CN107255964A - 一种鸟类观测*** - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种鸟类观测***，包括N个设置于输电塔上的视频监控单元、设置于监控中心且与所述视频监控单元相互通信的视频接收单元；所述视频监控单元包括多角度拍摄模块、设置于输电塔塔架上的处理模块，所述多角度拍摄模块包括第一电机、第二电机、摄像头、两端分别与第二电机输出轴与连接板固定连接的连接杆，所述处理模块包括与所述摄像头连接的MCU及与该MCU连接的GPS模块、第一电力载波收发模块，所述MCU还分别通过第一电机驱动模块、第二电机驱动模块与第一电机、第二电机连接；所述视频接收单元包括一用于与第一电力载波收发模块通信的第二电力载波收发模块。本发明能够实现对鸟类的自动观测，且不受到人为因素影响。

Description

一种鸟类观测***
技术领域
本发明涉及一种鸟类观测***。
背景技术
鸟类观测是一种广泛存在的人类行为，对于研究自然科学、分析鸟类习性、保护濒危物种等方面有着不可或缺的意义。目前的鸟类观测大都借助望远镜、摄像机、鸟类图鉴等工具，依靠人工进行观测，存在以下不足：
1.人工观测受到天气、交通、安全等多种因素制约；
2.个体的观测范围十分有限，且受到精力的限制不能做到全天候连续观测；
3.对鸟类种类的识别、数量的计算容易出现误差；
4.频繁的观测可能引起鸟类警觉，干扰鸟类的正常活动，或导致鸟类避开观测区，影响观测质量和准确性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种鸟类观测***，能够实现对鸟类的自动观测，且不受到人为因素影响。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种鸟类观测***，包括N个设置于输电塔上的视频监控单元、设置于监控中心且与所述视频监控单元相互通信的视频接收单元；所述视频监控单元包括多角度拍摄模块、设置于输电塔塔架上的处理模块，所述多角度拍摄模块包括固定于输电塔塔架上的第一电机、与第一电机输出轴固定连接的第二电机、设置于一连接板上的摄像头、两端分别与第二电机输出轴与连接板固定连接的连接杆，所述处理模块包括与所述摄像头连接的MCU及与该MCU连接的GPS模块、第一电力载波收发模块，所述MCU还分别通过第一电机驱动模块、第二电机驱动模块与第一电机、第二电机连接；所述视频接收单元包括一用于与第一电力载波收发模块通信的第二电力载波收发模块；其中，N为大于1的整数。
在本发明一实施例中，所述连接板上还设置有一热成像仪。
在本发明一实施例中，还包括N个设置于输电塔上的太阳能供电单元，所述太阳能供电单元包括用于为整个装置供电的蓄电池、与蓄电池连接的太阳能光伏阵列、用于带动太阳能光伏阵列沿竖平面转动的第三电机、用于带动第三电机沿水平面转动的第四电机、用于检测太阳方位的太阳方位检测电路；所述第三电机、第四电机分别通过第三电机驱动模块、第四电机驱动模块与所述MCU连接，所述太阳方位检测电路与所述MCU连接。
在本发明一实施例中，所述太阳方位检测电路包括5个光敏二极管，以该5个光敏二极管中的第一光敏二极管为中心，呈十字型分布在一圆盘上表面，每个光敏二极管与其相邻的光敏二极管均保持一定的间隙，所述圆盘罩设有一顶部具有透光孔的中空圆柱罩，所述圆盘固定于输电塔塔架上。
在本发明一实施例中，所述太阳方位检测电路还包括第一至第四运放及第一至第五电阻；所述第一至第五光敏二极管的负端均连接至电源正极，所述第一至第五光敏二极管的正端还别经第一至第五电阻连接至地；所述第一光敏二极管的正端连接至第一运放的同相输入端；所述第二光敏二极管的正端连接至第一运放的反相输入端；所述第三光敏二极管的正端连接至第二运放的反相输入端；所述第四光敏二极管的正端连接至第三运放的反相输入端；所述第五光敏二极管的正端连接至第四运放的反相输入端；所述第一运放的同相输入端与第二运放的同相输入端、第三运放的同相输入端和第四运放的同相输入端连接。
在本发明一实施例中，所述太阳能供电单元根据天气情况采用光电检测追踪模式或太阳角追踪模式，实现太阳能自动追踪；
1)若为晴天，采用所述光电检测追踪模式实现太阳能自动追踪：
(1)判断第一光敏二极管是否受到光照，若是，保持所述太阳能光伏阵列朝向，并延时预定时间重新执行步骤(1)；若否，直接进入步骤(2)；
(2)分别判断位于第一光敏二极管水平垂直的四个方向上的第二至第五二极管是否受到光照，若是，调整所述太阳能光伏阵列朝向，并延时预定时间重新执行步骤(1)；若否，直接重新执行步骤(1)；
2)若为阴天，采用所述太阳角追踪模式实现太阳能自动追踪：
(1)读取实时时间及当期位置经纬度，并根据该实时时间及经纬度计算太阳高度角和方位角；
(2)根据太阳高度角和方位角以及太阳能光伏阵列的长度，计算出太阳能光伏阵列在该时刻太阳高度角水平方向的偏移高度和太阳方位角水平方向的偏移高度；
(3)延时预定时间后，计算预定时间后时刻的太阳高度角水平方向的偏移高度和太阳方位角水平方向的偏移高度；
(4)根据预定时间前后两个时刻的偏移高度差，计算出太阳能光伏阵列需调整角度，以保证太阳能光伏阵列与太阳光照的角度垂直。
在本发明一实施例中，所述太阳高度角和方位角的计算方法如下：
设一年365天对应区间为[0,π]，取日角：dn取为年的日期序列，1月1日dn为1，12月31日dn为365，则赤尾弧度δ为：
δ＝0.00689-0.39951cosθ0+0.07208sinθ0-0.0068cos2θ0+0.0009sin2θ0
-0.00269cos3θ0+0.00151sin3θ0
太阳实角ω为：ω＝真太阳时(小时)×15-180，式中ω单位为度，15表示每小时相当于15°时角。
真太阳时＝地方时+时差＝北京时+经度订正+时差＝北京时+(当地经度-120÷60+时差)；
时差(小时)＝时差(弧度)×12÷π
设太阳高度角和方位角分别为θh和θp，地理纬度为ψ，则
sinθh＝sinψsinδ+cosψcosδcosω
sinθp＝cosδsinω/cosθh
cosθp＝(sinθhsinψ-sinδ)/cosθhcosψ
由此可知，只要时间和经纬度一定，就能通过以上公式计算出相应的太阳高度角和方位角。
相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：
1.有效利用了鸟类喜好停留在输电线上休息的天性；
2.鸟类停在输电线上时，所处区域相对固定，便于观测仪器的安装定位，且停留区域周围没有遮蔽物，对观测十分有利；而且电塔高度高，视野开阔，具备天然的观测优势；
3、输电塔因客观需要，架设在人烟稀少处，跨越高山、森林等鸟类活跃区域，可以消除人类活动对观测的影响，并且观测过程对鸟类活动不造成干涉影响；
4、输电网是本身是全连通的信息网络，观测装置采集的数据信息可以实时传输，全网覆盖；
5、充分利用了现有设备，减少成本投入。
附图说明
图1是本发明多角度拍摄模块结构示意图。
图2是本发明太阳能光伏阵列与第三电机、第四电机设置结构示意图。
图3是本发明电路原理框图。
图4是分布5个光敏二极管的圆盘结构示意图。
图5是顶部有透光孔的中空圆柱罩结构示意图。
图6是太阳方位检测电路示意图。
图中：1-第一电机，2-第二电机，3-连接杆，4-摄像头，5-热成像仪，6-连接板，7-太阳能光伏阵列，8-第三电机，9-第四电机，10-圆盘，11-中空圆柱罩。
具体实施方式
下面结合附图1-6，对本发明的技术方案进行具体说明。
本发明的一种鸟类观测***，包括N个设置于输电塔上的视频监控单元、设置于监控中心且与所述视频监控单元相互通信的视频接收单元；所述视频监控单元包括多角度拍摄模块、设置于输电塔塔架上的处理模块，所述多角度拍摄模块包括固定于输电塔塔架上的第一电机、与第一电机输出轴固定连接的第二电机、设置于一连接板上的摄像头、两端分别与第二电机输出轴与连接板固定连接的连接杆，所述处理模块包括与所述摄像头连接的MCU及与该MCU连接的GPS模块(用于定位各视频监控单元所在位置，以便于维修)、第一电力载波收发模块，所述MCU还分别通过第一电机驱动模块、第二电机驱动模块与第一电机、第二电机连接；所述视频接收单元包括一用于与第一电力载波收发模块通信的第二电力载波收发模块；其中，N为大于1的整数。所述连接板上还设置有一热成像仪。
在本实施例中，还包括N个设置于输电塔上的太阳能供电单元，所述太阳能供电单元包括用于为整个装置供电的蓄电池、与蓄电池连接的太阳能光伏阵列、用于带动太阳能光伏阵列沿竖平面转动的第三电机、用于带动第三电机沿水平面转动的第四电机、用于检测太阳方位的太阳方位检测电路；所述第三电机、第四电机分别通过第三电机驱动模块、第四电机驱动模块与所述MCU连接，所述太阳方位检测电路与所述MCU连接。
在本实施例中，所述太阳方位检测电路包括5个光敏二极管，以该5个光敏二极管中的第一光敏二极管为中心，呈十字型分布在一圆盘上表面，每个光敏二极管与其相邻的光敏二极管均保持一定的间隙，所述圆盘罩设有一顶部具有透光孔的中空圆柱罩，所述圆盘固定于输电塔塔架上。
在本实施例中，所述太阳方位检测电路还包括第一至第四运放及第一至第五电阻；所述第一至第五光敏二极管的负端均连接至电源正极，所述第一至第五光敏二极管的正端还别经第一至第五电阻连接至地；所述第一光敏二极管的正端连接至第一运放的同相输入端；所述第二光敏二极管的正端连接至第一运放的反相输入端；所述第三光敏二极管的正端连接至第二运放的反相输入端；所述第四光敏二极管的正端连接至第三运放的反相输入端；所述第五光敏二极管的正端连接至第四运放的反相输入端；所述第一运放的同相输入端与第二运放的同相输入端、第三运放的同相输入端和第四运放的同相输入端连接。
在本实施例中，所述太阳能供电单元根据天气情况采用光电检测追踪模式或太阳角追踪模式，实现太阳能自动追踪；
1)若为晴天，采用所述光电检测追踪模式实现太阳能自动追踪：
(1)判断第一光敏二极管是否受到光照，若是，保持所述太阳能光伏阵列朝向，并延时预定时间重新执行步骤(1)；若否，直接进入步骤(2)；
(2)分别判断位于第一光敏二极管水平垂直的四个方向上的第二至第五二极管是否受到光照，若是，调整所述太阳能光伏阵列朝向，并延时预定时间重新执行步骤(1)；若否，直接重新执行步骤(1)；
2)若为阴天，采用所述太阳角追踪模式实现太阳能自动追踪：
(1)读取实时时间及当期位置经纬度，并根据该实时时间及经纬度计算太阳高度角和方位角；
(2)根据太阳高度角和方位角以及太阳能光伏阵列的长度，计算出太阳能光伏阵列在该时刻太阳高度角水平方向的偏移高度和太阳方位角水平方向的偏移高度；
(3)延时预定时间后，计算预定时间后时刻的太阳高度角水平方向的偏移高度和太阳方位角水平方向的偏移高度；
(4)根据预定时间前后两个时刻的偏移高度差，计算出太阳能光伏阵列需调整角度，以保证太阳能光伏阵列与太阳光照的角度垂直。
所述太阳高度角和方位角的计算方法如下：
设一年365天对应区间为[0,π]，取日角：dn取为年的日期序列，1月1日dn为1，12月31日dn为365，则赤尾弧度δ为：
δ＝0.00689-0.39951cosθ0+0.07208sinθ0-0.0068cos2θ0+0.0009sin2θ0
-0.00269cos3θ0+0.00151sin3θ0
太阳实角ω为：ω＝真太阳时(小时)×15-180，式中ω单位为度，15表示每小时相当于15°时角。
真太阳时＝地方时+时差＝北京时+经度订正+时差＝北京时+(当地经度-120÷60+时差)；
时差(小时)＝时差(弧度)×12÷π
设太阳高度角和方位角分别为θh和θp，地理纬度为ψ，则
sinθh＝sinψsinδ+cosψcosδcosω
sinθp＝cosδsinω/cosθh
cosθp＝(sinθhsinψ-sinδ)/cosθhcosψ
由此可知，只要时间和经纬度一定，就能通过以上公式计算出相应的太阳高度角和方位角。
本发明通过上述摄像头、热成像仪采集的停在输电线缆上的鸟类的信息，传输给监控中心的主控电脑进行分析，对鸟类体型、翅形、尾形、羽色等特征的分析，分析出鸟类的种类、数量，同时可以记录下其出现区域、出现时间、停留时长等信息，将信息按地域、时间、种类等进行分析整理，形成鸟类观测记录。
以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种鸟类观测***，其特征在于：包括N个设置于输电塔上的视频监控单元、设置于监控中心且与所述视频监控单元相互通信的视频接收单元；所述视频监控单元包括多角度拍摄模块、设置于输电塔塔架上的处理模块，所述多角度拍摄模块包括固定于输电塔塔架上的第一电机、与第一电机输出轴固定连接的第二电机、设置于一连接板上的摄像头、两端分别与第二电机输出轴与连接板固定连接的连接杆，所述处理模块包括与所述摄像头连接的MCU及与该MCU连接的GPS模块、第一电力载波收发模块，所述MCU还分别通过第一电机驱动模块、第二电机驱动模块与第一电机、第二电机连接；所述视频接收单元包括一用于与第一电力载波收发模块通信的第二电力载波收发模块；其中，N为大于1的整数。
2.根据权利要求1所述的一种鸟类观测***，其特征在于：所述连接板上还设置有一热成像仪。
3.根据权利要求1所述的一种鸟类观测***，其特征在于：还包括N个设置于输电塔上的太阳能供电单元，所述太阳能供电单元包括用于为整个装置供电的蓄电池、与蓄电池连接的太阳能光伏阵列、用于带动太阳能光伏阵列沿竖平面转动的第三电机、用于带动第三电机沿水平面转动的第四电机、用于检测太阳方位的太阳方位检测电路；所述第三电机、第四电机分别通过第三电机驱动模块、第四电机驱动模块与所述MCU连接，所述太阳方位检测电路与所述MCU连接。
4.根据权利要求3所述的一种鸟类观测***，其特征在于：所述太阳方位检测电路包括5个光敏二极管，以该5个光敏二极管中的第一光敏二极管为中心，呈十字型分布在一圆盘上表面，每个光敏二极管与其相邻的光敏二极管均保持一定的间隙，所述圆盘罩设有一顶部具有透光孔的中空圆柱罩，所述圆盘固定于输电塔塔架上。
5.根据权利要求4所述的一种鸟类观测***，其特征在于：所述太阳方位检测电路还包括第一至第四运放及第一至第五电阻；所述第一至第五光敏二极管的负端均连接至电源正极，所述第一至第五光敏二极管的正端还别经第一至第五电阻连接至地；所述第一光敏二极管的正端连接至第一运放的同相输入端；所述第二光敏二极管的正端连接至第一运放的反相输入端；所述第三光敏二极管的正端连接至第二运放的反相输入端；所述第四光敏二极管的正端连接至第三运放的反相输入端；所述第五光敏二极管的正端连接至第四运放的反相输入端；所述第一运放的同相输入端与第二运放的同相输入端、第三运放的同相输入端和第四运放的同相输入端连接。
6.根据权利要求5所述的一种鸟类观测***，其特征在于：所述太阳能供电单元根据天气情况采用光电检测追踪模式或太阳角追踪模式，实现太阳能自动追踪；
1)若为晴天，采用所述光电检测追踪模式实现太阳能自动追踪：
(1)判断第一光敏二极管是否受到光照，若是，保持所述太阳能光伏阵列朝向，并延时预定时间重新执行步骤(1)；若否，直接进入步骤(2)；
(2)分别判断位于第一光敏二极管水平垂直的四个方向上的第二至第五二极管是否受到光照，若是，调整所述太阳能光伏阵列朝向，并延时预定时间重新执行步骤(1)；若否，直接重新执行步骤(1)；
2)若为阴天，采用所述太阳角追踪模式实现太阳能自动追踪：
(1)读取实时时间及当期位置经纬度，并根据该实时时间及经纬度计算太阳高度角和方位角；
(2)根据太阳高度角和方位角以及太阳能光伏阵列的长度，计算出太阳能光伏阵列在该时刻太阳高度角水平方向的偏移高度和太阳方位角水平方向的偏移高度；
(3)延时预定时间后，计算预定时间后时刻的太阳高度角水平方向的偏移高度和太阳方位角水平方向的偏移高度；
(4)根据预定时间前后两个时刻的偏移高度差，计算出太阳能光伏阵列需调整角度，以保证太阳能光伏阵列与太阳光照的角度垂直。
7.根据权利要求6所述的一种鸟类观测***，其特征在于：所述太阳高度角和方位角的计算方法如下：
设一年365天对应区间为[0,π]，取日角：dn取为年的日期序列，1月1日dn为1，12月31日dn为365，则赤尾弧度δ为：
δ＝0.00689-0.39951cosθ0+0.07208sinθ0-0.0068cos2θ0+0.0009sin2θ0
-0.00269cos3θ0+0.00151sin3θ0
太阳实角ω为：ω＝真太阳时(小时)×15-180，式中ω单位为度，15表示每小时相当于15°时角；
真太阳时＝地方时+时差＝北京时+经度订正+时差＝北京时+(当地经度-120÷60+时差)；
时差(小时)＝时差(弧度)×12÷π
设太阳高度角和方位角分别为θh和θp，地理纬度为ψ，则
sinθh＝sinψsinδ+cosψcosδcosω
sinθp＝cosδsinω/cosθh
cosθp＝(sinθhsinψ-sinδ)/cosθhcosψ
由此可知，只要时间和经纬度一定，就能通过以上公式计算出相应的太阳高度角和方位角。
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