[发明专利]一种风场的测量装置、系统及测量方法

权利要求书

1.一种风场的测量装置，其特征在于：包括牵引模块和量测模块，所述牵引模块包括无人机和维杆，当目标测点的风速属于低风速区时，采用方案A；属于高风速区时，采用方案B；

方案A：所述量测模块为风速仪，所述维杆横式摆放并穿插于无人机机身下部，所述维杆上设有风速仪和配重块，所述风速仪位于来流侧，所述配重块位于所述风速仪的对称侧，在目标测点上所述风速仪的实测风速为目标测点的实际风速；

方案B：所述量测模块包括风速仪和加速度传感器，所述维杆竖式摆放，所述维杆的一端固定无人机，另一端固定风速仪和加速度传感器，所述测量装置用于采集数据以便计算出目标测点的实际风速，如下：

式中，为目标测点的实际风速，为使用风速仪得到的目标测点的最终风速，为使用加速度传感器得到的维杆端的摇晃速度，为无人机悬停时机翼旋转对空气向下产生的速度。

2.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于：目标测点的初测风速低于预设风速阈值时，目标测点处于低风速区；高于或等于预设风速阈值时，目标测点处于高风速区。

3.根据权利要求2所述的测量装置，其特征在于：所述预设风速阈值的取值范围为：[4，6]m/s。

4.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于：使用风速仪测出的最终速度按照如下公式获取：

式中，为风速仪的偏角引起的修正系数，为风速仪的实测风速，θ为来风时维杆与竖向产生的角度，c_x风速仪空气阻力系数，ρ为无人机测定高度处的空气密度，s_Lx为风速仪在水平方向的投影面积，T为维杆产生的拉力，m为风速仪的质量，为加速度传感器测得的杆端加速度。

5.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于：维杆端的摇晃速度按照如下公式计算：

式中，为维杆端加速度传感器测得的杆端加速度，t表示时间。

6.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于：无人机悬停时机翼旋转对空气向下产生的速度按照如下公式计算：

式中，P为无人机的输出功率，M为无人机和维杆的总质量，g为重力加速度，方向为竖直向下。

7.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于：所述维杆为碳纤维杆，长度的取值范围为：[80,120]cm。

8.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于：所述测量装置为城市冠层风场的测量装置。

9.一种基于权利要求1-8任一项所述测量装置的系统，其特征在于：包括所述测量装置和计算机，所述计算机与所述测量装置连接，采用方案B时，所述计算机利用所述测量装置采集的数据进行数据计算得到目标测点的风速。

10.一种基于权利要求1-8任一项所述测量装置的风场测量方法，其特征在于：包括如下步骤：

首先，鉴别目标测点的风速是属于低风速区还是高风速区，若属于低风速区，采用方案A；若属于高风速区，采用方案B；

然后，控制无人机飞行直至测量装置达到目标测点，以及根据方案A或方案B获取目标测点的实际风速。