[0001] 本发明属于一种特殊功能无人机，涉及在一定空域及一定气象条件下监测风流场数据的旋翼无人机。

[0002] 在对流层中，普通人眼辨别分米级物体轮廓的距离在200 300米左右，辨别厘米级~物体特征的距离在几十米以内，借助光学望远镜可超千米以上。风力在6级时最大风速小于
14米/秒，按照裸眼可分辨轮廓距离200米、6级最大风速估算，气流的“远端察觉‑原点感知”时间在14秒左右，且风在流过空气流场过程中还会受到附近的气压场、温度场、地转偏向力、甚至障碍物等的影响而发生较大的变动，故气象部门难以获得各地风力的瞬时数据，仅是依据各采样点实测数据预报出精度较低的平均值。现有的风速风向仪、风压计只能监测地表附近固定坐标的风力风量数据，使用探空气球又面临成本较高、体积偏大灵活性较差等条件限制，这些设备在任意空域需发挥视觉感知优势的特种作业中均难以起到实时监测瞬时风力的作用。

[0003] 旋翼无人机相较上述设备具有更灵活的机动性、也兼具良好的稳定性，作为现今消费级无人机主流款式的四旋翼无人机，其各主要型号参数中 最大抗风等级5 8级、最大~飞行速度在10 39米/秒左右、最大起飞海拔2500 7000米、最大续航时间在20分钟 1小时左~ ~ ~
右，且这些性能参数也会随着新型号新技术的出现而不断提高。

[0004] 在旋翼无人机外设中通常的选配设置有光流定位、卫星定位、影像模块、以及其他电控与信号模块。旋翼无人机在其飞行过程中产生的空气流场分布大致为：以每轴旋翼桨叶转动圆为横截面、沿转轴方向向下的圆柱区域，且距离桨叶越远处气流场强越低、并在桨叶表面附近的小范围里伴有大量涡流。无人机在受到外风气流吹动时其定位与电控模块也有一定表现：通过悬停倾角改变以使其自身气流场水平分量抵消外风推动时的姿态变动在厘米级范围内变化，因而不易远距离识别；通过其定位模块检测到位置变化时产生的反馈电信号在与电机驱动电路形成控制闭环时的信号特征为阶跃波动状态，其波动误差与信号延迟叠加后也不易由远处的遥控终端识别；通过其影像模块传回遥控终端的图像信号变化也同样受图传码率和图传系统的延迟而难以准确识别，再计及无人机飞行高度对所拍物体的精度误差从而更难以靠影像系统感知外风扰动。

[0024] 下面结合经现场实验验证后的具体实施方式及附图对本发明作进一步详细说明，显然，所描述的实施方式仅为本 发明 的一部分实施方式，而非全部实施方式。

[0025] 请参考图1、图2、图3和图4，图1为阶跃变化密度形式的垂吊摆带，其中：垂吊摆带甲区段2、垂吊摆带乙区段3、垂吊摆带丙区段4、垂吊摆带丁区段5这四个区段的密度依次递减，且垂吊摆带总重不超过旋翼无人机7的最大载重；图2为本监测风力风量的旋翼无人机在无风条件下悬停时的示意图；图3、图4分别为本监测风力风量的旋翼无人机在较小风力条件下和较大风力条件下悬停时的示意图。

[0026] 在这种具体实施方式中，本发明先将一四旋翼无人机腹部设定一吊环11，同时准备一4区段的垂吊摆带，垂吊摆带各区段按照密度大小依次排列后预先用轻质的垂吊摆带区段环链6连接、并在密度最大的顶端安装一轻质扣环1，扣环1大小与吊环11大小相匹配为宽松环链连接 使得扣环1将垂吊摆带扣合到旋翼无人机7腹部吊环11后仍能自由摆动。

[0027] 在这种具体实施方式中，放飞此无人机之前将垂吊摆带扣合到旋翼无人机7腹部并一齐平摊于地面后方可起飞，飞行高度不得低于垂吊摆带吊展后的总长，飞行至需测风空域的制定高度后保持悬停状态，此时遥控无人机的操作员一边控制无人机一边观测垂吊摆带状态，并将观测结果报送附近作业人员同时估测风力风量的大小和方向。

[0028] 在这种具体实施方式中，本发明垂吊摆带各区段的长度、重量、宽度、以及密度分布均为多次计算及反复实验验证后的数值组合，此数组不唯一，且数组数值受旋翼无人机7参数、需监测风力范围、环境气压等因素有关；垂吊摆带镶嵌LED电路时同样需将电路重量计入此数组中一并计算设计和试验验证。

[0029] 进一步地，垂吊摆带区段数也可分为其他数量，当区段数目趋于极大且各区段长度趋于极小时即成为连续变化密度形式的垂吊摆带，各区段摆带宽度、形状、厚度也可根据实际需要及飞控动力限定做相应改变。

[0030] 观测使用本监测风力风量的旋翼无人机时：若垂吊摆带所有区段均竖直保持在无人机各轴旋翼下的圆柱区域自身气流场之间，则说明此刻该位置无风；若垂吊摆带仅最下段丁区段5有倾斜摆动、由下而上摆动幅度依次递减直至最上段甲区段2保持竖直状态，则说明此刻该位置有较小的软风、清风、微风；若垂吊摆带最下段丁区段5吹成水平、往上各区段摆角增大，则说明此时刻该位置有较大的和风、清风，此时旋翼无人机7整机也有轻微倾斜；若垂吊摆带整段都受风吹拉而趋向水平、最上段甲区段2呈较大倾斜、最末段丁区段5也出现以水平面为中线的上下摆动、旋翼无人机7整机倾角接近45度时，则说明此时刻该位置风力已达本监测风力风量的旋翼无人机的监测极限，应及时收回无人机并通知附近空域相关作业人员、避免强风环境下发生安全事故；当监测位置高度较低且距离操作员较近时，可以用操作员体感风向校验监测的风向指示是否准确，若因风向穿过扣环1‑旋翼10而致使垂吊摆带指示方向受无人机自身气流场干扰时，须操作旋翼无人机7向左或向右转、使垂吊摆带指示方向重新落回各轴旋翼下的圆柱区域自身气流场之间，此时垂吊摆带在该风力下摆动幅度最大；当监测位置较高或距离操作员较远时，也宜在监测时左右转动机身，以防高低风场气流不一致。不论是本具体实施方式中实验验证后的机型还是变换垂吊摆带参数乃至其他通过验证的风力风量半定量实时监测无人机机型，后续经过风洞标定实验后可获得更精确的参照指示。

[0031] 对于必须启用机腹下方光流定位8的情况，除在使用时的控制纠偏手段、模糊信息处理观测手段之外，在设计制造时选择透明材料用于垂吊摆带可在硬件设计方面获得良好效果，在写入有关光控模块的代码时采用扩大全局运动模型比重的Kanade‑Lucas‑Tomasi算法、降低垂吊摆带的权重以弱化垂吊摆带摆入光流探头感知范围的跟踪效果也可从软件层面起到一定效果。

[0032] 对于加装影像模块10用于监测垂吊摆带的情况，使用时镜头10宜保持竖直向下角度不变，若采用垂直旋翼无人机7机身向下角度应在受风时考虑机身倾斜因素；不论是单镜头还是双镜头配置，当垂吊摆带吹到机身镜头的反向角度或垂直角度从而摆出镜头10视野时，均应遥控转动机身以使“扣环1‑镜头10位置连线”与摆带摆动方向一致。

[0033] 对于多机监测阵列情况，使用时应预先以三维位置坐标编号，且飞行各机间距应大于垂吊摆带总长度2倍以上，计量监测结果时应在风力风量数据后加上各机测量时的坐标值；当风力较大时宜多人联合操控、每人操控并监测一架此监测无人机。

[0034] 在这种具体实施方式中，当完成监测任务或无人机低电量时应及时收回，回收时此监测无人机竖直降落、并按照垂吊摆带丁区段5、垂吊摆带丙区段4、垂吊摆带乙区段3、垂吊摆带甲区段2、旋翼无人机7机身的顺序先后着陆，当旋翼无人机7机脚先行触地或垂吊摆带各区段折叠垫顶旋翼无人机7机腹至不能下降时，无人机旋翼主轴电机驱动电路断电，从而完成对此监测无人机的回收。

[0035] 以上对本发明所提供的中低空风力风量半定量实时监测无人机进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理与实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域及其他领域使用本发明的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。