选用高强度轻质碳纤维材质，直径10mm。

[0117] 优选地，承重杆外设连接单元24提供镂空直径10mm的圆孔实现与承重杆的连接；以两个开口扣环作为卡口，用于固定连接单元位置；镂空U型槽结合双向螺母为无人机连接提供接口；螺纹圆柱为框架组合杆提供接口。图4是本发明监测网框架承重模块示意图。图
5a至图5d为承重杆外设连接单元结构示意图。

[0118] 优选地，框架组合模块为组合杆22，由包含螺纹和螺帽的轻质镁铝合金杆身为基本单元垂直连接构成，镁铝合金杆身两端分别为空心螺纹222和平头螺纹223。通过调整框架组合模块组合杆数量和位置对监测框架组合形式进行调整，其中针对组合杆22，使用连接杆23与框架加固杆26增强框架稳定性。

[0119] 优选地，以连接模块固定监测网垂直分层结构的水平位置，降低监测网水平位置监测误差。所述连接模块包括连接杆23和连杆连接体25。

[0120] 所述连杆连接体25为两个相互垂直的开口塑胶扣环组成。图7是本发明监测网框架连接模块示意图。图8a至8c为连杆连接体的结构示意图。

[0121] 优选地，为进一步稳固监测网框架，设置加固模块。该模块通过连接组件垂直连接相邻的框架组合模块。加固模块包括加固杆26。加固杆26采用轻质镁铝合金材质。图9为本发明监测网框架加固模块。如图10a至图10c所示，加固连接体27与连杆连接体25一致，为相互垂直的两个开口扣环组成。

[0122] 3)安装无人机承载模块

[0123] 优选地，无人机承载模块1由可升缩框架连接组件和无人机系统组成。

[0124] 优先地，升缩框架连接组件作为无人机11与监测网框架2的连接模块。可伸缩连接杆12由内嵌杆121和外套杆122组成，采用螺旋嵌套模式将两杆进行组合。在使用中可进行长度的调整。内嵌杆121和外套杆122两端分别设计圆形开口卡扣123作为连接枢纽。图11所示为是本发明升缩框架连接组件。

[0125] 优选地，如图12所示，无人机系统包含无人机11，以及安装在无人机11上的机载电源112和功能模块113。功能模块113包括：GPS导航模块、数据传输模块和数据存储模块与控制模块(IMU)。数据传输与数据存储模块对飞行任务及来自监测网框架上传感器模块的数据进行传输与存储。所述控制模块实时接受信号，实现无人机飞行任务自主飞行。

[0126] 根据本发明的承重与续航需求，本发明优选DJI WIND 4系列四旋翼无人机系统，参数见表1。该无人机系统具备GPS定位巡航功能，最大遥控距离为5km，在采用2节DZ‑12000mAh电池情况下续航时长达50min，具备最大10kg的有效载荷。无人机实体如图12所示。

[0127] 表1 DJI WIND 4无人机系统

[0128]

[0129] 4)基于DSM的飞行任务批量生成模块。设计无人机水平飞行的安全高度，即无人机的所有水平移动均处于安全高度。具体地，在监测目标位置无人机先下降至监测悬停位置，获取数据后自动返回安全高度飞行至下一监测点。依据以上规则批量生成无人机飞行任务与航线。

[0130] 优选的，具体航线生成流程见图15，包括：

[0131] 步骤S1501，获取监测区水平分辨率和垂直分辨率均高于1m的DSM，依据预先设定的研究区位置及监测区域图；

[0132] 步骤S1052，利用ArcGIS中Create Fishnet及Select By Location依据水平距离dh产生均匀的空间采样点(P1,…,Pn)；设置起飞点(P0)作为最终返航位置(Pend)以产生P0,P1,…,Pn,Pend的飞行位置序列；

[0133] 步骤S1503，设置传感器挂载平台间高度dv与垂直分层监测数量m；

[0134] 步骤S1504，以监测区DSM为数据基础上，依据距地面安全距离(h)，防干扰距离(hd)，飞行范围内最大DSM(Max(DSM))，垂直承载平台距离(dv)及垂直搭载平台数量m计算在整个研究区域内的安全高度H0(H0＝Max(DSM)+dv*m+h)作为飞行高度初始值，在此基础上逐点计算监测点DSM与DSM最大点间的相对高度Rh。在Rh的基础上确定飞行器的垂直航线。当监测点为Pend时自动产生返航航线。

[0135] 优选地，为保障无人机自动返航的安全高度，如图16所示，本发明将无人机在监测点间飞行任务为三条航线。航线A：在监测点Pi处，从H0高度飞行至Hsi，并悬停5分钟；航线B：监测点目标高度(Hsi)飞往H0；航线C：H0高度处水平从当前监测点(Pi)飞往下一监测点(Pi+1)。

[0136] 以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。