1.一种阵列式自适应的风向风速测量装置,其特征在于,包括安装架、基准气压传感器、气压传感器阵列以及旋转基座;
所述安装架设置在旋转基座上;所述基准气压传感器设置在安装架的内部;
所述气压传感器阵列包括多个沿着圆周方向均匀设置在安装架的外侧面的气压传感器模块。
2.根据权利要求1所述的阵列式自适应的风向风速测量装置,其特征在于,所述安装架包括阵列固定架和支撑支架,所述基准气压传感器和气压传感器阵列设置在阵列固定架上;
所述支撑支架固定连接在阵列固定架和旋转基座之间;
所述阵列固定架设有多个安装侧面,所述气压传感器模块的数量与安装侧面的数量相同,该气压传感器模块设置在安装侧面上。
3.根据权利要求1所述的阵列式自适应的风向风速测量装置,其特征在于,还包括设置在挡流结构,该挡流结构阻挡气压传感器模块在侧向受风时气流经过正向受风的气压传感器模块后形成的绕流;
所述挡流结构包括多个沿着圆周方向竖立在安装架的外侧的挡风板或/和多个导风槽;所述导风槽设置在安装架的侧面上。
4.一种阵列式自适应的风向风速测量方法,其特征在于,包括以下步骤:(1)将风向风速测量装置安装在设定的场地上;
(2)获取基准气压传感器的基准气压值,并记录为P0;
(3)获取气压传感器阵列的全部气压传感器模块的气压数据值,记为P1‑PN,N为气压传感器模块的数量;将气压数据值与基准值作差,得出相对气压值ΔP1‑ΔPn;
(4)在步骤(3)的相对气压值ΔP1‑ΔPn中遴选出M个相对气压ΔP1‑ΔPM;
(5)将步骤(4)中遴选出的M个相对气压ΔP1‑ΔPM代入所述气压传感器阵列的相对气压‑风向角‑风速三者关系的模型曲面,得出遴选后的气压传感器对应的风速‑风向角曲线;
(6)根据遴选得出的多个对应的风速‑风向角曲线,通过智能算法找出在同一风速水平下遴选的气压传感器模块在风向角相等的多个数据点,从而确定风速v1和风向角θ1。
5.根据权利要求4所述的阵列式自适应的风向风速测量方法,其特征在于,在步骤(4)中,相对气压的遴选方法包括以下步骤:若N为奇数时,当两个相邻的气压传感器模块的相对气压值均为正时,将所述两个相邻的气压传感器模块之间的棱相对的气压传感器模块的数据屏蔽;
若N为偶数时,判别气压传感器模块相对气压值的正负,选择相对气压为正值的气压传感器模块,将与所述正值的气压传感器模块相对的气压传感器模块的数据屏蔽;
屏蔽后的气压传感器数量为M,其中M
6.根据权利要求4所述的阵列式自适应的风向风速测量方法,其特征在于,在步骤(5)中,相对气压‑风向角‑风速三者关系的模型曲面的建立包括以下步骤:根据单个气压传感器模块在特定风速下风向与相对气压的关系,选取单个气压传感器模块对应的180°有效特征区间,拟合成单个气压传感器模块气压‑风向拟合方程,并建立气压传感器模块的相对气压‑风向模型,制成单个相对气压‑风向角‑风速三者关系的模型曲面;
得出模型曲面偏移角度θ偏移=360°÷N;
将单个相对气压‑风向角‑风速三者关系的模型曲面分别偏移N个θ偏移,可以合并后得出气压传感器阵列的相对气压‑风向角‑风速三者关系的模型曲面;
所述180°有效特征区间确定方法为:单个气压传感器模块在360°风向角范围内,以气压传感器模块正对风向所在位置记为
0°,从逆时针90°侧对风向所在位置到正对风向所在位置,再从正对风向所在位置到顺时针
90°侧对风向所在位置的180°范围,确定为180°有效特征区间。
7.根据权利要求4所述的阵列式自适应的风向风速测量方法,其特征在于,在步骤(6)中,所述智能算法包括以下步骤:
通过标定试验采集在多个风速下气压传感器阵列的气压数据,对采集到的气压数据进行滤波预处理;
将M个气压传感器数据经过滤波处理后,进行归一化处理,计算公式为:其中,Dataimin为第i个气压传感器模块的数据的最小值,Dataimax为第i个气压传感器模块的数据的最大值;
归一化处理后,作为最小二乘法支持向量机LSSVM模型的输入,开始对最小二乘支持向量机模型进行训练;
在对最小二乘支持向量机LSSVM模型的训练过程当中,使用梯度下降的方法,解算出M个遴选的气压传感器模块的气压数据在步骤(5)的相对气压‑风向角‑风速三者关系的模型曲面中,在同一风速下所述M个气压数据形成的过零点的射线与实际风速和风向所在的射线接近。
8.一种阵列式自适应的风向风速测量方法,其特征在于,包括以下步骤:(1)将风向风速测量装置安装在设定的场地上;
(2)通过旋转支座的驱动电机驱动安装架进行旋转,直到气压传感器阵列中的两个气压传感器模块的气压输出为正且大小相等时停下,记录此步骤驱动电机的旋转角度θ1;
(3)通过控制模块采集驱动电机的旋转角度θ1,其中,逆时针旋转时角度为正,顺时针旋转时角度为负;
(4)已知气压传感器阵列中每个气压传感器模块的安装位置,根据步骤(2)旋转后的气压输出为正且大小相等的两个气压传感器模块的安装位置,得出旋转后风向的角度θ2;
(5)计算得到可测风向角θ=θ1+θ2;
(6)通过气压输出同时为正且大小相等的两个气压传感器模块A和B相对于参考0°方向角的位置,选定换算风速的单个或多个气压传感器模块,分别获取气压值P1,分别减去基准气压值P0得出压强差ΔP;
(7)将选定的单个或多个气压传感器模块计算出的压强差代入压强差‑风速函数公式中得出单个或多个风速值;
若选定单个气压传感器模块则直接输出风速;
若选定多个气压传感器模块,则将得出的风速值求平均之后输出风速值;
(8)通过控制模块实时检测步骤(6)中的两个气压传感器模块A和B的气压输出是否持续为正且相等;若不相等,重复步骤(2)到(7)。
9.根据权利要求8所述的阵列式自适应的风向风速测量方法,其特征在于,在步骤(3)中,所述电机旋转角度θ1的范围根据气压传感器阵列的气压传感器模块的数量n进行界定:
10.根据权利要求8所述的阵列式自适应的风向风速测量方法,其特征在于,在步骤(6)中,选定换算风速的单个或多个气压传感器模块的方法具体步骤如下:若两个气压输出同时为正且大小相等的两个气压传感器模块A和B是相邻的两个气压传感器模块,选定面向风源的最外侧两个气压传感器模块;
若两个气压输出同时为正且大小相等的两个气压传感器模块A和B不是相邻的两个气压传感器模块,选定气压传感器模块A和B之间的气压传感器模块。