CN113864225B - 基于多项独立控制参数的复杂风场模型构建方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于多项独立控制参数的复杂风场模型构建方法，包括以下步骤：S1、在风机所形成的风场空间内阵列布置多个风场测量点；S2、开启风机，并逐步调节风机的功率，通过风速传感器和风向传感器检测获得不同风机功率下，各风场测量点处对应的风速信息和风向信息；S3、得到不同风机功率参数下的风场模型；利用这样的一种基于多项独立控制参数的复杂风场模型构建方法，能够分析目前已经建设的猪舍环境下风机产生的风场情况。

Description

基于多项独立控制参数的复杂风场模型构建方法

技术领域

本发明涉及电子信息技术领域，涉及测量技术，尤其是一种基于多项独立控制参数的复杂风场模型构建方法。

背景技术

受季节、气温、湿度等因素影响，猪舍内的细菌、病毒在湿润的环境中得到了成长的有利环境。此外，由于猪的呼吸、排泄以及排泄物、垫料等的腐败分解，使猪舍空气中二氧化碳增加，同时产生一定量的氨、硫化氢等有害气体。如果舍内空气潮湿污浊，二氧化碳、氨气和硫化氢等有害气体和灰尘、微生物含量过高，会严重影响猪的食欲、健康和生长，常引起呼吸系统和消化系统疾病。所以，封闭式猪舍要经常注意通风换气，保持舍内空气新鲜，温度、湿度适宜。

现有猪舍通过风机进行换气，将猪舍内的空气与室外进行交换。对于风机的控制措施而言，通常以控制猪舍内温湿度和气体浓度在一定的范围为目标，进行单一的控制，风机的控制中并未考虑换气气流可能对相邻猪舍产生的影响作用。并且，对于目前集群式猪舍设置而言，缺乏有效的猪舍布局指导，猪舍间距的设置没有较为合理的依据。因此，通常会出现相邻设置的猪舍，通过风机排出的猪舍内的空气会相互影响的情况，容易造成疾病的传染。目前，对于风机排出的换气气流对于相邻猪舍可能造成的影响没有较为直观的判断依据，并且，在不同的风机开启状态下，以及在不同的猪舍布局和所处环境状态下，猪舍之间的风场较为复杂，难以形成有效的“经验”来指导风机的控制，以确保换气气流不会对相邻猪舍的造成影响。

发明内容

为了解决上述问题，本发明采用的技术方案是：

一种基于多项独立控制参数的复杂风场模型构建方法，包括风机，还包括以下步骤：

S1、在风机所形成的风场空间内阵列布置多个风场测量点，每个风场测量点包括风速传感器和风向传感器，对风速传感器和风向传感器进行时钟同步；

S2、开启风机，并逐步调节风机的功率，通过风速传感器和风向传感器检测获得不同风机功率下，各风场测量点处对应的风速信息和风向信息；

S3、将风场测量点的风速传感器和风向传感器的位置信息以及对应采集的风速信息和风向信息传输至数据处理单元，通过数据处理单元将各风场测量点的数据信息进行拟合，得到不同风机功率参数下的风场模型。

优选的，所述步骤S1还包括：

建立空间坐标系，确定风机在空间坐标系中的坐标，通过风机在空间坐标系的坐标结合风机与各风场测量点之间的相对位置关系，确定各风场测量点在空间坐标系中的坐标。

优选的，步骤S2还包括：

改变风机的开启数量，风场测量点检测获得在不同的风机开启数量的组合时，各风场测量点在不同风机功率下的风速信息以及风向信息；

步骤S3还包括：通过数据处理单元将各风场测量点的数据信息进行拟合，得到不同的风机开启数量和不同风机功率组合参数下的风场模型。

优选的，步骤S1还包括：在风机所形成的风场空间外布置环境测量点，环境测量点包括风速传感器和风向传感器，对风速传感器和风向传感器进行时钟同步；

风速传感器和风向传感器都包括用于记录时间信息的时钟模块，时钟同步是将风速传感器和风向传感器时钟模块的时间信息同步一致；

步骤S2还包括：通过风速传感器和风向传感器检测风场所处空间环境的自然风参数，所述自然风参数包括自然风的风速信息和风向信息。

优选的，步骤S1还包括：

设置环境风模拟设备，环境风模拟设备能够产生不同风向、风速的环境风，环境风模拟设备产生的环境风覆盖环境测量点以及风场测量点；

步骤S2还包括：调整环境风模拟设备，使环境风模拟设备产生不同风向以及不同风速的环境风；环境测量点检测环境风的风向信息以及风速信息；风场测量点检测获得在不同的环境风状态下，各风场测量点的风速信息以及风向信息；

步骤S3还包括：将环境测量点的风速传感器和风向传感器的位置信息以及对应采集的风速信息和风向信息传输至数据处理单元，数据处理单元将环境测量点的数据信息进行拟合，得到不同的环境风状态下产生的风场模型。

优选的，步骤S1还包括：

在风机出风口设置能够以水平面为基准并调整俯仰角度的导流板，调整并记录导流板角度；

步骤S3还包括：数据处理单元获取各风场测量点的数据信息进行拟合，并且获取导流板角度信息，得到与导流板角度所对应的风场模型。

优选的，所述导流板连接有角度调整装置，角度调整装置用于调节导流板的角度；

步骤S2还包括：通过角度调整装置改变导流板的角度，风场测量点检测获得在不同的导流板角度时，各风场测量点在不同导流板角度下的风速信息以及风向信息。

优选的，所述步骤S1还包括：在风场空间内布置细菌标志物，细菌标志物用于检测细菌在风场空间内的分布。

优选的，所述步骤S3还包括：确定每个细菌标志物在空间坐标系中的位置；

数据处理单元在风机进风口生成模拟的细菌，根据风场模型预测每个细菌标志物的能够检测到的细菌含量。

优选的，所述步骤S1包括：沿风机出风口气流方向设置多个细菌标志物；

所述风场模型构建方法还包括步骤S4、通过细菌标志物检测的细菌在风场空间内的分布，找到当前风场环境下，风场能够将细菌输送到的最远位置。

本发明的有益效果体现在：

提供的一种基于多项独立控制参数的复杂风场模型构建方法，融合考虑了风机功率、风机开启数量以及环境风等可导致风场改变的因素，通过分别改变这些因素来得到不同场景下的风场模型。所构建的风场模型，可有效还原不同状态参数下的真实风场分布状况。可根据模型得出不同的风机开启参数在不同的环境参数下的风场分布情况，从而为风机控制提供一个参考依据。

附图说明

图1为本发明实施例的风场空间示意图；

图2为本发明实施例的环境测量点示意图；

图3为本发明实施例的环境风模拟设备示意图；

图4为本发明实施例的导流板示意图；

图5为本发明实施例的细菌标志物示意图；

图6为本发明实施例的数据处理单元采集参数示意图；

图7为本发明实施例的信息拟合示意图。

具体实施方式

下面结合附图及本发明的实施例对本发明作进一步详细的说明。

实施例1

本发明实施例提供一种基于多项独立控制参数的复杂风场模型构建方法，包括风机1和以下步骤：

S1、在风机1所形成的风场空间内阵列布置多个风场测量点2，每个风场测量点2包括风速传感器和风向传感器，对风速传感器和风向传感器进行时钟同步；

S2、开启风机1，并逐步调节风机1的功率，通过风速传感器和风向传感器检测获得不同风机1功率下，各风场测量点2处对应的风速信息和风向信息；

S3、将风场测量点2的风速传感器和风向传感器的位置信息以及对应采集的风速信息和风向信息传输至数据处理单元，通过数据处理单元将各风场测量点2的数据信息进行拟合，得到不同风机1功率参数下的风场模型。

本实施例中，对于已经建设完成的猪舍，能够通过基于多项独立控制参数的复杂风场模型构建方法，检测猪舍的换气风机能够产生的风场情况，进而分析对于被检测的猪舍来说，风机产生的风场能否达到猪舍换气的要求。进一步能够分析猪舍内的细菌能够被风机产生的风场的输送情况，输送距离情况，是否可能被相邻的猪舍的进风风机吸入，造成细菌交叉传播。

在具体实现过程中，如图1所示，在猪舍出风口布置风机1，并在风机1形成的风场空间内以阵列的方式设置多个测量点，每个测量点都包括风速传感器和风向传感器，并且对每个测量点的风速传感器和风向传感器进行时钟同步。

时钟同步是指基于时间信息对多个风速、风向传感器的风速信息、风向信息进行结合，并基于输入的风速信息、风向信息、采集装置的位置信息建立风场模型，数据处理单元获取的风向风速信息中包含有时间信息，并且时间同步一致，数据处理单元以时间作为结合数据的依据，能够大幅度降低误差，使得风场模型接近与真实的风场。

然后开启风机1，并逐步调节风机1的功率，通过风速传感器和风向传感器检测获得不同风机1功率下，各风场测量点2处对应的风速信息和风向信息。

将风场测量点2的风速传感器和风向传感器的位置信息以及对应采集的风速信息和风向信息传输至数据处理单元，通过数据处理单元将各风场测量点2的数据信息进行拟合，得到不同风机1功率参数下的风场模型。

进一步，所述步骤S1还包括：

建立空间直角坐标系，确定风机1在空间直角坐标系中的坐标，通过风机1在空间坐标系的坐标结合风机1与各风场测量点2之间的相对位置关系，确定各风场测量点2在空间坐标系中的坐标。

作为一种具体的，定位装置3可通过如下方法确定风速、风向传感器在空间直角坐标系（以竖直方向作为z轴）中的位置：首先确定第一基准位置和第二基准位置，本实施例中，第一基准位置和第二基准位置分别为任意两个风机1的固定设置位置，将定位装置3与被定位的风速、风向传感器连接，定位装置3获取其与第一基准位置的距离值为第一距离值L1，获取其与第二基准位置的距离值为第一距离值L2，获取其和第一基准位置连线与其所在平面的夹角a。

第一基准位置

、第二基准位置

，是已知参数，因此：

通过夹角a，能够得到：

式(1)；

通过L1能够得到：

式(2)；

通过L2能够得到：

式(3)；

通过式(1)、式(2)、式(3)能够解算得到定位装置3位置

；

由于定位装置3和被定位的风速、风向传感器连接，相对位置固定，通过相对位置能够得到被定位的风速、风向传感器的位置。

通过上述方法得到所有风速、风向传感器的位置，因此所有风速、风向传感器在空间坐标系中的位置被确定。

进一步，步骤S2还包括：

改变风机1的开启数量，风场测量点2检测获得在不同的风机1开启数量的组合时，各风场测量点2在不同风机1功率下的风速信息以及风向信息；

步骤S3还包括：通过数据处理单元将各风场测量点2的数据信息进行拟合，得到不同的风机1开启数量和不同风机1功率组合参数下的风场模型。

本实施例中，影响风场模型的因素包括风机1开启的数量和风机1的功率，在风机1产生的风场空间内设置好风场检测点之后，改变风机1开启的数量和功率，以得到不同的风机1开启数量和不同风机1功率组合参数下的风场模型。

具体的，所有风机1与风机控制器连接，风机控制器与风场测量点2的风速传感器和风向传感器时间同步。

风机控制器根据测试需要，预设了风机1开启数量和风机1功率的调整参数，例如在A时刻开启一个风机1，以最低一档功率运行；B时刻将这个风机1功率调整到另一个较高的档位，C时刻将这个风机1调整到最高档位；D时刻开启两个风机1，都以最低一档功率运行……以此类推设置控制风机1开闭以及功率调整的信息。

数据处理单元获取风机控制器的风机1开闭以及功率调整的信息，根据时间进行分段，进而得到不同风机1功率参数以及不同风机1开启数量下的风场模型。

进一步，步骤S1还包括：在风机1所形成的风场空间外布置环境测量点4，环境测量点4包括风速传感器和风向传感器，对风速传感器和风向传感器进行时钟同步；

步骤S2还包括：通过风速传感器和风向传感器检测风场所处空间环境的自然风参数，所述自然风参数包括自然风的风速信息和风向信息。

本实施例中，如图2所示，风机1所形成的风场空间设置有环境测量点4，用于测量环境风的风速和风向，影响风场模型的因素包括环境风的风速和风向。

采集环境风的参数与对应的风机1产生的风场模型关联，在猪舍正式运行过程中，通过环境测量点4实时采集环境风参数，通过比较实时环境风参数和模型对应的环境风参数比较，能够得到环境风对风场模型的影响效果，进而在环境风变化时，重新判断当前风机1产生的风场会不会将猪舍的细菌输送到一定间距设置的相邻猪舍。

进一步，步骤S1还包括：

设置环境风模拟设备5，环境风模拟设备5能够产生不同风向、风速的环境风，环境风模拟设备5产生的环境风覆盖环境测量点4以及风场测量点2；

步骤S2还包括：调整环境风模拟设备5，使环境风模拟设备5产生不同风向以及不同风速的环境风；环境测量点4检测环境风的风向信息以及风速信息；风场测量点2检测获得在不同的环境风状态下，各风场测量点2的风速信息以及风向信息；

步骤S3还包括：将环境测量点4的风速传感器和风向传感器的位置信息以及对应采集的风速信息和风向信息传输至数据处理单元，数据处理单元将环境测量点4的数据信息进行拟合，得到不同的环境风状态下产生的风场模型。

本实施例中，影响风场模型的因素包括环境风的风速和风向，并且环境风通过环境风模拟设备5产生，环境风模拟设备5与风场测量点2的风速传感器和风向传感器时间同步；环境风模拟设备5根据测试需要，预设了不同时刻产生环境风的风向和风速信息。

如图3所示，环境风模拟设备5包括一个环形运动轨道51，环形运动轨道51上设置有多个环境风产生装置52，环境风产生装置52能够在轨道上运动，还能够旋转方向。

环境风模拟设备5在指定时刻通过调整环境风产生装置52的位置和方向产生指定参数的环境风，和风机1产生的风场叠加，风场测试点采集叠加后的风场参数。

数据处理单元获取环境风模拟设备5产生的环境风参数以及调整环境风参数的时刻，根据时间进行分段，进而得到不同环境风状态下的风场模型。

参阅图4所示，进一步的，步骤S1还包括：

在每个风机1的出风口设置导流板6，调整并记录导流板6角度；

步骤S3还包括：数据处理单元获取各风场测量点2的数据信息进行拟合，并且获取各导流板6角度信息，得到与导流板6角度所对应的风场模型。

进一步，所述导流板6连接有角度调整装置，角度调整装置用于调节导流板6的角度；

步骤S2还包括：通过角度调整装置改变导流板6的角度，风场测量点2检测获得在不同的导流板6角度时，各风场测量点2在不同导流板6角度下的风速信息以及风向信息。

本实施例中，如图3所示，影响风场模型的因素包括导流板6的角度，在风机1产生的风场空间内设置好风场检测点之后，改变导流板6的角度，以得到不同的导流板6角度参数下的风场模型。

具体的，所有导流板6与角度控制器连接，角度控制器与风场测量点2的风速传感器和风向传感器时间同步。

角度控制器根据测试需要，预设了导流板6角度调整参数，例如在A时刻将导流板6调整到一个角度；B时刻将导流板6调整到另一个角度……以此类推设置导流板6角度调整的信息。

数据处理单元获取角度控制器的导流板6角度调整信息，根据时间进行分段，进而得到不同导流板6角度下的风场模型。

进一步，所述步骤S1还包括：在风场空间内布置细菌标志物7，细菌标志物7用于检测细菌在风场空间内的分布。

进一步，所述步骤S3还包括：确定每个细菌标志物7在空间坐标系中的位置；

数据处理单元在风机1进风口生成模拟的细菌，根据风场模型预测每个细菌标志物7的能够检测到的细菌含量。

进一步，所述步骤S1包括：沿风机1出风口气流方向设置多个细菌标志物7；

所述风场模型构建方法还包括步骤S4、通过细菌标志物7检测的细菌在风场空间内的分布，找到当前风场环境下，风场能够将细菌输送到的最远位置。

本实施例中，如图5所示，沿风机1出风口气流方向设置多个细菌标志物7，细菌标志物7标志的细菌与猪舍内产生的细菌一致。

在具体实现过程中，细菌标志物7用于测试风场模型与实际风场的近似度，首先，沿风机1出风口气流方向设置多个细菌标志物7，确定每个细菌标志物7在空间坐标系中的位置，然后启动风机1，产生风场。

风场测量点2的风速传感器和风向传感器采集风速信息和风向信息。图6示出了各风场采集点的位置和风速风向参数。

数据处理单元将各风场测量点2的数据信息进行拟合，得到风场模型，图7示出了风场模型示意图。

数据处理单元根据风场模型得到风机1进风口的细菌能够被风场输送到的最远位置，根据数据处理单元的模拟，最远位置外不应该存在细菌。

此时能够通过细菌标志物7查验数据处理单元模拟的风场和真实风场的相似度。

在具体实现过程中，通过多项独立参数构建不同的风场模型，能够在猪舍使用过程中根据现实情况选择适当的风场模型进行模拟校验。例如两个猪舍距离为20米，一个猪舍的出风风机1正对另一个猪舍的进风风机1，根据现场的环境风参数和当前的风机1功率参数，选择适当的风场模型进行模拟，当前产生的风场会将猪舍内的细菌输送的最远距离，例如为12米，为了避免另一猪舍的进风风机1形成的负压，应当预留至少5米的安全距离，在这种情况下，另一猪舍的进风风机1不会吸入带有细菌的空气。

另一方面，如果模拟的风场模型得到的结果是，另一猪舍的进风风机1会吸入带有细菌的空气，那么根据适当的模型，能够得到应该如何调整风机1功率、或者调整风机1的开闭，再者应该如何调整导流板6，会改变风场，缩短细菌输出距离，保证另一猪舍的进风风机1不会吸入带有细菌的空气。

在本发明的实施例的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“坚直”、“水平”、“中心”、“顶”、“底”、“顶部”、“底部”、“内”、“外”、“内侧”、“外侧”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了使于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。其中，“里侧”是指内部或围起来的区域或空间。“外围”是指某特定部件或特定区域的周围的区域。

在本发明的实施例的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”仅用以描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”、“第四”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“组装”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明的实施例的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

在本发明的实施例的描述中，需要理解的是，“-”和“~”表示的是两个数值之同的范围，并且该范围包括端点。例如:“A-B”表示大于或等于A，且小于或等于B的范围。“A~B''表示大于或等于A，且小于或等于B的范围。

在本发明的实施例的描述中，本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.基于多项独立控制参数的复杂风场模型构建方法，包括风机，其特征在于，包括以下步骤：

S1、在风机所形成的风场空间内阵列布置多个风场测量点，每个风场测量点包括风速传感器和风向传感器；

S2、开启风机，并调节风机的功率，通过风速传感器和风向传感器检测获得不同风机功率下，各风场测量点处对应的风速信息和风向信息；

S3、将风场测量点的风速传感器和风向传感器的位置信息以及对应采集的风速信息和风向信息进行拟合，得到不同风机功率参数下的风场模型；

步骤S1还包括：在风机所形成的风场空间外布置环境测量点，环境测量点包括风速传感器和风向传感器，对风速传感器和风向传感器进行时钟同步；

风速传感器和风向传感器都包括用于记录时间信息的时钟模块，时钟同步是将风速传感器和风向传感器时钟模块的时间信息同步一致；

步骤S2还包括：通过风速传感器和风向传感器检测风场所处空间环境的自然风参数，所述自然风参数包括自然风的风速信息和风向信息；

步骤S1还包括：设置环境风模拟设备，环境风模拟设备能够产生不同风向、风速的环境风，环境风模拟设备产生的环境风覆盖环境测量点以及风场测量点；

步骤S2还包括：调整环境风模拟设备，使环境风模拟设备产生不同风向以及不同风速的环境风；环境测量点检测环境风的风向信息以及风速信息；风场测量点检测获得在不同的环境风状态下，各风场测量点的风速信息以及风向信息；

步骤S3还包括：将环境测量点的风速传感器和风向传感器的位置信息以及对应采集的风速信息和风向信息传输至数据处理单元，数据处理单元将环境测量点的数据信息进行拟合，得到不同的环境风状态下产生的风场模型；

所述步骤S1还包括：在风场空间内布置细菌标志物，细菌标志物用于检测细菌在风场空间内的分布。

2.根据权利要求1所述的基于多项独立控制参数的复杂风场模型构建方法，其特征在于，所述步骤S1还包括：

建立空间坐标系，确定风机在空间坐标系中的坐标，通过风机在空间坐标系的坐标结合风机与各风场测量点之间的相对位置关系，确定各风场测量点在空间坐标系中的坐标。

3.根据权利要求1所述的基于多项独立控制参数的复杂风场模型构建方法，其特征在于，步骤S2还包括：

改变风机的开启数量，风场测量点检测获得在不同的风机开启数量的组合时，各风场测量点在不同风机功率下的风速信息以及风向信息；

步骤S3还包括：通过数据处理单元将各风场测量点的数据信息进行拟合，得到不同的风机开启数量和不同风机功率组合参数下的风场模型。

4.根据权利要求1所述的基于多项独立控制参数的复杂风场模型构建方法，其特征在于，步骤S1还包括：

在风机出风口设置能够以水平面为基准并调整俯仰角度的导流板，调整并记录导流板角度；

步骤S3还包括：数据处理单元获取各风场测量点的数据信息进行拟合，并且获取导流板角度信息，得到与导流板角度所对应的风场模型。

5.根据权利要求4所述的基于多项独立控制参数的复杂风场模型构建方法，其特征在于，步骤S1还包括：所述导流板连接有角度调整装置，角度调整装置用于调节导流板的角度；

步骤S2还包括：通过角度调整装置改变导流板的角度，风场测量点检测获得在不同的导流板角度时，各风场测量点在不同导流板角度下的风速信息以及风向信息。

6.根据权利要求1所述的基于多项独立控制参数的复杂风场模型构建方法，其特征在于，所述步骤S3还包括：确定每个细菌标志物在空间坐标系中的位置；

数据处理单元在风机进风口生成模拟的细菌，根据风场模型预测每个细菌标志物的能够检测到的细菌含量。

7.根据权利要求6所述的基于多项独立控制参数的复杂风场模型构建方法，其特征在于，所述步骤S1包括：沿风机出风口气流方向设置多个细菌标志物；

所述风场模型构建方法还包括步骤S4、通过细菌标志物检测的细菌在风场空间内的分布，找到当前风场环境下，风场能够将细菌输送到的最远位置。

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