CN113155403A

CN113155403A - 桥式测风系统

Info

Publication number: CN113155403A
Application number: CN202110384029.4A
Authority: CN
Inventors: 朱金焕; 李鹏; 邹捍; 周立波
Original assignee: Institute of Atmospheric Physics of CAS
Current assignee: Institute of Atmospheric Physics of CAS
Priority date: 2021-04-09
Filing date: 2021-04-09
Publication date: 2021-07-23

Abstract

本发明公开了一种桥式测风系统，包括连接缆和供电组件。连接缆的两端分别连接在预设桥梁的两端，连接缆上设有至少一个观测平台，观测平台上设有风观测部，风观测部用于测得高频三维风数据和采集高频三维风数据并输出。供电组件与风观测部电连接。本实施例通过连接缆和观测平台将观测部直接安装在预设桥梁桥面的真实位置，进而直接观测三维湍流脉动风速，因此，本实施例可以在桥梁建筑前测量峡谷、山谷、河流上桥面真实位置的高频三维风，为桥梁抗风设计提供准确可靠的三维风观测资料，用于计算桥梁风工程参数。

Description

桥式测风系统

技术领域

本发明属于风观测领域，尤其涉及一种桥式测风系统。

背景技术

抗风性是桥梁设计中需要考虑的重要因素。桥梁抗风设计要求获得风工程参数，如最大风速、风攻角、风偏角等。理论上，需要在桥梁建设位置，即桥面的真实位置进行测风，并且使用高频三维风观测仪器，获得高频三维风资料，才能准确计算桥梁抗风设计所需要的风工程参数。但在实际观测中，在桥梁架设前无法将观测仪器安装于桥面位置上，只能在距离桥梁实际建设位置较近的地方(如桥梁两端)安装仪器进行观测，或通过其他手段探测(如激光风廓线雷达探测)，再利用数学或物理方法外推获得桥梁实际位置的风速风向，计算风工程参数。

因此，在当前桥梁抗风设计中，为获得风工程参数，通常通过两种方法测风。其一为在桥梁两端架设气象站或气象塔测风，此种方法可以获得桥梁两端的高频三维风资料，但观测位置距离桥面中心位置较远(几百米甚至一公里以上)，且观测点与地面、峭壁等固体面很近，受地形影响很大，其观测所得的风速与桥面中心位置风速存在很大差异，且二者之间的联系非常复杂，并且仅凭两端风速难以通过外推的方法获得桥面中心处的风速。其二为采用激光风廓线雷达探测，可以获得桥面位置的风速，但由于激光雷达探测涉及回波统计、反演计算等环节，其时间分辨率一般不小于10秒，无法获得1秒以下的高分辨率湍流脉动风速，而湍流脉动风速对于桥梁抗风设计具有非常重要的意义。为此只能根据平均风速对湍流脉动风速进行估算，同样具有很大的不确定性。

也就是说，当前桥梁抗风设计中的两种常用方式至少分别具有以下缺点：一是，若采用桥梁两端气象站或气象塔观测，无法获得桥面位置真实的三维风观测数据；二是，若采用激光风廓线雷达探测，可以获得桥面位置平均风速，但无法获得桥面位置的高频湍流脉动风观测数据。

发明内容

本发明的目的在于提供一种桥式测风系统，以解决现有技术中无法得到预设桥梁桥面位置真实的三维风观测数据的问题。

本发明的技术方案为：

一种桥式测风系统，包括：

连接缆，所述连接缆的两端分别连接在预设桥梁的两端，所述连接缆上设有至少一个观测平台，所述观测平台上设有风观测部，所述风观测部用于测得高频三维风数据和采集所述高频三维风数据并输出；

供电组件，所述供电组件与所述风观测部电连接。

优选地，所述风观测部包括设于所述观测平台上的检测模块、采集模块和传输模块，所述采集模块分别与所述检测模块和所述传输模块电连接，所述检测模块用于测得所述高频三维风数据，所述采集模块用于采集所述高频三维风数据并通过所述传输模块输出；

所述检测模块、所述采集模块和所述传输模块均与所述供电组件电连接。

优选地，所述检测模块为三维超声风速仪。

优选地，所述三维超声风速仪上设有电子陀螺仪，用于检测所述三维超声风速仪的实际姿态与预设姿态的偏差。

优选地，所述采集模块为数据采集箱，所述传输模块为无线传输天线，所述数据采集箱设于所述观测平台上，所述无线传输天线设于所述数据采集箱内。

优选地，包括两根连接缆，所述观测平台固连于两根所述连接缆上。

优选地，两根所述连接缆平行设置。

优选地，所述连接缆的两端分别与一绞车的输出端连接，两个所述绞车分别固连于预设桥梁的两端。

优选地，预设桥梁的两端分别设有固定构件，所述绞车固连于对应的所述固定构件。

优选地，所述固定构件为固定墩子。

优选地，所述供电组件包括交流供电箱、交流电缆、变电箱和直流电缆，所述交流供电箱设于预设桥梁的两端，所述变电箱设于所述观测平台上，所述交流电缆两端分别连接交流供电线和所述变电箱，所述直流电缆两端分别连接所述变电箱和所述观测部。

优选地，所述连接缆为钢缆。

本发明由于采用以上技术方案，使其与现有技术相比具有以下的优点和积极效果：

本发明通过连接缆和观测平台将观测部直接安装在预设桥梁桥面的真实位置，进而可直接观测三维湍流脉动风速，为桥梁抗风设计提供准确可靠的高频三维风观测资料，从而解决了现有技术中无法得到预设桥梁桥面位置真实的高频三维风观测数据的问题。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。

图1为本发明的一种桥式测风系统的侧视示意图；

图2为本发明的一种桥式测风系统的俯视示意图；

图3为本发明的一种观测平台的结构示意图。

附图标记说明：

1：山体；2：固定墩子；3：绞车；4：钢缆；5：观测平台；6：交流供电箱；7：变电箱；8：数据采集箱；9：电子陀螺仪；10：三维超声风速仪；11：交流电缆；12：直流电缆；13：数据传输线；14：无线传输天线；15：仪器支架。

具体实施方式

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，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅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，并获得其他的实施方式。

为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。

参看图1至图3，本实施例提供一种桥式测风系统，包括连接缆和供电组件。连接缆的两端分别连接在预设桥梁的两端，连接缆上设有至少一个观测平台5，观测平台5上设有风观测部，风观测部用于测得高频三维风数据和采集高频三维风数据并输出。供电组件与风观测部电连接。

本实施例通过连接缆和观测平台5将观测部直接安装在预设桥梁桥面的真实位置，进而直接观测三维湍流脉动风速，因此，本实施例可以在桥梁建筑前测量峡谷、山谷、河流上桥面真实位置的高频三维风，为桥梁抗风设计提供准确可靠的三维风观测资料，用于计算桥梁风工程参数。

现以在跨峡谷安装桥梁为例，对本实施例的结构进行说明。

在峡谷两侧的山体1上，在预设桥梁两端的位置处，分别设置固定构件。固定构件建造在峡谷两侧山坡上，为钢筋混凝土结构，负责提供跨峡谷的支撑力，在本实施例中具体可以为固定墩子2。

固定墩子2上安装有绞车3，连接缆的两端分别连接峡谷两侧绞车3的输出端，绞车3为连接缆提供支撑力和牵引力。在本实施例中，包含两根平行设置的连接缆，连接缆选用钢缆4。在两根钢缆4上安装有观测平台5，钢缆4和观测平台5之间固定连接。通过绞车3可以移动钢缆4，进而移动观测平台5，,因此绞车3的设置还能利于观测平台5以及其上设施的安装和维修。

风观测部包括设于观测平台5上的检测模块、采集模块和传输模块，采集模块分别与检测模块和传输模块电连接，检测模块用于测得高频三维风数据，采集模块用于采集高频三维风数据并通过传输模块输出。检测模块、采集模块和传输模块均与供电组件电连接。具体的，在本实施例中，检测模块采用三维超声风速仪10，采集模块可以为数据采集箱8，传输模块可以为无线传输天线14。在观测平台5上安装仪器支架15，三维超声风速仪10安装在仪器支架15上，三维超声风速仪10可以观测三维(平面二维加垂直一维)的风速，可以实现10Hz以上的高频观测。数据采集箱8同样安装在观测平台5上，数据采集箱8通过数据传输线13采集三维超声风速仪10的观测数据，数据采集箱8内集成了无线传输天线14，通过无线传输天线14将观测数据通过wifi和无线通信网络传输至特定的数据处理终端。

在实际情况中，三维超声风速仪10可能会因为刮风等原因出现位置偏差。因此，在本实施例中进一步设置了电子陀螺仪9，用于对三维超声风速仪10的测量方向经常订正，即用于检测三维超声风速仪10的实际姿态与预设姿态的偏差。具体，电子陀螺仪9设置在三维超声风速仪10上，通过数据传输线13由数据采集箱8采集其观测数据，再由无线传输天线14将其观测数据通过wifi和无线通信网络传输至特定的数据处理终端。当数据处理终端接收到三维超声风速仪10和电子陀螺仪9的观测数据后，根据电子陀螺仪9的观测数据调整三维超声风速仪10得到的观测数据，从而得到真实的高频三维风数据。

供电组件负责提供本实施例的电力，包括交流供电箱6、交流电缆11、变电箱7和直流电缆12，交流供电箱6安装在固定墩子2上，变电箱7设于观测平台5上。交流供电箱6通过交流电缆11为绞车3的各种仪器供电，一根交流电缆11接入安装在固定墩子2上的绞车3，另一根电缆沿钢缆4延伸至观测平台5，从而接入安装在观测平台5上的变电箱7。变电箱7将交流电转为直流电，并通过直流电缆12传输给数据采集箱8，数据采集箱8再通过直流电缆12将直流电传输至三维超声风速仪10和电子陀螺仪9。

本实施例主要由峡谷两端的固定墩子2、跨峡谷(或山谷、河流)的钢缆4、观测平台5组成，此外还有供电、数据采集和传输等其他部件。本实施例的各种部件要实现支撑、供电、三维风观测、数据采集和传输等功能，具体：支撑功能主要通过两端的固定墩子2、钢缆4、观测平台5和仪器支架15实现；供电功能主要通过交流供电箱6、交流电缆11、变电箱7、直流电缆12实现；三维风观测功能主要由三维超声风速仪10和电子陀螺仪9实现；数据传输功能主要由数据采集箱8、数据传输线13和无线传输天线14实现。其中，观测平台5可以根据实际需求设计成一个或多个，观测平台5和仪器所需要的防雷、防水等设计在此不做详细的展开说明。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式。即使对本发明作出各种变化，倘若这些变化属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则仍落入在本发明的保护范围之中。

Claims

1.一种桥式测风系统，其特征在于，包括：

供电组件，所述供电组件与所述风观测部电连接。

2.根据权利要求1所述的桥式测风系统，其特征在于，所述风观测部包括设于所述观测平台上的检测模块、采集模块和传输模块，所述采集模块分别与所述检测模块和所述传输模块电连接，所述检测模块用于测得所述高频三维风数据，所述采集模块用于采集所述高频三维风数据并通过所述传输模块输出；

3.根据权利要求2所述的桥式测风系统，其特征在于，所述检测模块为三维超声风速仪。

4.根据权利要求3所述的桥式测风系统，其特征在于，所述三维超声风速仪上设有电子陀螺仪，用于检测所述三维超声风速仪的实际姿态与预设姿态的偏差。

5.根据权利要求2所述的桥式测风系统，其特征在于，所述采集模块为数据采集箱，所述传输模块为无线传输天线，所述数据采集箱设于所述观测平台上，所述无线传输天线设于所述数据采集箱内。

6.根据权利要求1所述的桥式测风系统，其特征在于，包括两根连接缆，所述观测平台固连于两根所述连接缆上。

7.根据权利要求6所述的桥式测风系统，其特征在于，两根所述连接缆平行设置。

8.根据权利要求1所述的桥式测风系统，其特征在于，所述连接缆的两端分别与一绞车的输出端连接，两个所述绞车分别固连于预设桥梁的两端。

9.根据权利要求8所述的桥式测风系统，其特征在于，预设桥梁的两端分别设有固定构件，所述绞车固连于对应的所述固定构件。

10.根据权利要求9所述的桥式测风系统，其特征在于，所述固定构件为固定墩子。

11.根据权利要求1所述的桥式测风系统，其特征在于，所述供电组件包括交流供电箱、交流电缆、变电箱和直流电缆，所述交流供电箱设于预设桥梁的两端，所述变电箱设于所述观测平台上，所述交流电缆两端分别连接交流供电线和所述变电箱，所述直流电缆两端分别连接所述变电箱和所述观测部。

12.根据权利要求1至11任意一项所述的桥式测风系统，其特征在于，所述连接缆为钢缆。