1.一种立体光强传感方法,其特征在于,所述立体光强传感方法包括:利用分设于一个立方体前后左右和顶部多个平面上的立体传感器,测量各个平面的太阳辐射强度数据;
利用多个光强传感器测量太阳辐射值,计算太阳散射和直射辐射强度;
对传感器测量的直射辐射数据进行倾斜校正,并得出太阳总辐射强度值。
2.如权利要求1所述立体光强传感方法,其特征在于,所述利用分设于一个立方体前后左右和顶部多个平面上的立体传感器,测量太阳辐射中的散射和直射辐射强度数据包括:利用5个光强传感器测量太阳辐射值Efront,Eback,Eleft,Eright,Etop,取其中的最小值Emin作为散射测量值Edif;
利用5个光强传感器测量太阳辐射值Efront,Eback,Eleft,Eright,Etop,测量得到的所有辐射值中的最大值Emax减去散射测量值Edif,即为直接测量的直射辐射值Edir0,并对该结果进行倾斜校正,得到实际的直射辐射值;具体计算公式如下:Emin=min(Efront,Eback,Eleft,Eright,Etop);
Emax=max(Efront,Eback,Eleft,Eright,Etop);
Edif=Emin;
Edir0=Emax-Edif。
3.如权利要求1所述立体光强传感方法,其特征在于,所述对传感器直接测量的直射辐射值进行倾斜校正包括:
利用下式进行倾斜校正:Edir=Edir0/cos(z),其中Edir为实际的太阳直射辐射值,Edir0表示直接测量的直射辐射值,z表示太阳直射辐射在最大值Emax所在的光强传感器平面上的入射角;入射角z利用数据获取的时间、日期、无人机的姿态和所在经纬度信息计算出来。
4.如权利要求3所述立体光强传感方法,其特征在于,所述太阳直射辐射在坡面上的入射角z的求解方法包括:
第一步,计算太阳直射辐射在顶面的坡面上的入射角ztop;具体计算方法如公式(1)所示;
其中,θ为太阳天顶角;s为坡度; 太阳方位角;a为坡向,坡度s通过Z轴的方向向量vtop(vtop=(0,0,1)T)与斜面的法线向量vn的夹角余弦计算获得;vn=R(0,0,1)T,其中R为无人机的旋转矩阵,坡向a通过各个平面的法线在该平面上的投影确定,太阳天顶角θ通过公式(2)计算获得;
cos(θ)=sin(ψ)sin(δ)+cos(ψ)cos(δ)cos(H) (2)其中,θ为太阳天顶角;ψ为某一点的纬度;δ为太阳赤纬,δ=-23.45°·π/180°*cos(2π/
365*(N+10)),N为某日期在一年中的天数;H为时角,上午为负值,中午为0,下午为正值;H通过公式(3)计算获得;
H=π/12(Tsolar-12) (3)其中,Tsolar为地方太阳时,根据太阳的具体位置所确定的时刻,与地方标准时间TLst的关系为:Tsolar=TLst±12/π(LONst-LONloc)+E,LONst为制定标准时间所采用的标准经度,LONloc为某一点的经度,公式中的±,在东半球取负号,西半球取正号,E为地球绕太阳公转时的进动和转速变化对地方太阳时的修正;
E=[9.87sin(2B)-7.53cos(B)-1.5sin(B)]/60,其中,公式中的B=2π(N-81)/364;而太阳方位角 可以通过公式组(4)计算:太阳直射辐射在顶部平面坡面的入射角z通过公式(5)表示;
第二步,如果最大值Emax所在的平面即为顶部平面,那么太阳直射辐射在坡面的入射角z即为ztop;如果最大值Emax所在的平面为Efront,Eback,Eleft,Eright中的任意一个,那么太阳直射辐射在坡面的入射角z,还需要利用ztop、太阳方位角 和坡向a进一步求解。
5.如权利要求4所述立体光强传感方法,其特征在于,所述第二步中,所述利用ztop、太阳方位角 和坡向a进一步求解对的方法包括:步骤1,计算出太阳直射入射方向在立方体所在的相对坐标系下的方向向量vi,其计算公式可以通过公式(6)表示出来;
步骤2,根据最大值Emax所在平面的法线的方向向量计算夹角余弦,从而得到最大值Emax所在平面上的入射角z,其中,前、后、左、右的法线向量分别为vfront=(0,1,0)T、vback=(0,-T T T
1,0) 、vleft=(-1,0,0) 、vright=(1,0,0) 。
6.如权利要求1所述立体光强传感方法,其特征在于,所述太阳总辐射强度值包括:Esun=Edir+Edif,其中Esun表示太阳总辐射强度值,Edir为实际的太阳直射辐射强度值,Edif为散射辐射强度值。
7.一种立体光强传感系统,其特征在于,所述立体光强传感系统包括:分设于一个立方体前后左右和顶部多个平面上的立体传感器以及倾斜校正模块;
立体传感器,用于测量太阳辐射中的散射和直射辐射强度数据;
倾斜校正模块,用于对传感器测量的直射辐射数据进行倾斜校正。
8.如权利要求7所述立体光强传感系统,其特征在于,所述光强传感器分别位于一个立方体的前后左右和顶部5个平面上。
9.一种计算机可读存储介质,存储有计算机程序,所述计算机程序被处理器执行时,使得所述处理器执行如下步骤:
利用分设于一个立方体前后左右和顶部5个平面上的立体传感器,测量各个波段的太阳辐射值;
检测5个传感器各波段测量值中的最小值Emin和最大值Emax;
最小值Emin即为散射测量值Edif,Emax减去Edif即为直射辐射的直接测量值Edir0;
根据图像记录的时间、日期、姿态角和经纬度信息,计算最大值Emax所在平面上的入射角z;
对直射辐射的直接测量值Edir0进行倾斜校正,即可得到实际的太阳直射辐射Edir,实际的太阳直射辐射Edir加上散射测量值Edif即为太阳总辐射值Esun。
10.一种实施如权利要求1~5任意一项所述立体光强传感方法的光强传感器,其特征在于,所示光强传感器包括:
一个立方体前后左右和顶部5个平面上的立体传感器以及倾斜校正模块;
立体传感器,用于测量太阳辐射中的散射和直射辐射强度数据;
倾斜校正模块,用于对传感器测量的直射辐射强度数据进行倾斜校正。