CN108693375A - 一种基于计算机视觉的智能风速风向测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于风速风向测量技术领域，尤其是涉及一种基于计算机视觉的智能风速风向测量装置，包括底座，底座的上端固定连接立柱，立柱的上端面设有第一凹槽，第一凹槽内滑动连接有支撑柱，第一凹槽内设有用于对支撑柱进行调节的调节机构，支撑柱的上端延伸至第一凹槽外并固定连接有多个测量机构，多个测量机构绕支撑柱轴心均匀分布，测量机构包括固定连接在支撑柱侧壁上的多根连接杆，多根连接杆远离支撑柱的一端固定连接有竖直设置的板条，板条远离连接杆的侧壁两侧均固定连接有安装板，安装板上贯穿转动连接有转轴。优点在于：本发明高度可调节，且测量精度较高，误差较小，并且具备对检测数据的处理能力。

Description

一种基于计算机视觉的智能风速风向测量装置

技术领域

本发明属于风速风向测量技术领域，尤其是涉及一种基于计算机视觉的智能风速风向测量装置。

背景技术

风速，是指空气相对于地球某一固定地点的运动速率，常用单位是m/s，1m/s＝3.6km/h。风速没有等级，风力才有等级，风速是风力等级划分的依据。一般来讲，风速越大，风力等级越高，风的破坏性越大。风速是气候学研究的主要参数之一,大气中风的测量对于全球气候变化研究、航天事业以及军事应用等方面都具有重要作用和意义。

计算机视觉是一门研究如何使机器“看”的科学，更进一步的说，就是是指用摄影机和电脑代替人眼对目标进行识别、跟踪和测量等机器视觉，并进一步做图形处理，使电脑处理成为更适合人眼观察或传送给仪器检测的图像。作为一个科学学科，计算机视觉研究相关的理论和技术，试图建立能够从图像或者多维数据中获取‘信息’的人工智能系统。这里所指的信息指Shannon定义的，可以用来帮助做一个“决定”的信息。因为感知可以看作是从感官信号中提取信息，所以计算机视觉也可以看作是研究如何使人工系统从图像或多维数据中“感知”的科学。

市场上常见的风速风向测量仪器有风杯风速表和桨叶式风速表，其中风杯风速表是应用最广泛的一种风速表，其感应部分是由三个或四个圆锥形或半球形的空杯组成，均匀分布在一水平支架上，支架与转轴相连，在风力作用下，风杯绕转轴旋转，其转速正比于风速；而桨叶式风速表，由若干片桨叶按一定角度等间隔地装置，能逆风绕水平轴转动，其转速正比于风速；上述常见的测量仪器一般都是利用风带动部件转动进行测量，测量的过程中，在惯性的作用下，会影响其灵敏度，对测量结果产生一定的偏差，导致测量结果不准确；另外，现有技术中，测量装置得到测量数据后需要将数据导入计算机内，由计算机进行统计计算后才能生成风速风向的图表，速度较慢，智能化程度低；同时现有的测量装置高度调节不便，无法根据具体的测量情况对其高度进行调节，也对测量结果产生一定的影响。

为此，我们提出一种基于计算机视觉的智能风速风向测量装置来解决上述问题。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题，提供一种灵敏度高、误差小的基于计算机视觉的智能风速风向测量装置。

为达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：一种基于计算机视觉的智能风速风向测量装置，包括底座，所述底座的上端固定连接立柱，所述立柱的上端面设有第一凹槽，所述第一凹槽内滑动连接有支撑柱，所述第一凹槽内设有用于对支撑柱进行调节的调节机构，所述支撑柱的上端延伸至第一凹槽外并固定连接有多个测量机构，多个所述测量机构绕支撑柱轴心均匀分布，所述测量机构包括固定连接在支撑柱侧壁上的多根连接杆，多根所述连接杆远离支撑柱的一端固定连接有竖直设置的板条，所述板条远离连接杆的侧壁两侧均固定连接有安装板，所述安装板上贯穿转动连接有转轴，两根所述转轴相互远离的一端均固定连接有风向标，两块所述安装板相对的侧壁上均安装有风向测量机构，两根所述转轴之间固定连接有转筒，所述转筒上设有风速测量机构，所述支撑柱的上端固定连接有太阳能发电板，所述支撑柱的侧壁上设有第二凹槽，所述第二凹槽内固定连接有蓄电池和壳体；

所述壳体内设有压力传感模块和角度传感模块，所述压力传感模块和角度传感模块电连接有同一个计算模块，所述计算模块电连接有数据模块，所述数据模块电连接有网络模块和显示模块，所述显示模块安装于壳体的侧壁上，所述壳体的侧壁上设有计算机视觉模块，所述计算机视觉模块与计算模块电连接。

在上述的基于计算机视觉的智能风速风向测量装置中，所述支撑柱的侧壁上固定连接有滑块，所述第一凹槽的侧壁上设有与滑块相匹配的滑槽。

在上述的基于计算机视觉的智能风速风向测量装置中，所述调节机构包括设置在支撑柱下端面上的螺纹槽，所述螺纹槽内螺纹连接有螺纹杆，所述螺纹杆的下端延伸至第一凹槽内并与第一凹槽的底侧壁转动连接，所述螺纹杆上同轴固定连接有蜗轮，所述蜗轮的一侧设有与之啮合的蜗杆，所述蜗杆的一端与第一凹槽的侧壁转动连接，所述蜗杆的另一端贯穿立柱并固定连接有摇柄。

在上述的基于计算机视觉的智能风速风向测量装置中，所述安装板上设有上下贯穿的通孔，所述通孔内设有轴承，所述轴承的外圈与通孔的侧壁固定连接，所述轴承的内圈与转轴的外侧壁固定连接。

在上述的基于计算机视觉的智能风速风向测量装置中，所述风向测量机构包括与转轴同轴固定连接的第一齿轮，所述安装板的侧壁上设有安装槽，所述安装槽内安装有角度传感器，所述角度传感器的输入端转动连接有第二齿轮，所述第一齿轮和第二齿轮相互啮合，所述角度传感器的输出端与角度传感模块电连接。

在上述的基于计算机视觉的智能风速风向测量装置中，所述风速测量机构包括固定套接在转筒外的限位件，所述限位件的上下两侧均设有翼板，且两块翼板相背的侧壁为凸起面，所述翼板滑动套设在转筒上，所述翼板上设有与转筒相匹配的开口，所述开口内固定连接有连接板，所述转筒内设有空腔，所述空腔的侧壁上设有与连接板相对应的条形开口，所述空腔内固定连接有两根滑动杆，所述连接板滑动套设在两根滑动杆上，所述空腔的上下侧壁上均固定连接有压力传感器，所述压力传感器的输入端固定连接有压板，所述压板滑动套设在两根滑动杆上，所述压板与连接板之间通过弹性件连接，所述压力传感器的输出端与压力传感模块电连接。

在上述的基于计算机视觉的智能风速风向测量装置中，所述限位件包括固定套接在转筒中部的限位环，所述限位环的上下侧壁上均固定连接有多根限位杆，多根所述限位杆在限位环的表面均匀分布。

在上述的基于计算机视觉的智能风速风向测量装置中，所述弹性件包括套设在滑动杆上的弹簧，所述弹簧的两端分别与连接板以及压板的侧壁固定连接。

与现有的技术相比，本基于计算机视觉的智能风速风向测量装置的优点在于：

1、本发明通过设置螺纹杆、支撑柱，可以根据测量地点的实际情况，通过转动摇柄对测量装置的高度进行调节，从而可以获得更加精确的测量数据。

2、本发明通过设置翼板和压力传感器，翼板在风的作用下，会沿着竖直方向移动，并且移动的距离和风速大小成正比，从而将风速的大小转化为压力的大小，当风速变化时，压力传感器能够及时地感受到压力的变化，大大提高了本测量装置的精确度。

3、本发明通过设置上下两组角度传感器和压力传感器，不但可以通过分析两组数据，得出更精确的测量数据，还可以通过对比两组数据，及时发现故障，保证测量装置的正常运行。

4、本发明通过设置计算机视觉模块和计算模块，可以通过分析影像资料以及传感模块的数据直接对测量数据进行计算，精确度更高，智能化程度更高。

附图说明

图1是本发明提供的一种基于计算机视觉的智能风速风向测量装置的结构透视图；

图2是图1中A处放大结构示意图；

图3是本发明提供的一种基于计算机视觉的智能风速风向测量装置的外部结构示意图；

图4是本发明提供的一种基于计算机视觉的智能风速风向测量装置中翼板的俯视结构示意图；

图5是本发明提供的一种基于计算机视觉的智能风速风向测量装置中限位环的俯视结构示意图；

图6是本发明提供的一种基于计算机视觉的智能风速风向测量装置的俯视结构示意图；

图7是本发明提供的一种基于计算机视觉的智能风速风向测量装置的原理框图。

图中，1底座、2立柱、3第一凹槽、4支撑柱、5连接杆、6板条、7安装板、8转轴、9风向标、10转筒、11太阳能发电板、12第二凹槽、13蓄电池、14壳体、15显示模块、16计算机视觉模块、17滑块、18螺纹槽、19螺纹杆、20蜗轮、21蜗杆、22摇柄、23轴承、24第一齿轮、25角度传感器、26第二齿轮、27翼板、28连接板、29空腔、30滑动杆、31压力传感器、32压板、33限位环、34限位杆、35弹簧。

具体实施方式

以下实施例仅处于说明性目的，而不是想要限制本发明的范围。

实施例

如图1-7所示，一种基于计算机视觉的智能风速风向测量装置，包括底座1，底座1的上端固定连接立柱2，立柱2的上端面设有第一凹槽3，第一凹槽3内滑动连接有支撑柱4，具体的，支撑柱4的侧壁上固定连接有滑块17，第一凹槽3的侧壁上设有与滑块17相匹配的滑槽，第一凹槽3内设有用于对支撑柱4进行调节的调节机构，支撑柱4的上端延伸至第一凹槽3外并固定连接有多个测量机构，多个测量机构绕支撑柱4轴心均匀分布，优选地，测量机构的数量为三个，在保证足够覆盖面的前提下，结构更加稳定牢固，测量机构包括固定连接在支撑柱4侧壁上的多根连接杆5，多根连接杆5远离支撑柱4的一端固定连接有竖直设置的板条6，板条6远离连接杆5的侧壁两侧均固定连接有安装板7。

本发明中，安装板7上贯穿转动连接有转轴8，值得一提的是，安装板7上设有上下贯穿的通孔，通孔内设有轴承23，轴承23的外圈与通孔的侧壁固定连接，轴承23的内圈与转轴8的外侧壁固定连接，两根转轴8相互远离的一端均固定连接有风向标9，两块安装板7相对的侧壁上均安装有风向测量机构，两根转轴8之间固定连接有转筒10，转筒10上设有风速测量机构，支撑柱4的上端固定连接有太阳能发电板11，支撑柱4的侧壁上设有第二凹槽12，第二凹槽12内固定连接有蓄电池13和壳体14，蓄电池13与壳体14之间电性连接，太阳能发电板11与蓄电池13电性连接；

壳体14内设有压力传感模块和角度传感模块，压力传感模块和角度传感模块电连接有同一个计算模块，计算模块电连接有数据模块，数据模块电连接有网络模块和显示模块15，显示模块15安装于壳体14的侧壁上，壳体14的侧壁上设有计算机视觉模块16，计算机视觉模块16与计算模块电连接，通过设置计算机视觉模块16可以对周围环境进行感知，不但可以减少测量误差的产生，还可以提高测量精度，当起风时，压力传感模块、角度传感模块和计算机视觉模块将各自接收到的数据输入至计算模块内，计算模块在进行计算后将数据输出至数据模块，数据模块在进行备份保存后，一方面会通过网络模块发送远程监测平台，另一方面输出至显示模块，方便现场人员观察。

其中，调节机构包括设置在支撑柱4下端面上的螺纹槽18，螺纹槽18内螺纹连接有螺纹杆19，螺纹杆19的下端延伸至第一凹槽3内并与第一凹槽3的底侧壁转动连接，螺纹杆19上同轴固定连接有蜗轮20，蜗轮20的一侧设有与之啮合的蜗杆21，蜗杆21的一端与第一凹槽3的侧壁转动连接，蜗杆21的另一端贯穿立柱2并固定连接有摇柄22，通过转动摇柄22即可对支撑柱4的位置进行调节，简单方便。

其中，风向测量机构包括与转轴8同轴固定连接的第一齿轮24，安装板7的侧壁上设有安装槽，安装槽内安装有角度传感器25，角度传感器25的输入端转动连接有第二齿轮26，第一齿轮24和第二齿轮26相互啮合，角度传感器25的输出端与角度传感模块电连接。当风向标9发生转动时，会带动转轴8发生转动，转轴8带动第一齿轮24转动，第一齿轮24带动第二齿轮26转动，由于第二齿轮26与角度传感器25的输入端连接，所以角度传感器25可以感知风向。

其中，风速测量机构包括固定套接在转筒10外的限位件，具体的，限位件包括固定套接在转筒10中部的限位环33，限位环33的上下侧壁上均固定连接有多根限位杆34，多根限位杆34在限位环33的表面均匀分布，通设置限位环33和限位杆34，可以对翼板27起到支撑和限位的作用，限位件的上下两侧均设有翼板27，需要说明的是，翼板27采用轻质材料制成，其重量可忽略不计，且两块翼板27相背的侧壁为凸起面，翼板27滑动套设在转筒10上，翼板27上设有与转筒10相匹配的开口，开口内固定连接有连接板28，转筒10内设有空腔29，空腔29的侧壁上设有与连接板28相对应的条形开口，空腔29内固定连接有两根滑动杆30，连接板28滑动套设在两根滑动杆30上，空腔29的上下侧壁上均固定连接有压力传感器31，压力传感器31的输入端固定连接有压板32，压板32滑动套设在两根滑动杆30上，压板32与连接板28之间通过弹性件连接，具体的，弹性件包括套设在滑动杆30上的弹簧35，弹簧35的两端分别与连接板28以及压板32的侧壁固定连接，压力传感器31的输出端与压力传感模块电连接，当风吹翼板27沿竖直方向移动时，翼板27带动连接板28移动，连接板28压缩弹簧35，弹簧35对压板32产生挤压，由于翼板27的移动距离与风速大小成正比，而弹簧的弹力和弹簧的形变距离成正比，所以风速的大小与压力传感器31受到的压力成正比，所以通过分析压力传感器31的压力大小即可得知风速的大小，并且当风速发生变化时，压力传感器31会及时感受到压力的变化，相较于传统的测量装置，精度更高。

本发明中，对支撑柱4的位置进行调节时，需转动摇柄22，摇柄22带动蜗杆21转动，蜗杆21带动蜗轮20转动，蜗轮20带动螺纹杆19转动，由于支撑柱4与第一凹槽3滑动连接，滑块17对支撑柱4进行限位，所以螺纹杆19会带动支撑柱4在竖直方向上移动，从而可以对支撑柱4的位置进行调节。

尽管本文较多地使用了底座1、立柱2、第一凹槽3、支撑柱4、连接杆5、板条6、安装板7、转轴8、风向标9、转筒10、太阳能发电板11、第二凹槽12、蓄电池13、壳体14、显示模块15、计算机视觉模块16、滑块17、螺纹槽18、螺纹杆19、蜗轮20、蜗杆21、摇柄22、轴承23、第一齿轮24、角度传感器25、第二齿轮26、翼板27、连接板28、空腔29、滑动杆30、压力传感器31、压板32、限位环33、限位杆34和弹簧35等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims (8)

1.一种基于计算机视觉的智能风速风向测量装置，包括底座(1)，其特征在于，所述底座(1)的上端固定连接立柱(2)，所述立柱(2)的上端面设有第一凹槽(3)，所述第一凹槽(3)内滑动连接有支撑柱(4)，所述第一凹槽(3)内设有用于对支撑柱(4)进行调节的调节机构，所述支撑柱(4)的上端延伸至第一凹槽(3)外并固定连接有多个测量机构，多个所述测量机构绕支撑柱(4)轴心均匀分布，所述测量机构包括固定连接在支撑柱(4)侧壁上的多根连接杆(5)，多根所述连接杆(5)远离支撑柱(4)的一端固定连接有竖直设置的板条(6)，所述板条(6)远离连接杆(5)的侧壁两侧均固定连接有安装板(7)，所述安装板(7)上贯穿转动连接有转轴(8)，两根所述转轴(8)相互远离的一端均固定连接有风向标(9)，两块所述安装板(7)相对的侧壁上均安装有风向测量机构，两根所述转轴(8)之间固定连接有转筒(10)，所述转筒(10)上设有风速测量机构，所述支撑柱(4)的上端固定连接有太阳能发电板(11)，所述支撑柱(4)的侧壁上设有第二凹槽(12)，所述第二凹槽(12)内固定连接有蓄电池(13)和壳体(14)；

所述壳体(14)内设有压力传感模块和角度传感模块，所述压力传感模块和角度传感模块电连接有同一个计算模块，所述计算模块电连接有数据模块，所述数据模块电连接有网络模块和显示模块(15)，所述显示模块(15)安装于壳体(14)的侧壁上，所述壳体(14)的侧壁上设有计算机视觉模块(16)，所述计算机视觉模块(16)与计算模块电连接。

2.根据权利要求1所述的基于计算机视觉的智能风速风向测量装置，其特征在于，所述支撑柱(4)的侧壁上固定连接有滑块(17)，所述第一凹槽(3)的侧壁上设有与滑块(17)相匹配的滑槽。

3.根据权利要求1所述的基于计算机视觉的智能风速风向测量装置，其特征在于，所述调节机构包括设置在支撑柱(4)下端面上的螺纹槽(18)，所述螺纹槽(18)内螺纹连接有螺纹杆(19)，所述螺纹杆(19)的下端延伸至第一凹槽(3)内并与第一凹槽(3)的底侧壁转动连接，所述螺纹杆(19)上同轴固定连接有蜗轮(20)，所述蜗轮(20)的一侧设有与之啮合的蜗杆(21)，所述蜗杆(21)的一端与第一凹槽(3)的侧壁转动连接，所述蜗杆(21)的另一端贯穿立柱(2)并固定连接有摇柄(22)。

4.根据权利要求1所述的基于计算机视觉的智能风速风向测量装置，其特征在于，所述安装板(7)上设有上下贯穿的通孔，所述通孔内设有轴承(23)，所述轴承(23)的外圈与通孔的侧壁固定连接，所述轴承(23)的内圈与转轴(8)的外侧壁固定连接。

5.根据权利要求1所述的基于计算机视觉的智能风速风向测量装置，其特征在于，所述风向测量机构包括与转轴(8)同轴固定连接的第一齿轮(24)，所述安装板(7)的侧壁上设有安装槽，所述安装槽内安装有角度传感器(25)，所述角度传感器(25)的输入端转动连接有第二齿轮(26)，所述第一齿轮(24)和第二齿轮(26)相互啮合，所述角度传感器(25)的输出端与角度传感模块电连接。

6.根据权利要求1所述的基于计算机视觉的智能风速风向测量装置，其特征在于，所述风速测量机构包括固定套接在转筒(10)外的限位件，所述限位件的上下两侧均设有翼板(27)，且两块翼板(27)相背的侧壁为凸起面，所述翼板(27)滑动套设在转筒(10)上，所述翼板(27)上设有与转筒(10)相匹配的开口，所述开口内固定连接有连接板(28)，所述转筒(10)内设有空腔(29)，所述空腔(29)的侧壁上设有与连接板(28)相对应的条形开口，所述空腔(29)内固定连接有两根滑动杆(30)，所述连接板(28)滑动套设在两根滑动杆(30)上，所述空腔(29)的上下侧壁上均固定连接有压力传感器(31)，所述压力传感器(31)的输入端固定连接有压板(32)，所述压板(32)滑动套设在两根滑动杆(30)上，所述压板(32)与连接板(28)之间通过弹性件连接，所述压力传感器(31)的输出端与压力传感模块电连接。

7.根据权利要求6所述的基于计算机视觉的智能风速风向测量装置，其特征在于，所述限位件包括固定套接在转筒(10)中部的限位环(33)，所述限位环(33)的上下侧壁上均固定连接有多根限位杆(34)，多根所述限位杆(34)在限位环(33)的表面均匀分布。

8.根据权利要求6所述的基于计算机视觉的智能风速风向测量装置，其特征在于，所述弹性件包括套设在滑动杆(30)上的弹簧(35)，所述弹簧(35)的两端分别与连接板(28)以及压板(32)的侧壁固定连接。