[实用新型]一种基于无人机的智能日照模拟系统

说明书

技术领域

本实用新型属于日照模拟技术领域，具体涉及一种基于无人机的智能日照模拟系统。

背景技术

太阳光与建筑的相互作用即日照与遮阳是建筑热环境和光环境的重要组成部分，在建筑节能研究、建筑规划设计等领域，都要充分考虑某地区的日照情况，包括日照时间、日影关系、物距遮挡等。通过建筑模型的日照模拟实验，可以直观地探讨和研究建筑的日照遮阳情况，在设计之初就能检查和模拟建筑在建成后的日照情况。

现有的日照模拟系统多采用导轨和悬臂上配平行光源模拟太阳光的形式，整个系统体积较大，系统笨重，不易拆卸和搬迁，且模拟太阳光源与被照面的距离固定使得应用受限。本实用新型采用无人机携带太阳模拟光源，并用传感器构建三维坐标系统，系统搭建方便快捷，能够灵活地根据实际情况来实现模拟，且无人机携带太阳模拟光源的形式也能直观地模拟实际太阳运行轨迹等。

为了更准确地定位无人机从而模拟特定太阳高度角和方位角下的日照情况，本实用新型还采用了基于超声波测距传感器等的定位系统以及红外传感器的定位校准系统。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种基于无人机的智能日照模拟系统，通过无人机携带太阳模拟光源根据模拟建筑所在的地点和时间的太阳方位角和高度角精准定位，系统灵活易调整，适用于各种场合的日照模拟，可用于建筑节能研究、建筑规划等。

本实用新型提供的基于无人机的智能日照模拟系统，包括无人机太阳模拟光源系统、工作平台、智能终端控制设备、三维坐标构建系统；在智能终端控制设备输入模拟建筑所在地的经纬度坐标、日期和时间等信息，可自动计算出此时的太阳方位角和高度角，并通过控制无人机太阳模拟光源系统，使其到达室内三维坐标系的指定位置和调整照射角度。其中：

所述的无人机太阳模拟光源系统，包括一架无人机，无人机下方搭载有太阳光模拟光源和定位校准模块，无人机上方安装有无线通信模块和智能控制模块；

所述室内三维坐标构建系统，包括若干位置传感器和红外信号发生器；若干位置传感器构建成半球形三维坐标系统；

所述工作平台360°可旋转，且可锁定，用于模拟建筑朝向。

本实用新型中，与太阳光模拟光源出射平行的方向设置有红外传感器B，用于接收来自三维坐标构建系统的红外信号发生器的红外信号，来校准光源出射角度，使模拟太阳光始终射向中央的工作平台。

本实用新型中，所用太阳光模拟光源，采用大功率均匀平行光光源，光束角小、工作平台照度均匀、光谱可调，光参数基本与太阳一致。

本实用新型中，所用太阳光模拟光源的出射角度在竖直平面内可调。

本实用新型中，所述的无人机上的定位校准模块，包括超声波测距传感器、红外接收传感器A和三轴陀螺仪，无人机通过超声波测距传感器在室内三维坐标系中定位，红外接收传感器A用于进行无人机位置的实时校准，三轴陀螺仪用于控制无人机角度。

本实用新型中，通过无线通信与无人机上的无线通信模块完成信息传输，并通过智能控制模块控制无人机动作。

本实用新型系统可拆卸，易搬运，充分利用无人机的优势，系统搭建灵活，不受场地限制，直观体现太阳轨迹，精准实现日照模拟，可用于建筑节能研究、建筑规划设计等领域。

附图说明

图1为基于无人机的智能日照模拟系统的整体示意图。

图2为无人机太阳模拟光源系统下方示意图(仰视)。

图3为无人机太阳模拟光源系统上方示意图(俯视)。

图中标号：1、无人机太阳模拟光源系统，2、工作平台，3、三维坐标构建系统，4、无人机，5、超声波测距传感器，6、三轴陀螺仪，7、红外接收传感器A，8、红外接收传感器B，9、太阳光模拟光源，10、无线通信模块，11、智能控制模块。

具体实施方式

以下结合附图和实例，对本实用新型做进一步说明。所描述的实施例仅为本实用新型的部分实施例。基于本实用新型中的实施例而未作出创造性成果的其他所有实施例，都属于本实用新型的保护范围。

如图1所示，一种基于无人机的智能日照模拟系统，包括无人机太阳模拟光源系统1，工作平台2、智能终端控制设备、三维坐标构建系统3。建筑模型置于工作平台2上，工作平台由多边形底座、转轴和圆形台面构成，台面直径1m, 可360°旋转，也可锁定，用于模拟建筑朝向。室内三维坐标构建系统3包括若干位置传感器用来构建半球形三维坐标系统和若干红外信号发生器用于校准无人机位置和光源角度。如图2和图3所示，无人机太阳模拟光源系统1包括一架无人机4，无人机4下方搭载的太阳光模拟光源9和定位校准模块，无人机上方安装无线通信模块10和智能控制模块11。操作人员在智能终端控制设备上输入所要模拟的建筑所在的经纬度坐标、日期和时间等信息，智能终端控制设备输出此时此地的太阳方位角和太阳高度角，并通过无线通信与无人机4上的无线通信模块10完成信息传输，并通过智能控制模块11控制无人机4。无人机4上的定位校准模块包括超声波测距传感器5、三轴陀螺仪6和红外接收传感器7。智能控制模块根据超声波测距传感器5和三轴陀螺仪6控制无人机在室内三维坐标系内定位和转向，同时红外接收传感器7接收来自三维坐标系统的红外信号，对无人机的定位进行进一步校准。在无人机完成定位和转向后，智能控制模块11控制太阳模拟光源9在竖直平面内转动，使得太阳模拟光源9的方向对准工作平台2，实现太阳高度角的模拟。同时在太阳光模拟光源9侧面沿出射平行方向设置红外接收传感器8，对太阳模拟光源9的转向角度进行实时校准。太阳光模拟光源9采用3 kW氙灯，配合特制大口径凹面反射镜，出射光平行度高，均匀性好。