一種大型試驗廳室光照調控方法和系統與流程

本發明涉及一種大型試驗廳室光照調控方法和系統，是一種氣象水文的實驗方法和系統，是一種在室內模擬室外某個地區的自然光照的方法和系統。

背景技術：

大型的氣象、水文、植物生長的模擬過程中，現有的通常做法是，在被研究區域專門設置一塊土地，在這塊土地上建立實驗田地，直接利用當地自然的光照、雨量進行氣象、水文和植物生長實驗。這種實驗的優點是可以直接利用當地的自然資源，缺點是如果需要在多地進行實驗，就要在多地選取地塊，這就會造成很高的實驗成本，以致阻礙實驗的進程。如果在異地模擬自然環境是需要解決的課題。

在一些實驗過程中，存在坡面水土、植被等條件下的水文室內實驗，但需要陽光照射或加速蒸發等自然條件的調控。現行的方法是直接將實驗土槽移動到室外。在這種室內外轉移的過程中，往往會對試驗對象的結構造成破壞，從而增大了試驗難度，增加了試驗結果的不確定性。

技術實現要素：

為了克服現有技術的問題，本發明提出了一種大型試驗廳室光照調控方法和系統。所述的方法和系統通過網絡系統連接兩地，在一地的實驗室中用模擬光照的形式對另一地的光照進行模擬，形成異地光照模擬。

本發明的目的是這樣實現的：一種大型試驗廳室光照調控方法，所述的方法包括如下步驟：

在被研究地，設立被研究地感光傳感器陣列，采集被研究地的自然光各項參數；

將采集的自然光各項參數通過計算機網絡傳輸至研究地；

在研究地，室外設立采光陣列，所述的采光陣列通過光纖將自然光引入實驗室內，同時在所述實驗室內設立補光陣列和研究地感光傳感器陣列；

利用被研究地的自然光各項參數，使用研究地感光傳感器陣列檢測實驗室內的模擬光照效果，調整光纖向實驗室內傳輸光的參數，必要時開啟補光陣列，以在研究地室內模擬被研究地的自然光照。

進一步的，研究地在收到被研究地發出的自然光各項參數，在進行光照實驗的同時將自然光各項參數數據進行存儲，以重復再現光照實驗過程。

一種根據上述方法而建立的大型試驗廳室光照調控系統，包括：設立在被研究地的被研究地感光傳感器陣列，所述的被研究地感光傳感器陣列通過計算網絡與設立在研究地的計算機終端連接，所述的計算機終端與設置在實驗室內的補光板連接，所述的實驗室外設置采光裝置，所述的采光裝置與光纜連接，所述的光纜上設有通過計算機終端調整光參數的光控制裝置并與光照板，所述的計算機終端與設置在實驗室內的研究地感光傳感器陣列連接。

進一步的，研究地感光傳感器陣列和被研究地感光傳感器陣列中的感光傳感器是光合有效輻射傳感器或總輻射傳感器。

進一步的，所述的被研究地感光傳感器陣列或者設有陽光追蹤器，或者水平固定放置。

進一步的，所述的采光裝置包括：凹面反光鏡、聚光鏡、采光罩、陽光追蹤器。

進一步的，所述的補光板是LED陣列。

進一步的，所述的光照板和補光板重疊，形成自然光-補光照射陣列。

進一步的，所述的計算終端設有存儲設施和能夠存儲被研究地一段時間的光照數據的數據庫。

本發明產生的有益效果是：本發明采用通過數據記錄的方式記錄被研究地的光照參數，在研究地利用光照參數復原的方式異地模擬光照情況，以此方式模擬光照情況，能夠實現異地實時或異地事后的光照模擬實驗，以此拓展氣象，水文和農作物生長的實驗的廣度，使實驗更加精確、合理并接近自然狀態。本發明除了可以根據以往觀測數據復現光照過程模擬和再現不同地方的光照過程外，還可以人工設定不同的光照條件，實現極端情景模擬。本發明還可以很好的解決室內白天光照問題，可以方便實現室內日光照射和蒸騰等實驗，使實驗模擬調節更加精確、完整。

附圖說明

下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。

圖1是本發明的實施例二所述系統的原理示意圖；

圖2是本發明的實施例六所述采光裝置的結構示意圖。

具體實施方式

實施例一：

本實施例是一種大型試驗廳室光照調控方法。本實施例的基本思路是將被研究的光強、照度、光中所帶有的能量通過傳感器轉換為電信號，再將電信號通過計算機網絡傳輸至研究地，在研究地對被研究地的光照進行還原。還原的方式并兩種，一種是通過光纖將研究地的室外自然光引入室內，同時在室內設立模擬太陽光的光照陣列，還原被研究地的光照狀態，以此模擬被研究地的自然光照環境，進行相應的氣象、水文和植物實驗。

本實施例所述的大型實驗廳室，是指具有幾百、上千平方米開闊平面，和數米，甚至數十米高的寬闊空間的大型室內實驗室，所針對的是進行水文、氣象、土壤等方面的實驗。而一百平方米以內的水文、氣象、土壤實驗室是小型實驗室。

本實施例所述的方法包括如下步驟：

在被研究地，設立被研究地感光傳感器陣列，采集被研究地的自然光各項參數。本步驟是在被研究地采集當地的自然光。這些自然光主要是直射陽光，因此，采集陽光的傳感器應當具有追蹤太陽的能力。

將采集的自然光各項參數通過計算機網絡傳輸至研究地。所使用的計算機網絡實際還應當包括公共的有線或無線通信網絡，使用TCP或類似的協議，建立研究地和被研究地之間的信息即使傳遞，將被研究地的光照狀態實時的傳遞到研究地。

在研究地，室外設立采光陣列，所述的采光陣列通過光纖將自然光引入實驗室內，同時在所述實驗室內設立補光陣列。在研究地，建立大型的室內實驗室。實驗室外內的模擬光照設施包括兩種，一種是通過光纖將研究地的自然光引入室內，另一種是人工照明。由于自然光有其特有性能，人工光源很難達到自然光的效果，因此，本實施例采用光纖將自然光引入室內的方式盡量采用自然光模擬被研究地的自然光。但在多數情況下，還需要使用人工照明設施。

利用被研究地的自然光各項參數，使用研究地感光傳感器陣列檢測實驗室內的模擬光照效果，調整光纖向實驗室內傳輸光的參數，必要時開啟補光陣列，以在研究地室內模擬被研究地的自然光照。通過比較被研究地的自然光各項參數和研究地室內的模擬光照情況，或調整光纖向實驗室內傳輸光的參數，或開啟補光陣列進行補光，以在研究地室內實時模擬被研究地的自然光照。

實施例二：

本實施例是實施例一的改進，是實施例一關于光照模擬的細化。本實施例研究地在收到被研究地發出的自然光各項參數，在進行光照實驗的同時將自然光各項參數數據進行存儲，以重復再現光照實驗過程。

本實施例是在研究地的計算機終端中設立數據庫，將被研究地收集的光照數據存儲起來，在需要實驗的時候在提取這些數據，實現事后的再現光照模擬。這樣可以是實驗的范圍更加廣闊，沖破了時間地點的限制。事實上，完全可以在沒有計算機網絡的情況下，通過在被研究地感光傳感器陣列對一段時間的光照參數記錄的再現，實現不同時間和地點的模擬光照再現，拓展實驗范圍。

在實際操作中被研究地感光傳感器陣列可以采用完全的自動化系統，在無人操作的情況下，可以穩定的工作很長一段時間，用以記錄大量的被研究地的光照情況，獲得的數據可以在之后很長一段時間內使用，再現當時的光照情況。

實施例三：

本實施例是一種根據實施例一所述方法而建立的大型試驗廳室光照調控系統，如圖1所示。本實施例包括：設立在被研究地1的被研究地感光傳感器陣列2，所述的被研究地感光傳感器陣列通過計算網絡3與設立在研究地4的計算機終端5連接，所述的計算機終端與設置在實驗室6內的補光板7連接，所述的實驗室外設置采光裝置9，所述的采光裝置與光纜8連接，所述的光纜上設有通過計算機終端調整光參數的光控制裝置10并與光照板11，所述的計算機終端與設置在實驗室內的研究地感光傳感器陣列12連接。

本實施例主要由兩部分組成：被研究地的光照采集子系統，研究地的模擬光照子系統。

所述的光照采集子系統由于采集的是自然光，也就是太陽光，并且是針對氣象、水文和植物生長有關的陽光部分，可以采用光合有效輻射傳感器或總輻射傳感器等用于氣象、水文、植物生長領域的光傳感器，或根據實驗的需要可以使用專門檢測光所帶能量的紅外輻射傳感器或總輻射傳感器。

被研究地感光傳感器陣列的設置有兩種選擇。一種是將被研究地感光傳感器陣列在開闊地帶水平固定，完全模擬陽光照射地面的情況。這種情況適合于對被研究地的氣象和水文的研究。另一種是使被研究地感光傳感器陣列跟蹤太陽的軌跡，跟蹤陽光最強情況，這種方式對于農作物的研究十分有益。

模擬光照子系統是將被研究地的光照參數還原成模擬的光照。該子系統可以直接采用人工照明的方式。但為了更加接近模擬的光照情況，本實施例還采取了光纖傳遞自然光的方式，即通過光纖將研究地的自然光引入實驗室中，形成相對真實的自然光。

為采集室外的自然光，本實施例采用了一套專門的自然光收集的采光裝置，所采集的自然光通過光纖傳遞至室內，在室內將光纖傳遞來到的光恢復為自然光狀態。

被研究地和研究地之間由于地域的差別，光照也有差別，因此，在被研究地采集的光照參數傳輸到研究地后，不論是采集自然光還是使用人工照明，還需要對模擬光照進行調整，以達到模擬被研究地光照目的。

補光板可以使用普通的人造光源，如白熾燈、日光燈等，也可以使用LED，采用LED的好處在于，可以將這種點光源按陣列排列，形成均勻的光源，模擬太陽光。

被研究地和研究地之間用計算機網絡連接。通常情況下，在研究地也可以設置一個計算機網絡終端，將被研究地感光傳感器陣列收集的當地自然光參數進行處理后通過網絡發出。當然也可以不使用網絡終端，而直接使用帶有網絡功能的數字處理系統將收集的參數發出。

在研究地設立的計算機網絡終端，不但有接收參數信息的功能，還有調整和控制實驗室內模擬自然光的各項參數的作用。還可以在研究地的計算機終端中設立數據庫，存儲被研究地某一段時間的光照參數數據，當進行實驗室提取這些數據，還原內段時間的光照情況。將實時的實驗擴充為事后的記錄模擬實驗，使實驗的范圍更加廣闊，更加靈活。

研究地設立的計算機網絡終端可以是通用PC機或其他帶有存儲設施的工作站等數字計算裝置。

實施例四：

本實施例是實施例二的改進，是實施例二關于感光傳感器的細化。本實施例所述的研究地感光傳感器陣列和被研究地感光傳感器陣列中的感光傳感器是光合有效輻射傳感器或總輻射傳感器。

光合有效輻射傳感器主要用于測量陸地環境中400-700nm波長范圍內太陽光的光合有效輻射，具有測量準確、使用簡單、穩定性好、免維護等特點。并通過一個400-700nm的光學濾光器，來測量波長在400-700nm范圍內的光合有效輻射。光合有效輻射傳感器廣泛用于農業氣象和農作物生長的研究等領域。該傳感器采用響應非常靈敏硅光探測器。

由于太陽發射及傳播的能量主要集中在短于4μm波長范圍內的輻射，因此用于測量此波長范圍內的太陽輻射能量的傳感器稱為總輻射傳感器。

總輻射傳感器可用來測量光譜范圍為0.3～3μm太陽總輻射。如果將傳感器的感應面向下可測量太陽光反射輻射，也可用來測量入射到斜面上的太陽輻射，如加遮光環可測量散射輻射。

總輻射傳感器廣泛應用于氣象、太陽能利用、農業、建筑材料老化及大氣污染等部門做太陽輻射能量的測量。

實施例五：

本實施例是上述實施例的改進，是上述實施例關于被研究地感光傳感器陣列細化。本實施例所述的被研究地感光傳感器陣列或者設有陽光追蹤器，或者水平固定放置。

本實施例所述的陽光追蹤器根據太陽的位置自動進行跟蹤，能夠接受到最強的陽光。陽光追蹤器可以是利用當地的經緯度，以及太陽在當地的升起和落下時間進行計算實現跟蹤，或者采用衛星定位的方式進行追蹤，或者采用光強點的追蹤。

水平固定的被研究地感光傳感器陣列，完全模擬被研究地的地面所獲取的陽光，更加接近自然狀態。

實施例六：

本實施例是上述實施例的改進，是上述實施例關于采光裝置的細化。本實施例所述的采光裝置包括：凹面反光鏡901、聚光鏡902、采光罩903、陽光追蹤器904，如圖2所示。

凹面反光鏡的作用是將一定范圍內的陽光反射到聚光鏡中，再通過聚光鏡反射到采光罩上，采光罩內就是光纜的一端，利用采光罩的更好的吸收陽光。

所述的陽光追蹤器與實施例五相同。

實施例七

本實施例是上述實施例的改進，是上述實施例關于補光板的細化。本實施例所述的補光板是LED陣列。

補光板的LED陣列，所安裝的LED發光元件所發出的光譜應當接近于陽光的光譜，因此要求較高，需要多種光譜的LED發光元件配合使用，而不能使用單一光譜的LED發光元件。

實施例八：

本實施例是上述實施例的改進，是上述實施例關于補光板和光照板的細化。本實施例所述的補光板和光照板重疊，形成自然光-補光照射陣列。

光照板可以是一種光導纖維頭部發光點整齊排列的點陣，每個光導纖維頭部設有散光罩，將光導纖維發出的點狀光散射，形成近似的自然光，因此，光照板也可以認為是散光罩的陣列。而LED也是點光源，可以將LED和散光罩交錯排列形成散光罩-LED交錯陣列。散光罩-LED交錯陣列在人工降雨實驗大廳的天花板上與降雨噴口交錯排列形成降雨-光照陣列，可以進行降雨和太陽光的交錯天候模擬，或兩者同時出現的天候模擬。

實施例九：

所述的計算終端設有存儲設施和能夠存儲被研究地一段時間的光照數據的數據庫。

光照參數的數據庫十分重要，除了記錄整個實驗過程外，還應當可以存儲大量的光照數據，以便重復實驗，或根據之前采集的光照參數數據進行實驗。

所述的存儲設施可以是通用計算機自帶的存儲設備，也可以是大型數據庫所使用的磁盤陣列，或者是云存儲等。

最后應說明的是，以上僅用以說明本發明的技術方案而非限制，盡管參照較佳布置方案對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案（比如光照參數數據的轉移方式、各個要素的連接方式、步驟的先后順序等）進行修改或者等同替換，而不脫離本發明技術方案的精神和范圍。