[发明专利]一种风场的测量装置、系统及测量方法

说明书

本发明公开了一种风场测量装置、系统及测量方法，该测量装置包括牵引模块和量测模块，牵引模块包括无人机和维杆，目标测点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中量测模块为风速仪，维杆横式摆放并穿插于无人机机身下部，维杆上设有风速仪和配重块，风速仪位于来流侧，配重块位于风速仪的对称侧，风速仪的实测风速为目标测点的实际风速；方案B中量测模块包括风速仪和加速度传感器，维杆竖式摆放，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，测量装置用于采集数据以便计算出目标测点的实际风速。上述测量装置利用无人机可以快速切换测量位置，且针对低高风速模式分别采用横式、竖式维杆，降低了测量误差。

技术领域

本发明属于风场测量技术领域，具体涉及一种风场的测量装置、系统及测量方法，尤其是可以用于测量城市冠层的风场。

背景技术

近年来，随着国民经济的高速发展，各式各样的高楼与新区应运而生，这些新建楼宇给社会带来巨大经济效益的同时，也大大增加了城区地表粗糙度，从而使得城市近地面风环境发生了显著变化，导致城市局部强风、雾霾、污染物积聚等问题频发，严重影响到了居民身心健康。因此，城市风环境与污染物扩散问题渐渐成为了社会发展的重要矛盾，也对我们传统的城市规划思维模式提出了新的挑战，如何更加合理的控制城市布局，避免无序城市扩张引起的风环境与污染物扩散问题渐渐成为学者们所关注的热点。

城市风环境一般指城市冠层内的近地面空气流动，在城市冠层内，建筑物呈现出“高密度”与“高高度”的复杂地貌特征。当自然风经过这些“高”、“密”建筑时，如果高楼布局不合理时会出现街道峡谷，大面积空气在街道内汇合就形成局部强风。相反，当风受到建筑阻挡后风速会减小，使得污染物得不到扩散，直接影响城市环境和居民身体健康。因此，对城市风环境及污染物扩散进行研究显得至关重要，如何准确预报小区污染物浓度，评估小区风环境，提高小区通风能力和自净化能力是解决环境问题的基础，也是实现城市可持续发展和绿色社区建设的重要途径。

目前用于测量城市风场的主要手段有激光雷达，测风塔和热气球等，其中，激光雷达运行成本高且分辨率达不到要求，测风塔固定不能移动且受到高度限制，常规低成本的采用气球测风速，会受到风的影响，大幅度摆动，不能及时停留在测点上。因此，亟需提供一种用于测量风场的设备，尤其是可以应用于城市冠层的风场测量，以解决上述现有技术所存在的上述缺点。

发明内容

本发明的目的是提供一种风场的测量装置、系统及方法，其可以快速测量不同高度测点的时程风速，并且能够方便地切换测量位置，从而准确高效的对空气层中不同高度的风场进行监测。

一种风场的测量装置，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，中水平风速占主导。为无人机悬停时机翼旋转对空气向下产生的速度，为竖向风速。

进一步优选，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。

具体实现过程中，初测风速是指粗略测得的风速，譬如，每次测量之前利用杆件和风速仪等元件初步测定一下目标测点或其周围的风速，将得到的风速作为初测风速。