[發(fā)明專(zhuān)利]一種風(fēng)場(chǎng)的測(cè)量裝置、系統(tǒng)及測(cè)量方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010612634.8
• 申請(qǐng)日: 2020-06-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113866845A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-12-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 韓艷;沈煉;汪闊;楊瑛;蔡春聲;胡朋
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 長(zhǎng)沙理工大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01W1/00
• 分類(lèi)號(hào): G01W1/00;G01P5/00
• 代理公司: 長(zhǎng)沙市融智專(zhuān)利事務(wù)所(普通合伙) 43114
• 代理人: 姚瑤

本發(fā)明公開(kāi)了一種風(fēng)場(chǎng)測(cè)量裝置、系統(tǒng)及測(cè)量方法，該測(cè)量裝置包括牽引模塊和量測(cè)模塊，牽引模塊包括無(wú)人機(jī)和維桿，目標(biāo)測(cè)點(diǎn)屬于低風(fēng)速區(qū)時(shí)采用方案A；屬于高風(fēng)速區(qū)時(shí)采用方案B；方案A中量測(cè)模塊為風(fēng)速儀，維桿橫式擺放并穿插于無(wú)人機(jī)機(jī)身下部，維桿上設(shè)有風(fēng)速儀和配重塊，風(fēng)速儀位于來(lái)流側(cè)，配重塊位于風(fēng)速儀的對(duì)稱(chēng)側(cè)，風(fēng)速儀的實(shí)測(cè)風(fēng)速為目標(biāo)測(cè)點(diǎn)的實(shí)際風(fēng)速；方案B中量測(cè)模塊包括風(fēng)速儀和加速度傳感器，維桿豎式擺放，維桿的一端固定無(wú)人機(jī)，另一端固定風(fēng)速儀和加速度傳感器，測(cè)量裝置用于采集數(shù)據(jù)以便計(jì)算出目標(biāo)測(cè)點(diǎn)的實(shí)際風(fēng)速。上述測(cè)量裝置利用無(wú)人機(jī)可以快速切換測(cè)量位置，且針對(duì)低高風(fēng)速模式分別采用橫式、豎式維桿，降低了測(cè)量誤差。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于風(fēng)場(chǎng)測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種風(fēng)場(chǎng)的測(cè)量裝置、系統(tǒng)及測(cè)量方法，尤其是可以用于測(cè)量城市冠層的風(fēng)場(chǎng)。

背景技術(shù)

近年來(lái)，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，各式各樣的高樓與新區(qū)應(yīng)運(yùn)而生，這些新建樓宇給社會(huì)帶來(lái)巨大經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，也大大增加了城區(qū)地表粗糙度，從而使得城市近地面風(fēng)環(huán)境發(fā)生了顯著變化，導(dǎo)致城市局部強(qiáng)風(fēng)、霧霾、污染物積聚等問(wèn)題頻發(fā)，嚴(yán)重影響到了居民身心健康。因此，城市風(fēng)環(huán)境與污染物擴(kuò)散問(wèn)題漸漸成為了社會(huì)發(fā)展的重要矛盾，也對(duì)我們傳統(tǒng)的城市規(guī)劃思維模式提出了新的挑戰(zhàn)，如何更加合理的控制城市布局，避免無(wú)序城市擴(kuò)張引起的風(fēng)環(huán)境與污染物擴(kuò)散問(wèn)題漸漸成為學(xué)者們所關(guān)注的熱點(diǎn)。

城市風(fēng)環(huán)境一般指城市冠層內(nèi)的近地面空氣流動(dòng)，在城市冠層內(nèi)，建筑物呈現(xiàn)出“高密度”與“高高度”的復(fù)雜地貌特征。當(dāng)自然風(fēng)經(jīng)過(guò)這些“高”、“密”建筑時(shí)，如果高樓布局不合理時(shí)會(huì)出現(xiàn)街道峽谷，大面積空氣在街道內(nèi)匯合就形成局部強(qiáng)風(fēng)。相反，當(dāng)風(fēng)受到建筑阻擋后風(fēng)速會(huì)減小，使得污染物得不到擴(kuò)散，直接影響城市環(huán)境和居民身體健康。因此，對(duì)城市風(fēng)環(huán)境及污染物擴(kuò)散進(jìn)行研究顯得至關(guān)重要，如何準(zhǔn)確預(yù)報(bào)小區(qū)污染物濃度，評(píng)估小區(qū)風(fēng)環(huán)境，提高小區(qū)通風(fēng)能力和自?xún)艋芰κ墙鉀Q環(huán)境問(wèn)題的基礎(chǔ)，也是實(shí)現(xiàn)城市可持續(xù)發(fā)展和綠色社區(qū)建設(shè)的重要途徑。

目前用于測(cè)量城市風(fēng)場(chǎng)的主要手段有激光雷達(dá)，測(cè)風(fēng)塔和熱氣球等，其中，激光雷達(dá)運(yùn)行成本高且分辨率達(dá)不到要求，測(cè)風(fēng)塔固定不能移動(dòng)且受到高度限制，常規(guī)低成本的采用氣球測(cè)風(fēng)速，會(huì)受到風(fēng)的影響，大幅度擺動(dòng)，不能及時(shí)停留在測(cè)點(diǎn)上。因此，亟需提供一種用于測(cè)量風(fēng)場(chǎng)的設(shè)備，尤其是可以應(yīng)用于城市冠層的風(fēng)場(chǎng)測(cè)量，以解決上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的上述缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種風(fēng)場(chǎng)的測(cè)量裝置、系統(tǒng)及方法，其可以快速測(cè)量不同高度測(cè)點(diǎn)的時(shí)程風(fēng)速，并且能夠方便地切換測(cè)量位置，從而準(zhǔn)確高效的對(duì)空氣層中不同高度的風(fēng)場(chǎng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

一種風(fēng)場(chǎng)的測(cè)量裝置，包括牽引模塊和量測(cè)模塊，所述牽引模塊包括無(wú)人機(jī)和維桿，當(dāng)目標(biāo)測(cè)點(diǎn)的風(fēng)速屬于低風(fēng)速區(qū)時(shí)，采用方案A；屬于高風(fēng)速區(qū)時(shí)，采用方案B；

方案A：所述量測(cè)模塊為風(fēng)速儀，所述維桿橫式擺放并穿插于無(wú)人機(jī)機(jī)身下部，所述維桿上設(shè)有風(fēng)速儀和配重塊，所述風(fēng)速儀位于來(lái)流側(cè)，所述配重塊位于所述風(fēng)速儀的對(duì)稱(chēng)側(cè)，在目標(biāo)測(cè)點(diǎn)上所述風(fēng)速儀的實(shí)測(cè)風(fēng)速為目標(biāo)測(cè)點(diǎn)的實(shí)際風(fēng)速；

方案B：所述量測(cè)模塊包括風(fēng)速儀和加速度傳感器，所述維桿豎式擺放，所述維桿的一端固定無(wú)人機(jī)，另一端固定風(fēng)速儀和加速度傳感器，所述測(cè)量裝置用于采集數(shù)據(jù)以便計(jì)算出目標(biāo)測(cè)點(diǎn)的實(shí)際風(fēng)速，如下：

式中，為目標(biāo)測(cè)點(diǎn)的實(shí)際風(fēng)速，為使用風(fēng)速儀得到的目標(biāo)測(cè)點(diǎn)的最終風(fēng)速，為使用加速度傳感器得到的維桿端的搖晃速度，中水平風(fēng)速占主導(dǎo)。為無(wú)人機(jī)懸停時(shí)機(jī)翼旋轉(zhuǎn)對(duì)空氣向下產(chǎn)生的速度，為豎向風(fēng)速。

進(jìn)一步優(yōu)選，目標(biāo)測(cè)點(diǎn)的初測(cè)風(fēng)速低于預(yù)設(shè)風(fēng)速閾值時(shí)，目標(biāo)測(cè)點(diǎn)處于低風(fēng)速區(qū)；高于或等于預(yù)設(shè)風(fēng)速閾值時(shí)，目標(biāo)測(cè)點(diǎn)處于高風(fēng)速區(qū)。

具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，初測(cè)風(fēng)速是指粗略測(cè)得的風(fēng)速，譬如，每次測(cè)量之前利用桿件和風(fēng)速儀等元件初步測(cè)定一下目標(biāo)測(cè)點(diǎn)或其周?chē)娘L(fēng)速，將得到的風(fēng)速作為初測(cè)風(fēng)速。