基于六旋翼无人机搭载风速仪的边界层风剖面实测研究

李正农，冯 豪，蒲 鸥，沈义俊

(1.湖南大学建筑安全与节能教育部重点实验室，湖南，长沙410082；2.海南大学土木建筑工程学院，海南，海口570228)

大气边界层是大气层靠近地面约1 km～2 km的薄层，在该区域气流受地面粗糙度的影响严重[1]。目前，在边界层海拔100 m 以下的低空区域，通常使用测风塔进行定点的风速风向测量[2−3]。测风塔可以提供长时间的稳定测量，但其安装难度大、成本高，且设塔位置受限，对于多位置测量(如建筑物周围和风力发电机现场)有一定难度[4]。另外，在边界层海拔1 km～2 km 的高度内可以利用风廓线雷达进行远程风测量[5]，但其价格昂贵，且空间分辨率有限[6]。

随着无人机技术的发展，由于无人机所具备的空间灵活度高、操作简单、成本低等关键优势已经越来越明显，研究者们逐渐将无人机投入到测风研究中，或能替代测风塔及风廓线雷达等方式成为新的精确广泛的测风方法。在1992年，澳大利亚气象局的Holland 等[7]首次提出了利用搭载皮托管及相关仪器的小型无人机测量风场的方法；2008年，Reuder 等[8]利用小型固定翼无人气象观测站(SUMO)对边界层气象要素及风速风向进行了实测，然而，使用固定翼无人机进行风场测量时无人机处于水平飞行状况，无法测量某一地点的垂直风剖面[9]。相较之下，多旋翼无人机凭借可垂直起降和定点悬停的优势，成为更理想的测量垂直风剖面与获取固定位置风场参数的平台。2015年，Marino等[10]提出了一种新的传感方法，可以确定迎风面的流速大小和方向；……