专利摘要

本实用新型公开了一种风场测量装置及系统，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，量测模块包括风速仪和加速度传感器，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；利用无人机将测量装置带到目标测点后，所述测量装置用于采集数据以便计算出目标测点对应的实际风速。本实用新型上述测量装置中利用无人机可以快速切换测量位置，从而快速的对城市冠层进行全面监测，提供了一种高效、准确获取风场分布的装置和系统。

权利要求

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，其中，所述牵引模块包括无人机和维杆，所述量测模块包括风速仪和加速度传感器，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。

2.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。

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

4.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。

5.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于：所述维杆的两端分别设有挂钩组件，上端的挂钩组件连接无人机，下端的挂钩组件连接风速仪和加速度传感器。

6.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于：还包括与量测模块连接的采集模块，所述采集模块中设有无线发射器和地面接收端，通过无线发射器将量测模块采集的数据发送至地面接收端。

7.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于：所述无人机飞行至0m-80m的高度进行测量。

8.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于：所述风速仪为SA210风速仪。

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，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实际风速。

说明书

技术领域

本实用新型属于风场测量技术领域，具体涉及一种风场的测量装置及系统，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，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。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种风场的测量装置及系统，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，从而准确高效的对测量区域进行监测。

本实用新型提供的一种风场的测量装置，包括牵引模块和量测模块，其中，所述牵引模块包括无人机和维杆，所述量测模块包括风速仪和加速度传感器，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。

进一步优选，所述维杆为碳纤维杆。

进一步优选，所述维杆的长度的取值范围为：[80,120]cm。

进一步优选，所述测量装置为城市冠层风场的测量装置。实际上，该测量装置在近地面、200米高度都适用的。

进一步优选，所述维杆的两端分别设有挂钩组件，上端的挂钩组件连接无人机，下端的挂钩组件连接风速仪和加速度传感器。

进一步优选，还包括与量测模块连接的采集模块，所述采集模块中设有无线发射器和地面接收端，通过无线发射器将量测模块采集的数据发送至地面接收端。

进一步优选，所述无人机飞行至0m-80m的高度进行测量。进一步优选，所述风速仪为SA210风速仪。

另一方面，本实用新型还提供一种基于上述测量装置的系统，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，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实际风速。

有益效果

本实用新型提供的一种风场的测量装置及系统，其利用无人机可以快速切换测量位置，从而快速的对测量区域进行全面监测，尤其是所述测量装置可以应用于城市冠层的风场测量。再者，本实用新型巧妙设置维杆，并分别在两端设置无人机、风速仪和加速度传感器，进而利用无人机、风速仪和加速度传感器采集的数据可以计算出目标测点的实际风速。

附图说明

图1为本实用新型用于测量城市冠层风场的系统示意图。

图2为本实用新型用于测量城市冠层风场的测量装置的示意图。

其中，附图标记说明如下：

1为大气边界层，2为无人机遥控器，3为无人机操纵人员，4为地面，5为无人机，6为碳纤维杆，7为SA210风速仪，8为加速度传感器，9为地面接收端，10为计算机。

具体实施方式

下面将结合实施例对本实用新型做进一步的说明。本实施例中以测量城市冠层为例进行说明。

如图1所示，本实用新型实施例提供的一种风场的测量装置包括牵引模块、量测模块以及采集模块。其中，牵引模块包括载重无人机5和碳纤维杆6(具有一定柔度，长度为l，其取值范围为：80cm-120cm，直径约1cm)，量测模块包括SA210风速仪7和加速度传感器8。来风时碳纤维杆6与竖向产生夹角θ，碳纤维杆6的两端分别带有挂钩组建，上端用于连接载重无人机5，下端用于固定SA210风速仪7和加速度传感器8。采集模块包括无线发射器和地面接收端，通过无线发射器将量测模块采集的数据至地面接收端9，其中，地面接收端9通过数据线与计算机10连接，进而通过地面接收端9将数据传送至计算机，计算机用于计算出风速。其他可行的实施例中，测量装置上可以装备具有数据处理功能的芯片，芯片可以直接与量测模块连接，进而可以利用采集的数据实时计算出目标测点的风速。其他可行的实施例中，可以选择其他型号的风速仪，本实用新型对此不进行具体的限定。

基于上述测量装置，风速的测量过程如下：

首先，控制载重无人机5飞行直至测量装置达到目标测点，并获取在目标测点处使用SA210风速仪7得到的最终风速 使用加速度传感器8得到的碳纤维杆端的摇晃速度 载重无人机5悬停时机翼旋转对空气向下产生的速度

应当理解，目标测点是根据测量需求而定的，其可以是某个位置，也可以是某个高度。

然后，利用获取的各个速度计算出当前目标测点上的实际风速 其中，实际风速 的计算过程如下：

对于载重无人机5在指定位置悬停时机翼旋转对空气向下产生的速度 可以根据载重无人机5飞行时的输出功率P与载重无人5的机翼旋转对空气向下产生的速度 如下关系计算：

式中：p为载重无人机5的输出功率，M为载重无人机5和碳纤维杆6的总质量，g为重力加速度，方向为竖直向下。

至于碳纤维杆6端的摇晃速度 可以根据以下计算公式求得：

当在风速作用下，维杆会产生一定的偏角，如图2所示，此时，由于风速仪与维杆末端刚结，使得风速仪测量端与风场产生了θ偏角，因此，需对风速仪实测风速 进行修正。

其中， 为风速仪的偏角引起的修正系数， 为风速仪实测风速，当知道θ后，可通过风洞试验获取 的具体数值，建立 与 的映射关系。

以风速仪为研究对象，根据受力平衡，其方程可表示为：

式中：T为碳纤维杆6产生的拉力，θ为来风时碳纤维杆6与竖向产生角度，cx风速仪空气阻力系数，ρ为载重无人机5测定高度处的空气密度，sLx为风速仪7在水平方向的投影面积，m为风速仪7的质量。

因此，杆端加速度与θ角的关系可表示为：

最终可根据θ推算 从而实现对风速仪实测风速 的修正得到

本实用新型利用上述测量装置可以全方面的测量出城市冠层各个高度的风速，可以高效同步测量一个地方的各个方向风剖面，并且能够方便快捷地对城市冠层进行监测。

需要强调的是，本实用新型所述的实例是说明性的，而不是限定性的，因此本实用新型不限于具体实施方式中所述的实例，凡是由本领域技术人员根据本实用新型的技术方案得出的其他实施方式，不脱离本实用新型宗旨和范围的，不论是修改还是替换，同样属于本实用新型的保护范围。

一种风场的测量装置及系统专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。