风向检测的原理

　　风速风向的监测方式数不胜数，但是测量行业往往都有一个标准，风速风向也不例外。本文主要参考中华人民共和国气象行业标准《地面气象观测规范》来展现风速风向的监测标准。另外，本文还收集了资料来补充风速风向的监测原理、方法和统计方式，并从中选择出了作者认为最合理的方法，并说明原因。

　　官方的风速风向的定义是这样的：风向：风的来向 ，风速：单位时间内空气移动的水平距离 。观测应该测定距地面10m高度处的风向和风速。测风的仪器主要有电接风向风速计、自动测风仪、轻便风向风速表、旋转式测风传感器等。

　　此外风速风向的监测标准在不同的场合也不一样，比如中华人民共和国国家标准GB/T 18204.15-2000里就规定了公共场所风速的监测标准。

　　而测量的任务主要由风速风向传感器完成。目前国内外风向风速传感器可以分为三类。第一类为螺旋桨式风向风速传感器；第二类为风速是三杯式、风向是单翼式的风向风速传感器；第三类为超声波风向风速传感器。螺旋桨式风传感器精度较差，动态性能一般；超声波风传感器目前应用还不太成熟。所以一般采用第二类传感器。风杯式风速传感器工作原理是:风速传感器的感应元件为三杯式回转架，信号变换电路为霍尔开关电路。风向传感器的感应元件为风向标组件。角度变换为格雷码盘加光电电路。

　　风速风向的测量的准确性主要受制于仪器，我们很难在短时间内再做出改进，所以接下来我将就风向统计方法进行详细研究与改进。

　　从原理上来说，算术平均法是测量风向最精确的方法，因为其他方法受制于一些因素，比如矢量平均法还和风速有关，但算术平均法就是单纯的测量风向。但如果风向在0°（正北方向）两边摆动时，易出现错误，如330°和10°的算术均值为170°，但实际平均风向应该为350°。即该方法算出的风向为偏南风的概率变大，为其最大缺点。对于地面风来说，在小尺度湍流的作用下，风向在短时间内频繁变化的情况是经常存在的，在10min间隔或15min间隔中就可能出现风向变化大于或等于180°的情况，而且该情况在风向变换期容易出现。因此，需要对过零风向进行修正。

　　一般我们见到的过零修正都十分复杂，这里着重向大家介绍一种简单有效的方法。

　　修正方法：

　　通过比较风向前后观测值，对经过0°的风向进行处理。其中，风向正或反的旋转时，设顺时针方向为正向，过零时称为正向过零，反之称为反向及反向过零。设为两个风向流程采样值，当正向过零时记为；当反向过零时记为，处理方法为：

　　式（5）中，yi为第i分钟的风向采样值；Di为yi的修正值；δi为第i分钟的风向采样值yi与第i－1分钟的风向修正值Di－1的差值。

　　经修正后，由式（6）计算得到平均值，由于可能不在0°—360°范围内，故由式（7）得到最终平均值。

　　该方法判断简便，并解决了风向过零时直接平均使得偏南风概率变大的误差。以算术平均法为例，如一段时间内风向变化为：325°、24°、314°、65°、63°、85°和342°，人工判断该段时间内风向应为偏东北风；算术平均法计算其平均值为174°。经式（5）修正后，风向值为325°、384°、314°、425°、423°、445°和342°，由式（6）得平均值为380°，由式（7）可得，平均值为20°，结果正确。

　　这样测量出的结果可以说较为精确了，这便是笔者的一点浅研究。