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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 便攜式太陽(yáng)可照時(shí)數(shù)快速測(cè)量裝置
- 來(lái)源：
- 第十一屆“挑戰(zhàn)杯”國(guó)賽作品
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡(jiǎn)介：
- 本裝置可以對(duì)某地理位置的太陽(yáng)可照時(shí)數(shù)（包括年可照時(shí)數(shù)）隨時(shí)進(jìn)行快速定量測(cè)量，解決了該地理位置周邊環(huán)境太陽(yáng)可照時(shí)間長(zhǎng)短的測(cè)量問(wèn)題，從而為建筑日照設(shè)計(jì)、房地產(chǎn)陽(yáng)光權(quán)評(píng)判、根據(jù)樹(shù)木陽(yáng)光需求選擇綠化方案、農(nóng)作物日照分析和太陽(yáng)能設(shè)施或設(shè)備選址等提供了一個(gè)定量的依據(jù)，因此該裝置具有很高的應(yīng)用價(jià)值。
- 詳細(xì)介紹：
- 晴天白天任意時(shí)刻太陽(yáng)光能夠直射到被測(cè)量點(diǎn)，則該時(shí)刻太陽(yáng)可照（不被障礙物遮擋），晴天白天任意時(shí)刻太陽(yáng)光不能直射到被測(cè)量點(diǎn)，則該時(shí)刻太陽(yáng)不可照（被障礙物遮擋）。假設(shè)整個(gè)白天為晴天，通過(guò)測(cè)量和統(tǒng)計(jì)可照時(shí)間折合小時(shí)數(shù)則得到該日太陽(yáng)可照時(shí)數(shù)，假設(shè)全年均為晴天，通過(guò)測(cè)量和統(tǒng)計(jì)該年的可照時(shí)間折合小時(shí)數(shù)則得到該年太陽(yáng)可照時(shí)數(shù)。 便攜式太陽(yáng)可照時(shí)數(shù)快速測(cè)量裝置由6部分組成：測(cè)繪支架、高精度數(shù)字云臺(tái)、遠(yuǎn)距離激光測(cè)距儀、云臺(tái)控制器、筆記本計(jì)算機(jī)和打印機(jī)。 太陽(yáng)位置仿真是利用有關(guān)地球、太陽(yáng)等自然知識(shí)，可以計(jì)算任何地方（經(jīng)度和緯度及海拔高度）、任何日期、任何時(shí)刻太陽(yáng)的高度角和方位角，如果對(duì)某日期從太陽(yáng)升起到太陽(yáng)落下的時(shí)間段按照一定的時(shí)間間隔（例如5分鐘）進(jìn)行采樣，利用筆記本計(jì)算機(jī)計(jì)算采樣時(shí)刻太陽(yáng)的高度角和方位角，并且送高精度數(shù)字云臺(tái)控制器，從而驅(qū)動(dòng)高精度數(shù)字云臺(tái)（固定此云臺(tái)的測(cè)繪支架事先已調(diào)節(jié)水平和正南），使安裝在云臺(tái)旋臂上的激光測(cè)距儀能夠及時(shí)指向該采樣時(shí)刻太陽(yáng)的位置，如果有障礙物遮擋，則太陽(yáng)光就無(wú)法照向被測(cè)點(diǎn)，采用逆向思維方法，若此時(shí)啟動(dòng)激光測(cè)距儀進(jìn)行測(cè)距，則發(fā)射的激光光路與太陽(yáng)光路相同但方向相反，如果光路無(wú)障礙物遮擋，發(fā)射的激光耗散在空中不會(huì)返回，激光測(cè)距儀超量程（該時(shí)刻太陽(yáng)光路無(wú)遮擋），說(shuō)明該時(shí)刻太陽(yáng)光能夠照射到被測(cè)位置，即該時(shí)刻太陽(yáng)可照；如果光路有障礙物遮擋，發(fā)射的激光會(huì)被障礙物反射回來(lái)，激光測(cè)距儀測(cè)得具體距離（該時(shí)刻太陽(yáng)光路有遮擋），說(shuō)明該時(shí)刻的太陽(yáng)光不能照射到被測(cè)位置，即該時(shí)刻太陽(yáng)不可照。統(tǒng)計(jì)該日可照時(shí)間即得到該日可照時(shí)數(shù)。 如果對(duì)全年的日期均進(jìn)行上述方法的測(cè)量，則可以得到全年的可照時(shí)數(shù)。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 為了提升建筑質(zhì)量、重視陽(yáng)光權(quán)條款、選擇綠化樹(shù)種、種植適合太陽(yáng)照射時(shí)數(shù)的農(nóng)作物、對(duì)太陽(yáng)能設(shè)施或設(shè)備選擇較好的地址，研究開(kāi)發(fā)定量測(cè)量太陽(yáng)可照時(shí)數(shù)的裝置顯得尤其必要。 基本思路：利用自然知識(shí)，計(jì)算任何地方、任何日期、任何時(shí)刻太陽(yáng)的高度角和方位角，若對(duì)某日白天按一定的間隔（例如5分鐘）進(jìn)行采樣，把采樣時(shí)刻計(jì)算的太陽(yáng)高度角和方位角送高精度數(shù)字云臺(tái)，使激光測(cè)距儀能夠指向太陽(yáng)的位置，如有遮擋，陽(yáng)光就無(wú)法直射到被測(cè)點(diǎn)，采用逆向思維方法，啟動(dòng)激光測(cè)距儀，則發(fā)射的激光光路與太陽(yáng)直射光光路相同但方向相反，如果光路無(wú)障礙物遮擋，發(fā)射的激光會(huì)耗散在空中不會(huì)返回，激光測(cè)距儀超量程，該時(shí)刻太陽(yáng)光能夠照射到被測(cè)位置，即該時(shí)刻太陽(yáng)可照；如有障礙物遮擋，發(fā)射的激光會(huì)被障礙物反射回來(lái)，激光測(cè)距儀測(cè)得具體距離，該時(shí)刻的太陽(yáng)光不能照射到被測(cè)位置，即該時(shí)刻太陽(yáng)不可照。統(tǒng)計(jì)該日可照時(shí)間即得到該日的可照時(shí)數(shù)。若對(duì)全年的日期均進(jìn)行測(cè)量，則可得年可照時(shí)數(shù)。 創(chuàng)新點(diǎn)：1、仿真計(jì)算任意時(shí)刻太陽(yáng)位置；2、利用激光光路替代太陽(yáng)光路；3、不受天氣和時(shí)間限制。 關(guān)鍵技術(shù)：仿真計(jì)算任意時(shí)刻太陽(yáng)位置、高精度數(shù)字云臺(tái)控制技術(shù)、遠(yuǎn)距離激光測(cè)距技術(shù)。 主要技術(shù)指標(biāo)：雙自由度數(shù)字云臺(tái)HJY-YT20305L的前后俯仰：-48°—+32°，水平旋轉(zhuǎn)：-162°至162°，分辨率：0.0129°±0.00645°，美國(guó)TruPulse200激光測(cè)距傳感器測(cè)距范圍：2000m，采用5分鐘采樣，則測(cè)量年太陽(yáng)可照時(shí)數(shù)約需6小時(shí)，誤差1%。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 目前測(cè)量太陽(yáng)可照時(shí)數(shù)的公開(kāi)的發(fā)明專利有沈天行申報(bào)的太陽(yáng)能現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)方法及其檢測(cè)系統(tǒng)，目前已經(jīng)授權(quán)。我們的于2007年啟動(dòng)的我校大學(xué)生創(chuàng)新杯項(xiàng)目——便攜式太陽(yáng)可照時(shí)數(shù)快速測(cè)量裝置的設(shè)計(jì)，經(jīng)過(guò)努力于2007年下半年完成設(shè)計(jì)，于2008年7月申報(bào)的建筑日照時(shí)數(shù)快速定量測(cè)量裝置獲得實(shí)用新型授權(quán)，專利號(hào)：ZL200720148019.6；2007年10月，申報(bào)的基于太陽(yáng)位置仿真的快速年可照時(shí)數(shù)定量測(cè)量方法獲得發(fā)明專利公開(kāi)，公開(kāi)號(hào)：200710105736.5。 關(guān)鍵是我們采用的方法恰當(dāng)，尤其利用逆向思維方法，重點(diǎn)突破仿真計(jì)算任意時(shí)刻太陽(yáng)位置、利用激光光路替代太陽(yáng)光路、不受天氣和時(shí)間限制的創(chuàng)新方法。運(yùn)用了快速仿真計(jì)算太陽(yáng)位置、高精度數(shù)字云臺(tái)控制技術(shù)、遠(yuǎn)距離激光測(cè)距技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)。設(shè)計(jì)控制器，編制了應(yīng)用軟件，科學(xué)實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)目的，達(dá)到了設(shè)計(jì)技術(shù)性能指標(biāo)。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 2008年12月，本校，“基于太陽(yáng)位置仿真的快速全天候年可照時(shí)數(shù)定量測(cè)量裝置”獲得“創(chuàng)新杯”獎(jiǎng)，一等獎(jiǎng)； 2008年7月，國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局，建筑日照時(shí)數(shù)快速定量測(cè)量裝置獲得實(shí)用新型專利授權(quán)，專利號(hào)碼：ZL200720148019.6； 2007年10月，國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局，基于太陽(yáng)位置仿真的快速年可照時(shí)數(shù)定量測(cè)量方法獲得發(fā)明專利公開(kāi)，號(hào)碼：200710105736.5； 2009年5月,第十一界挑戰(zhàn)杯中國(guó)大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽江西賽區(qū)二等獎(jiǎng)。
作品所處階段
- 目前尚處于實(shí)驗(yàn)室樣機(jī)階段。
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 轉(zhuǎn)讓專利。
作品可展示的形式
- 實(shí)物樣機(jī)現(xiàn)場(chǎng)演示。
使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 使用說(shuō)明：架設(shè)三腳架，安裝高精度數(shù)字云臺(tái)和遠(yuǎn)距離激光測(cè)距傳感器，用水平儀調(diào)節(jié)三腳架，用羅平調(diào)節(jié)激光測(cè)距傳感器指向正南，連接云臺(tái)控制器和筆記本電腦，運(yùn)行太陽(yáng)可照時(shí)數(shù)測(cè)量程序，設(shè)置當(dāng)?shù)亟?jīng)度和緯度坐標(biāo)，選擇采樣間隔，啟動(dòng)測(cè)量，直到測(cè)量過(guò)程結(jié)束，保存測(cè)量結(jié)果，以便打印測(cè)量報(bào)告。 特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)：速度快，效率高，不受太陽(yáng)限制。 適用范圍：房地產(chǎn)日照測(cè)量，太陽(yáng)能設(shè)施選址，綠化樹(shù)種選擇的陽(yáng)光測(cè)評(píng)，農(nóng)業(yè)種植植物的陽(yáng)光測(cè)評(píng)。 市場(chǎng)分析和經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)：以房地產(chǎn)日照測(cè)量為例，每個(gè)縣級(jí)房地產(chǎn)測(cè)量公司購(gòu)買1臺(tái)設(shè)備，地級(jí)市10臺(tái)，省城20臺(tái)，則全國(guó)估計(jì)約4000臺(tái)，加上農(nóng)業(yè)、林業(yè)等部門(mén)，總需求量約為8000臺(tái)左右，每臺(tái)成本20000元，按照每臺(tái)利稅10000元計(jì)算，能夠帶來(lái)8000萬(wàn)利稅的市場(chǎng)。
同類課題研究水平概述
- 具我們網(wǎng)上不完全檢索，目前國(guó)內(nèi)測(cè)量太陽(yáng)可照時(shí)數(shù)的公開(kāi)的發(fā)明專利有沈天行申報(bào)的太陽(yáng)能現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)方法及其檢測(cè)系統(tǒng)，目前已經(jīng)授權(quán)。國(guó)內(nèi)發(fā)表為數(shù)不多的論文，國(guó)外的報(bào)道我們尚未查到。 目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)尚未見(jiàn)成熟的產(chǎn)品，國(guó)外的產(chǎn)品報(bào)道我們尚未查到。 關(guān)于太陽(yáng)太陽(yáng)能利用方面，國(guó)內(nèi)外研究比較廣泛。太陽(yáng)能是各種可再生能源中最重要的基本能源，生物質(zhì)能、風(fēng)能、海洋能、水能等都來(lái)自太陽(yáng)能，廣義地說(shuō)，太陽(yáng)能包含以上各種可再生能源。太陽(yáng)能作為可再生能源的一種，則是指太陽(yáng)能的直接轉(zhuǎn)化和利用。 20世紀(jì)50年代，太陽(yáng)能利用領(lǐng)域出現(xiàn)了兩項(xiàng)重大技術(shù)突破：一是1954年美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室研制出6％的實(shí)用型單晶硅電池；二是1955年以色列Tabor提出選擇性吸收表面概念和理論并研制成功選擇性太陽(yáng)吸收涂層。這兩項(xiàng)技術(shù)的突破，為太陽(yáng)能利用進(jìn)入現(xiàn)代發(fā)展時(shí)期奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。 7O年代以來(lái)，鑒于常規(guī)能源供給的有限性和環(huán)保壓力的增加，世界上許多國(guó)家掀起了開(kāi)發(fā)利用太陽(yáng)能和可再生能源的熱潮。1973年，美國(guó)制定了政府級(jí)的陽(yáng)光發(fā)電計(jì)劃，198O年又正式將光伏發(fā)電列入公共電力規(guī)劃，累計(jì)投入達(dá)8億多美元。1992年，美國(guó)政府頒布了新的光伏發(fā)電計(jì)劃，制定了宏偉的發(fā)展目標(biāo)。日本在 7O年代制定了“陽(yáng)光計(jì)劃”，1993年將“月光計(jì)劃”（節(jié)能計(jì)劃）、“環(huán)境計(jì)劃”、“陽(yáng)光計(jì)劃”合并成“新陽(yáng)光計(jì)劃”。德國(guó)等歐共體國(guó)家及一些發(fā)展中國(guó)家也紛紛制定了相應(yīng)的發(fā)展計(jì)劃。90年代以來(lái)聯(lián)合國(guó)召開(kāi)了一系列有各國(guó)領(lǐng)導(dǎo)人參加的高峰會(huì)議，討論和制定世界太陽(yáng)能戰(zhàn)略規(guī)劃、國(guó)際太陽(yáng)能公約，設(shè)立國(guó)際太陽(yáng)能基金等，推動(dòng)全球太陽(yáng)能和可再生能源的開(kāi)發(fā)利用。開(kāi)發(fā)利用太陽(yáng)能和可再生能源成為國(guó)際社會(huì)的一大主題和共同行動(dòng)，成為各國(guó)制訂可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要內(nèi)容。
