CN106932607A - 一种简便判断测风数据受测风塔体遮挡影响的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种简便判断测风数据受测风塔体遮挡影响的方法和装置，在测风塔迎主导风向上设置第一伸臂，在背主导风向上设置第二伸臂；在第一伸臂上安装第一测风仪器，在第二伸臂上安装第二测风仪器。获取两台测风仪器在一定时间段内测得的包含所有风向的测风数据；根据测风数据计算两个测风仪器测得的风速比值和风向，得到风速比值随风向的变化曲线；以及，分别计算两个测风仪器测得的三维湍流强度比值和风向，得到三维湍流强度分量比值随风向的变化曲线；分析风速比值曲线和三维湍流强度比值曲线，获得比值中不为1的风向范围，确定为相应测风仪器的无效测风范围。该方法能够剔除测风仪器在无效测风范围内测得的数据，使得测风数据更准确。

Description

一种简便判断测风数据受测风塔体遮挡影响的方法和装置

技术领域

本发明属于测风技术领域，尤其涉及一种简便判断测风数据受测风塔体遮挡影响的方法和装置。

背景技术

核电、化工、风电场等重要设施，或高大建筑等的抗风安全设计及生产运行等，均需要测量当地的风况。测量风况需要设置专门的测风塔，并在测风塔上安装测风仪器，进行一段时期或长期的野外风况观测。测风塔是用于对近地面气流运动情况进行观测的塔形构筑物。

为了真实地测量自然风况的大小、方向和变动特征，避免测风塔塔体对气流的遮挡或扰流影响，测风仪器需要安装在测风塔附设的伸臂上。理论上，伸臂越长，测风塔塔体对测风仪器的影响越小，但伸臂过长，可能不能保证伸臂的水平和稳定性，因风的影响而产生伸臂颤动导致测风数据失真。此外，伸臂过程也会增加安装难度、测风仪器维修困难，观测过程的可操作性差，从而影响测风数据的完整有效性。因此，如何基于测风塔测得真实有效的测风数据成为测风领域的难题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种简便判断测风数据受测风塔体遮挡影响的方法和装置，以确定受测风塔影响的无效测风范围，从而获得更准确的测风数据。

第一方面，本申请提供一种简便判断测风数据受测风塔体遮挡影响的方法，在所述测风塔上设置第一伸臂，在所述测风塔的与所述第一伸臂方向间夹角为180°的方向上设置第二伸臂，所述第一伸臂上安装第一测风仪器，所述第二伸臂上安装第二测风仪器；所述方法包括：

根据所述第一测风仪器在设定时间段内采集的数据，获得第一测风数据，以及，根据所述第二测风仪器在所述设定时间段内采集的数据，获得第二测风数据；所述第一测风数据和所述第二测风数据均包括各个风向的风速和三维湍流强度；

计算同一时刻对应的所述第一测风数据的风速与所述第二测风数据中的风速比值，并计算所述风速比值对应的风向，得到风速比值随风向的变化曲线；

获取所述第一测风数据中三维湍流强度在主风向u、侧风向v、w竖风向w三个方向的分量I_u1、I_v1和I_w1，以及，所述第二测风数据中三维湍流强度在u、v、w三个方向的分量I_u2、I_v2和I_w2；

分别计算同一时刻对应的I_u1与I_u2的比值、I_v1与I_v2之间的比值，和I_w1与I_w2之间的比值，并计算各个所述湍流强度分量比值对应的风向，分别得到u、v、w三个方向上的湍流强度分量比值随风向的变化曲线；

获得风速比值和u、v、w三个方向上的湍流强度分量比值中任意一个不为1的风向范围，并确定为相应测风仪器的无效测风范围。

可选地，所述风速比值和u、v、w三个方向上的湍流强度分量比值均为所述第一测风仪器测得的数据与所述第二测风仪器测得的对应数据之间的比值；

所述获得风速比值和u、v、w三个方向上的湍流强度分量比值中任意一个不为1的风向范围，并确定为相应测风仪器的无效测风范围，包括：

确定风速比值大于1且u、v、w三个方向的湍流强度分量比值小于1的风向范围，为所述第二测风仪器的无效测风范围；

确定风速比值小于1且u、v、w三个方向的湍流强度分量比值大于1的风向范围，为所述第一测风仪器的无效测风范围。

可选地，以正北方向为0°、顺时针方向为正角度方向，且所述第一伸臂的安装角度为d1，则所述无效测风范围为d1+180°-α～d1+180°+α。

可选地，所述第一测风仪器和所述第二测风仪器均为三维超声风速仪，所述根据所述第一测风仪器在预设时间段内采集的数据，获得第一测风数据，包括：

根据所述第一测风仪器在所述设定时间段内采集的三维方向的风速计算得到预设时距内主风向平均风速；

根据所述第一测风仪器在所述预设时距内测得的三维方向的风速计算得到u、v、w三个方向的脉动风速数据，并计算u、v、w三个方向的脉动风速标准差，分别计算u、v、w三个方向的脉动风速标准差与所述预设时距内的主风向平均风速的比值，得到u、v、w三个方向的湍流强度分量。

第二方面，本发明提供一种简便判断测风数据受测风塔体遮挡影响的装置，应用于测风系统中，所述测风系统包括测风塔、在所述测风塔上设置第一伸臂，在所述测风塔的与所述第一伸臂方向间夹角为180°的方向上设置第二伸臂，所述第一伸臂上安装第一测风仪器，所述第二伸臂上安装第二测风仪器；所述装置包括：

第一获取单元，用于根据所述第一测风仪器在设定时间段内采集的数据，获得第一测风数据；

第二获取单元，用于根据所述第二测风仪器在所述设定时间段内采集的数据，获得第二测风数据；所述第一测风数据和所述第二测风数据均包括各个风向的风速和三维湍流强度；

第一计算单元，用于计算同一时刻对应的所述第一测风数据的风速与所述第二测风数据中的风速比值，并计算所述风速比值对应的风向，得到风速比值随风向的变化曲线；

第三获取单元，用于获取所述第一测风数据中三维湍流强度在主风向u、侧风向v、w竖风向w三个方向的分量I_u1、I_v1和I_w1，以及，所述第二测风数据中三维湍流强度在u、v、w三个方向的分量I_u2、I_v2和I_w2；

第二计算单元，用于分别计算同一时刻对应的I_u1与I_u2的比值、I_v1与I_v2之间的比值，和I_w1与I_w2之间的比值，并计算各个所述湍流强度分量比值对应的风向，分别得到u、v、w三个方向上的湍流强度分量比值随风向的变化曲线；

确定单元，用于获得风速比值和u、v、w三个方向上的湍流强度分量比值中任意一个不为1的风向范围，并确定为相应测风仪器的无效测风范围。

可选地，所述风速比值和u、v、w三个方向上的湍流强度分量比值均为所述第一测风仪器测得的数据与所述第二测风仪器测得的对应数据之间的比值；所述确定单元包括：

第一确定子单元，用于确定风速比值大于1且u、v、w三个方向的湍流强度分量比值小于1的风向范围，为所述第二测风仪器的无效测风范围；

第二确定子单元，用于确定风速比值小于1且u、v、w三个方向的湍流强度分量比值大于1的风向范围，为所述第一测风仪器的无效测风范围。

可选地，以正北方向为0°、顺时针方向为正角度方向，且所述第一伸臂的安装角度为d1，则所述无效测风范围为d1+180°-α～d1+180°+α。

可选地，所述第一测风仪器和所述第二测风仪器均为三维超声风速仪，所述第一获取单元包括：

平均风速获取子单元，用于根据所述第一测风仪器在所述设定时间段内采集的三维方向的风速计算得到预设时距内主风向平均风速；

湍流强度分量获取子单元，用于根据所述第一测风仪器在所述预设时距内测得的三维方向的风速计算得到u、v、w三个方向的脉动风速数据，并计算u、v、w三个方向的脉动风速标准差，分别计算u、v、w三个方向的脉动风速标准差与所述预设时距内的主风向平均风速的比值，得到u、v、w三个方向的湍流强度分量。

本发明提供的简便判断测风数据受测风塔体遮挡影响的方法和装置，在测风塔的迎主导风向上设置第一伸臂，同时，在测风塔的背主导风向上设置第二伸臂；在第一伸臂上安装第一测风仪器，在第二伸臂上安装第二测风仪器。两个测风仪器在较长时间段(例如，3个月、6个月、12个月等)内采集数据；根据两个测风仪器采集的数据分别计算得到各个风向的测风数据(风速、风向、三维湍流强度)；然后，根据得到的测风数据计算两个测风仪器在同一时刻获得的风速比值随风向的变化曲线，以及，分别得到主风向u、侧风向v、竖风向w三维方向上的湍流强度分量比值随风向的变化曲线；综合分析风速比值曲线和三个方向的湍流强度分量比值曲线，获得比值不为1的风向范围，确定为相应测风仪器的无效测风范围。通过上述方法确定出受测风塔影响的范围，具体测量时，可以剔除相应的测风仪器在无效测风范围内测得的数据，使得测风数据更准确。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1a是本发明实施例一种简便判断测风数据受测风塔体遮挡影响的系统示意图；

图1b是本发明实施例一种三维超声风速仪的安装示意图；

图2是本发明实施例一种简便判断测风数据受测风塔体遮挡影响的方法流程图；

图3是本发明一种具体实例阜新测风塔的安装示意图；

图4是本发明基于阜新测风塔测得的风速比值变化曲线图；

图5是本发明基于阜新测风塔测得的湍流强度分量I_u的比值变化曲线图；

图6是本发明基于阜新测风塔测得的湍流强度分量I_v的比值变化曲线图；

图7是本发明基于阜新测风塔测得的湍流强度分量I_w的比值变化曲线图；

图8是本发明另一种具体实例灵山测风塔的安装示意图；

图9是本发明基于灵山测风塔测得的风速比值变化曲线图；

图10是本发明基于灵山测风塔测得的湍流强度分量I_u的比值变化曲线图；

图11是本发明基于灵山测风塔测得的湍流强度分量I_v的比值变化曲线图；

图12是本发明基于灵山测风塔测得的湍流强度分量I_w的比值变化曲线图；

图13是本发明实施例一种简便判断测风数据受测风塔体遮挡影响的装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参见图1a，为本发明实施例一种简便判断测风数据受测风塔体遮挡影响的系统的示意图，本实施例中，测风塔的横截面为正三角形。

根据测风塔所在地的主导风向及测风塔的位置综合设计伸臂位置。考虑到伸臂设置方向与测风塔塔体的固定位置，选择与主导风向最为接近的塔边上安装第一伸臂L1；同时，选择与背主导风向最为接近的塔边上安装第二伸臂L2。

在第一伸臂上安装第一测风仪器G1，同时，在第二伸臂上安装第二测风仪器G2。测风仪器G1和G2在安装前都经过标定，确保2台仪器在不受遮挡时测得的10分钟平均风速相等。

数据分析设备(图1a中未示出)根据G1和G2测得的数据，分析出受测风塔影响的无效测风范围。其中，数据分析设备可以是计算机等设备。

如果第一测风仪器和第二测风仪器都不受测风塔的塔体影响，则第一测风仪器测得的数据与第二测风仪器测得的数据相同，即，第一测风仪器测得的数据与第二测风仪器测得的数据之间的比值等于(或接近)1。相反，如果测风仪器受到塔体的影响，则受影响测风仪器测得的数据与不受影响的测风仪器测得的数据不相等，比值不等于(或不接近)1。根据这一原理，确定出测风数据受测风塔体影响的无效测风范围。

在本发明实施例中，第一测风仪器和第二测风仪器都利用Gill WindMaster(PRO)型三维超声风速仪。如图1b所示，安装时，三维超声风速仪一个轴朝向正北方向(0°)，即图1a中N所指的方向。

此外，为了保证两个测风仪采集的数据保持同步，可以将两个测风仪器的数据采集模块集成在一起，从而使两个仪器的时钟同步，从而保证两个测风仪器同步采集数据。

三维超声风速仪采样频率为10HZ，即1秒采样10次，所测三维风速u_x(t),u_y(t)和u_z(t)(这里都是指以0.1s的频率测得的数据)分别指在三个轴测得的数据。以周期T(例如，10min)为基本时距分析，则水平平均风速U和风向夹角Φ如下公式所示：

公式1和公式2中，表示在T时距内X轴测风仪采集的数据样本的风速平均值；表示在T时距内Y轴测风仪采集的数据样本的风速平均值，Φ表示风向。

计算同一时刻第一测风仪器G1对应的水平平均风速U1与第二测风仪G2对应的水平平均风速U2的比值，并计算该时刻对应的风向Φ。计算同一风向对应的多个水平平均风速比值的平均值作为此风向下的水平平均风速比值，绘制水平平均风速比值随风向的变化曲线图(例如，下文中的图4和图9)。

根据X轴测风仪采集的风速数据、Y轴测风仪采集的风速数据及风向夹角，计算得到主风向的风速u(t)、侧风向的风速v(t)和垂直风向的风速w(t)；如图1a所示，侧风向是指与主风向水平垂直的方向，即，侧风向与主风向都在一个水平面上，且侧风向与主风向的夹角为270°或90°。垂直风向是垂直于主风向和侧风向所在水平面的方向，与三维超声风速仪的Z轴方向相同。

w(t)＝u_z(t) (公式5)

湍流强度为10分钟时距的脉动风速标准差与水平平均风速(U)的比值，湍流强度的计算公式如下所示：

公式6中，i分别表示u、v、w，即I_u表示u方向上的湍流强度分量，I_v表示v方向上的湍流强度分量，I_w表示w方向上的湍流强度分量；σ_u表示脉动风速u(t)的标准差，根据主风向的风速u(t)计算得到；σ_v表示脉动风速v(t)的标准差，根据侧风向的风速v(t)计算得到；σ_w表示脉动风速w(t)的标准差，根据垂直风向的风速w(t)计算得到；U根据公式1计算。

下面以I_u为例说明湍流强度分量比值的计算过程，分别计算同一时刻两个测风仪器对应的湍流强度分量I_u的比值及风向，然后，再计算相同风向下的多个湍流强度分量I_u比值的平均值，得到该风向对应的湍流强度分量I_u比值，最后，根据各个风向角度对应的I_u比值绘制I_u比值随风向变化曲线(例如，下文所示的图5和图10所示)。同理，可以得到湍流强度分量I_v比值和湍流强度分量I_w比值随风向变化曲线。

需要说明的是，上述的对测风仪器测得的数据的处理均可以由数据分析设备(图1a中未示出)来完成。

最后，根据风速比值随风向变化曲线、I_u、I_v和I_w的比值随风向变化曲线确定相应测风仪器的无效测风范围。

如果测风仪器受到塔体影响，那么其所测风速变小、三维湍流强度变大，受塔体影响的范围与伸臂方向有关，假设第一伸臂安装角度为d1，则无效测风范围为d1+180°-α～d1+180°+α，所述α的范围为可以通过现场试验、数据分析得到，例如，α的范围为可以是25°～45°。

在本发明的一些实施例中，在保证测风仪器仅受塔体影响的前提下，测风仪器可以是任何三维测风仪器，伸臂长度可以是1.2～1.5D之间的任意长度，设置伸臂的高度可以是任何高度。

请参见图2，为本发明一种简便判断测风数据受测风塔体遮挡影响的方法的流程示意图，该方法应用于图1a所示的测风系统中，如图2所示，该方法包括以下步骤：

S110，获取第一测风仪器在设定时间段内采集的第一测风数据。

S120，获取第二测风仪器在设定时间段内采集的第二测风数据。

在本发明的一些实施例中，测风数据包括各个风向的风速和三维湍流强度。

S130，计算同一时刻对应的第一测风数据与所述第二测风数据的风速之间的比值，以及，该时刻对应的风向角，得到风速比值随风向的变化曲线。

计算两个测风仪器在同一时刻测得的风速的比值，及该时刻对应的风向角度；然后，计算出各个不同风向角度下的风速比值，得到风速比值随风向的变化曲线。

S140，获取第一测风数据中三维湍流强度在u、v、w三个方向的分量I_u1、I_v1和I_w1，以及，获取第二测风数据中三维湍流强度在u、v、w三个方向的分量I_u2、I_v2和I_w2。

根据第一测风仪器测得的数据，以及上述的公式(1)～(6)计算u、v、w三个方向的湍流强度分量，分别记为I_u1、I_v1和I_w1。

同理，计算第二测风仪器测得的u、v、w三个方向的湍流强度分量，分别记为I_u2、I_v2和I_w2。

S150，分别计算各个风向对应的I_u1与I_u2的比值、I_v1与I_v2之间的比值，和I_w1与I_w2之间的比值，得到u、v、w三个方向上的湍流强度分量比值随风向的变化曲线。

计算相同风向对应的I_u1与I_u2的比值、I_v1与I_v2的比值，I_w1与I_w2的比值，从而分别得到三个湍流强度分量比值随风向的变化曲线，即，I_u1与I_u2的比值随风向的变化曲线，I_v1与I_v2的比值随风向的变化曲线，I_w1与I_w2的比值随风向的变化曲线。

S160，根据风速比值随风向的变化曲线，以及，u、v、w三个方向的分量的比值随风向的变化曲线，确定无效测风范围。

对于风速而言，如果G1对应数据与G2对应数据的比值小于1，则G1受塔体影响，所测数据变小；如果G1与G2的比值大于1，则G2受塔体影响，所测数据变小。

湍流强度的比值与风速相反，即，如果湍流强度风量的比值大于1，则G1受塔体影响；如果比值小于1，则G2受塔体影响。

综上可见，风速比值和三个方向的湍流强度分量比值不等于1的范围一致。

无效测风范围与伸臂方向有关，假设第一伸臂的安装角度为d1，则无效测风范围为d1+180°-α～d1+180°+α，其中，α的取值范围可以通过现场观测试验、数据分析得到，例如，α的取值范围可以是25°～45°。

本实施例提供的简便判断测风数据受测风塔体遮挡影响的方法，应用于包含测风塔的测风系统中，该系统在测风塔的迎主导风向上设置第一伸臂，同时，在测风塔的背主导风向上设置第二伸臂；在第一伸臂上安装第一测风仪器，在第二伸臂上安装第二测风仪器。在较长时间段(例如，3个月、6个月或12个月等)内两个测风仪器获取的测风数据(风速、风向、三维湍流强度)；分别计算两个测风仪器在同一时刻测得的风速的比值及风向，得到风速比值随风向的变化曲线；以及，计算两个测风仪器测得的三维湍流强度分别在u、v、w三个方向的分量；分别计算两个测风仪器在同一时刻上测得的湍流强度分量的比值，得到三个方向的湍流强度分量比值随风向的变化曲线；综合分析风速比值曲线和三个方向的湍流强度分量比值曲线，获得风速比值、湍流强度分量比值中不为1的风向范围，确定为相应测风仪器的无效测风范围。通过上述方法确定出受测风塔影响的范围，具体测量时，可以剔除相应测风仪器在无效测风范围内测得的数据，使得测风数据更准确。

下面以设置在辽宁阜新的测风塔为例详细介绍具体的测风过程：

请参见图3，为阜新测风塔的安装示意图。本实施例中，测风塔的横截面为正三角形。本实施例中，正三角形的边长为1m，伸臂长度为塔边长度的1.2倍，即，两条伸臂的长度均为1.2m。在测风塔60米高度处安装两个伸臂，一个伸臂迎主导风向安装，另一个伸臂背主导风向安装。

阜新测风塔下垫面比较平坦，常年以西南风(225°)为主，即，主导风向为225°，因此，需要在测风塔的西南方向(225°)安装一条伸臂L11，同时，在塔体的背主导风向(45°)安装一条伸臂L12。

考虑到伸臂设置方向与测风塔塔体的固定位置，选择与主导风向最为接近的测风塔塔体某边上安装伸臂L11，本实施例中，根据测风塔的位置方向，塔体上与西南方向(225°)最接近的塔边是B边，在B边上朝向240°方向的一端安装伸臂L11。同理，测风塔塔体与背主导风向(45°)最接近的塔边是B边，在B边朝向60°方向的一端安装伸臂L12。

在伸臂L11上安装第一测风仪器G11，在伸臂L12上设置第二测风仪器G12。第一测风仪器G11和第二测风仪器G12用于采集风况数据。根据第一测风仪器在较长时间段内所采集的数据，获得第一测风数据；根据第二测风仪器在较长时间段内所采集的数据，获得第二测风数据。其中，测风数据包括主风向风速、和u、v、w三个方向上的湍流强度分量。

然后，分别计算第一测风数据中的风速与第二测风数据中相同时刻的风速的比值，同时计算对应时刻的风向，从而得到风速比值随风向变化曲线；

同时，分别计算第一测风数据中三个湍流强度分量与第二测风数据中相同时刻对应的相同湍流强度分量之间的比值，并计算对应时刻的风向，分别得到三个湍流强度分量比值随风向变化曲线。

根据上述原理，受测风塔塔体影响的测风仪器所测得风参数(例如，风速、三维湍流强度)与不受测风塔体影响的测风仪器所测对应参数的比值不等于1；

受塔体影响的无效测风范围与伸臂的安装角度有关，当风向角与某一伸臂的安装角度d1相同时，此时，处于背风向的伸臂(d1+180°)上的测风仪器会受到测风塔塔体影响，即，处于背风向(d1+180°)的测风仪器测得的数据不准确。该测风仪器的无效测风范围在d1+180°-α～d1+180°+α，其中，α可以通过现场观测试验、数据分析得到。

因此，通过分析风速比值随风向变化曲线及湍流强度分量比值随风向变化曲线中的比值小于1的范围，获得相应测风仪器的无效测风范围。

其中，图4是风速比值随风向变化曲线图，图5是湍流强度分量I_u的比值随风向变化曲线图，图6是湍流强度分量I_v的比值随风向变化曲线图，图7是湍流强度分量I_w的比值随风向变化曲线图。

根据图4-图7所示的曲线图可知，比值不为1的范围为其中一个测风仪器处于背风向的范围内。例如，图4中风速比值在风向为45°、225°附近的范围内不为1，同时，湍流强度分量比值也是在风向为45°、225°附近的范围内不为1。

对于风速数据，由于受测风塔塔体影响，背风向的测风仪器所测风速数据变小，从而使得迎风向上风速数据与背风向的风速比值变大。

本实施例中，无论风向如何变化总是计算第一测风仪器测得的第一测风数据与第二测风仪器测得的第二测风数据中对应数据的比值。

当主风向为225°时，第一测风数据为迎风向的测风数据，第二测风数据为背风向的测风数据，此时，受塔体影响使得第二测风数据比第一测风数据的对应数据小，因此，此时第一测风数据中的风速与第二测风数据中的风速比值大于1；当主风向为45°时，第一测风数据为背风向的测风数据，第二测风数据为迎风向的测风数据，第一测风数据受塔体影响比第二测风数据中的对应数据小，因此，第一测风数据中的风速与第二测风数据中的风速的比值小于1。

对于湍流强度数据，由于背风向的风速变小，根据湍流强度计算公式可知，背风向的湍流强度变大。当主风向为225°时，湍流强度分量比值变大；当主风向为45°时，湍流强度分量比值变小。

综上可见，测风数据受塔体影响的范围与伸臂方向有关。按照图1a所示，假设仪器G1所在迎风向角度为α1，则仪器G2所在迎风向角度α2可用下式表达

那么，仪器G1受到塔体影响的风向角范围为

同样的，仪器G2受到塔体影响的风向角范围为

其中，角度α可通过观测试验计算分析得到。根据图4-图7的曲线图分析得到，对于横截面为正三角形的测风塔，伸臂长度为塔边长度的1.2倍时，α约为22.5°。为了更加有效的剔除手塔体影响的数据，α可以取到45°。

下面以设置在北京灵山的测风塔为例介绍具体的测风过程：

请参见图8，为北京灵山的测风塔的安装示意图。本实施例中，采用横截面为正三角形的测风塔，且正三角形的边长为1m，伸臂长度为塔边长度为1.2m。在测风塔60米高度处安装两个伸臂，一个伸臂安装在迎主导风向，另一个伸臂安装在背主导风向。

灵山测风塔下垫面为山地，常年以西北风(315°)为主，即，主导风为315°，因此，迎主导风向为315°，背主导风向为135°。

选择与迎主导风向最为接近的塔边安装一个伸臂L21，本实施例中，塔体上与西北方向最接近的塔边是A边，在A边的60米高度上朝向320°方向的一端安装伸臂L21。同理，选择测风塔塔体与背主导风向(135°)最接近的塔边是A边朝向140°方向的一端安装伸臂L22。

在伸臂L21上安装测风仪器G21，并在伸臂L22上安装测风仪器G22，测风仪器G21和G22用于采集风况数据。根据测风仪器采集的数据可以获得各个风向对应的风速、三维湍流强度等数据。然后分别根据两个测风仪器G21和G22测得的风速数据分别计算得到u、v、w三个方向上湍流强度分量。

然后，计算测风仪器G21与测风仪器G22在同一时刻测得的风速之间的比值及该时刻对应的风向，得到风速比值随风向变化曲线，如图9所示的风速变化曲线；同时，分别计算同一时刻下，G21和G22测得的相同湍流强度分量的比值随风向变化的曲线。其中，图10是湍流强度分量I_u的比值随风向变化曲线图，图11是湍流强度分量I_v的比值随风向变化曲线图，图12是湍流强度分量I_w的比值随风向变化曲线图。

根据图9-图12所示的曲线图可知，比值不为1的范围是其中一个测风仪器处于背风向的范围。

如图9所示，风速随风向变化曲线中，风速比值不为1的两个范围分别是风向角在315°、135°的附近；如图10-图12所示，湍流强度分量比值不为1的范围也出现在风向角为315°、135°的附近。

对于风速数据，当主风向是315°时，测风仪器G22处于背风向，受塔体影响导致测风仪器G22测得的风速数据均比G21测得的风速数据小，因此，G21测得的风速与G22测得的风速比值大于1；当风向是135°时，测风仪器G21处于背风向，G22处于迎风向；由于G21受塔体影响导致G21测得的风速数据均比G22测得的风速数据小，因此，G21测得的风速与G22测得的风速的比值小于1。

对于湍流强度数据，由于背风向的风速变小，根据湍流强度计算公式可知，背风向的湍流强度变大。当主风向为315°时，湍流强度分量比值变大；当主风向为135°时，湍流强度分量比值变小。

综上可见，测风数据受塔体影响的范围与背风向角度有关，假设背风向角度定位d1，则根据图4-图7的曲线图分析得到，测风塔的塔体对测风数据的影响范围是背风向角度左右各22.5°的范围内，为了最大程度地剔除受塔体影响的数据，确定背风向角度左右各45°的范围为无效测风范围。

相应于简便判断测风数据受测风塔体遮挡影响的方法实施例，本申请还提供了简便判断测风数据受测风塔体遮挡影响的装置实施例。

请参见图13，示出了本申请实施例一种简便判断测风数据受测风塔体遮挡影响的装置示意图，该装置可以应用于图1a所示测风系统的数据分析设备中。如图13所示，所述装置包括：第一获取单元110、第二获取单元120、第一计算单元130、第三获取单元140和第二计算单元150；

第一获取单元110，用于根据第一测风仪器在设定时间段内采集的数据，获得第一测风数据。

第一测风仪器安装在第一伸臂上，第二测风仪器安装在第二伸臂上；且所述第一测风仪器和所述第二测风仪器均为三维超声风速仪，所述第一获取单元110包括：平均风速获取子单元和湍流强度分量获取子单元；

该平均风速获取子单元，用于根据第一测风仪器在所述设定时间段内采集的三维方向的风速计算得到预设时距内主风向平均风速。

该湍流强度分量获取子单元，用于根据第一测风仪器在所述预设时距内测得的三维方向的风速计算得到u、v、w三个方向的脉动风速数据，并计算u、v、w三个方向的脉动风速标准差，分别计算u、v、w三个方向的脉动风速标准差与所述预设时距内的主风向平均风速的比值，得到u、v、w三个方向的湍流强度分量。

第二获取单元120，用于根据第二测风仪器在所述设定时间段内采集的数据，获得第二测风数据。第一测风数据和第二测风数据均包括各个风向的风速和三维湍流强度。

第一计算单元130，用于计算同一时刻对应的第一测风数据的风速与第二测风数据中的风速比值，并计算风速比值对应的风向，得到风速比值随风向的变化曲线。

第三获取单元140，用于获取第一测风数据中三维湍流强度在主风向u、侧风向v、w竖风向w三个方向的分量I_u1、I_v1和I_w1，以及，第二测风数据中三维湍流强度在u、v、w三个方向的分量I_u2、I_v2和I_w2；

第二计算单元150，用于分别计算同一时刻对应的I_u1与I_u2的比值、I_v1与I_v2之间的比值，和I_w1与I_w2之间的比值，并计算各个所述湍流强度分量比值对应的风向，分别得到u、v、w三个方向上的湍流强度分量比值随风向的变化曲线。

确定单元160，用于获得风速比值和u、v、w三个方向上的湍流强度分量比值中任意一个不为1的风向范围，并确定为相应测风仪器的无效测风范围。

所述风速比值和u、v、w三个方向上的湍流强度分量比值均为所述第一测风仪器测得的数据与所述第二测风仪器测得的对应数据之间的比值；确定单元160包括：第一确定子单元和第二确定子单元；

该第一确定子单元，用于确定风速比值大于1且u、v、w三个方向的湍流强度分量比值小于1的风向范围，为所述第二测风仪器的无效测风范围；

该第二确定子单元，用于确定风速比值小于1且u、v、w三个方向的湍流强度分量比值大于1的风向范围，为所述第一测风仪器的无效测风范围。

以正北方向为0°、顺时针方向为正角度方向，若所述第一伸臂的安装角度为d1，则所述无效测风范围为d1+180°-α～d1+180°+α。所述α的范围为可以通过现场试验、数据分析得到，例如，α的范围为可以是25°～45°

本实施例提供的简便判断测风数据受测风塔体遮挡影响的装置，应用于包含测风塔的测风系统中，该系统在测风塔的迎主导风向上设置第一伸臂，同时，在测风塔的背主导风向上设置第二伸臂；在第一伸臂上安装第一测风仪器，在第二伸臂上安装第二测风仪器。在较长时间段(例如，3个月、6个月或12个月等)内两个测风仪器获取的测风数据(风速、风向、三维湍流强度)；分别计算两个测风仪器在同一时刻测得的风速的比值及风向，得到风速比值随风向的变化曲线；以及，计算两个测风仪器测得的三维湍流强度分别在u、v、w三个方向的分量；分别计算两个测风仪器在同一时刻上测得的湍流强度分量的比值，得到三个方向的湍流强度分量比值随风向的变化曲线；综合分析风速比值曲线和三个方向的湍流强度分量比值曲线，获得风速比值、湍流强度分量比值中不为1的风向范围，确定为相应测风仪器的无效测风范围。通过上述方法确定出受测风塔影响的范围，具体测量时，可以剔除相应测风仪器在无效测风范围内测得的数据，使得测风数据更准确。

需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。对于装置类实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种简便判断测风数据受测风塔体遮挡影响的方法，其特征在于，在测风塔上设置第一伸臂，在所述测风塔的与所述第一伸臂方向间夹角为180°的方向上设置第二伸臂，所述第一伸臂上安装第一测风仪器，所述第二伸臂上安装第二测风仪器；所述方法包括：

根据所述第一测风仪器在设定时间段内采集的数据，获得第一测风数据，以及，根据所述第二测风仪器在所述设定时间段内采集的数据，获得第二测风数据；所述第一测风数据和所述第二测风数据均包括各个风向的风速和三维湍流强度；

计算同一时刻对应的所述第一测风数据的风速与所述第二测风数据中的风速比值，并计算所述风速比值对应的风向，得到风速比值随风向的变化曲线；

获取所述第一测风数据中三维湍流强度在主风向u、侧风向v、w竖风向w三个方向的分量I_u1、I_v1和I_w1，以及，所述第二测风数据中三维湍流强度在u、v、w三个方向的分量I_u2、I_v2和I_w2；

分别计算同一时刻对应的I_u1与I_u2的比值、I_v1与I_v2之间的比值，和I_w1与I_w2之间的比值，并计算各个所述湍流强度分量比值对应的风向，分别得到u、v、w三个方向上的湍流强度分量比值随风向的变化曲线；

获得风速比值和u、v、w三个方向上的湍流强度分量比值中任意一个不为1的风向范围，并确定为相应测风仪器的无效测风范围。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述风速比值和u、v、w三个方向上的湍流强度分量比值均为所述第一测风仪器测得的数据与所述第二测风仪器测得的对应数据之间的比值；

所述获得风速比值和u、v、w三个方向上的湍流强度分量比值中任意一个不为1的风向范围，并确定为相应测风仪器的无效测风范围，包括：

确定风速比值大于1且u、v、w三个方向的湍流强度分量比值小于1的风向范围，为所述第二测风仪器的无效测风范围；

确定风速比值小于1且u、v、w三个方向的湍流强度分量比值大于1的风向范围，为所述第一测风仪器的无效测风范围。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，以正北方向为0°、顺时针方向为正角度方向，且所述第一伸臂的安装角度为d1，则所述无效测风范围为d1+180°-α～d1+180°+α。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一测风仪器和所述第二测风仪器均为三维超声风速仪，所述根据所述第一测风仪器在预设时间段内采集的数据，获得第一测风数据，包括：

根据所述第一测风仪器在所述设定时间段内采集的三维方向的风速计算得到预设时距内主风向平均风速；

根据所述第一测风仪器在所述预设时距内测得的三维方向的风速计算得到u、v、w三个方向的脉动风速数据，并计算u、v、w三个方向的脉动风速标准差，分别计算u、v、w三个方向的脉动风速标准差与所述预设时距内的主风向平均风速的比值，得到u、v、w三个方向的湍流强度分量。

5.一种简便判断测风数据受测风塔体遮挡影响的装置，应用于测风系统中，其特征在于，所述测风系统包括测风塔、在所述测风塔上设置第一伸臂，在所述测风塔的与所述第一伸臂方向间夹角为180°的方向上设置第二伸臂，所述第一伸臂上安装第一测风仪器，所述第二伸臂上安装第二测风仪器；所述装置包括：

第一获取单元，用于根据所述第一测风仪器在设定时间段内采集的数据，获得第一测风数据；

第二获取单元，用于根据所述第二测风仪器在所述设定时间段内采集的数据，获得第二测风数据；所述第一测风数据和所述第二测风数据均包括各个风向的风速和三维湍流强度；

第一计算单元，用于计算同一时刻对应的所述第一测风数据的风速与所述第二测风数据中的风速比值，并计算所述风速比值对应的风向，得到风速比值随风向的变化曲线；

第三获取单元，用于获取所述第一测风数据中三维湍流强度在主风向u、侧风向v、w竖风向w三个方向的分量I_u1、I_v1和I_w1，以及，所述第二测风数据中三维湍流强度在u、v、w三个方向的分量I_u2、I_v2和I_w2；

第二计算单元，用于分别计算同一时刻对应的I_u1与I_u2的比值、I_v1与I_v2之间的比值，和I_w1与I_w2之间的比值，并计算各个所述湍流强度分量比值对应的风向，分别得到u、v、w三个方向上的湍流强度分量比值随风向的变化曲线；

确定单元，用于获得风速比值和u、v、w三个方向上的湍流强度分量比值中任意一个不为1的风向范围，并确定为相应测风仪器的无效测风范围。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述风速比值和u、v、w三个方向上的湍流强度分量比值均为所述第一测风仪器测得的数据与所述第二测风仪器测得的对应数据之间的比值；所述确定单元包括：

第一确定子单元，用于确定风速比值大于1且u、v、w三个方向的湍流强度分量比值小于1的风向范围，为所述第二测风仪器的无效测风范围；

第二确定子单元，用于确定风速比值小于1且u、v、w三个方向的湍流强度分量比值大于1的风向范围，为所述第一测风仪器的无效测风范围。

7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，以正北方向为0°、顺时针方向为正角度方向，且所述第一伸臂的安装角度为d1，则所述无效测风范围为d1+180°-α～d1+180°+α。

8.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述第一测风仪器和所述第二测风仪器均为三维超声风速仪，所述第一获取单元包括：

平均风速获取子单元，用于根据所述第一测风仪器在所述设定时间段内采集的三维方向的风速计算得到预设时距内主风向平均风速；

湍流强度分量获取子单元，用于根据所述第一测风仪器在所述预设时距内测得的三维方向的风速计算得到u、v、w三个方向的脉动风速数据，并计算u、v、w三个方向的脉动风速标准差，分别计算u、v、w三个方向的脉动风速标准差与所述预设时距内的主风向平均风速的比值，得到u、v、w三个方向的湍流强度分量。