一种冰冻环境下风速风向仪校准方法、装置、设备及介质

技术领域

本发明属于风电行业风速风向仪失效校准技术领域，具体涉及一种冰冻环境下风速风向仪校准方法、装置、设备及介质。

背景技术

在冰冻环境下，风速风向仪的传感器和测量装置可能受到冰覆盖、结冰和冰晶等因素的干扰，导致测量的风速和风向不准确，风速风向仪失准。目前缺乏对于冰冻环境下风速风向仪的校准和修正方法，导致风速风向仪在冰冻环境下数据不准确，需要进一步探索和开发针对冰冻环境的校准技术和算法，以提高测量结果的准确性和可靠性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种冰冻环境下风速风向仪校准方法、装置、设备及介质，以解决现有风速风向仪在冰冻环境下测量结果不准确的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案予以实现：

第一方面，本发明提供一种冰冻环境下风速风向仪校准方法，包括以下步骤：

获取风速风向仪的温度数据和湿度数据，判断是否发生冰冻；

当发生冰冻时，以风速风向仪上风速风向传感器得底面中心为原点，建立极坐标系，得到冰覆盖位置坐标；

获取风速风向传感器的表面温度和环境温度，根据表面温度和环境温度计算冰覆盖厚度；

获取冰覆盖温度、冰覆盖面积和参考温度，根据冰覆盖面积、冰覆盖温度和参考温度计算风向偏差和风速偏差；

根据冰覆盖位置坐标、冰覆盖厚度、表面温度、环境温度、风向偏差和风速偏差采用非线性最小二乘法拟合风向修正公式和风速修正公式；

根据风向修正公式和风速修正公式对风速风向仪的风速数据和风向数据进行修正得到校准风速和校准风向。

本发明的进一步改进在于：所述获取风速风向仪的温度数据和湿度数据，判断是否发生冰冻的步骤中，具体包括：

判断环境是否存在冰冻条件；

判断温度数据与冰冻点温度的大小关系，若温度数据大于等于冰冻点温度，则判断未发生冰冻；

若温度数据小于冰冻点温度，则判断湿度数据与饱和湿度的大小关系；

若湿度数据小于等于饱和湿度则判断未发生冰冻；

若湿度数据大于饱和湿度则判断发生冰冻；

当环境存在冰冻条件时，根据温度数据和湿度数据计算露点温度，若露点温度大于温度数据则判断发生冰冻，若露点温度小于等于温度数据则判断未发生冰冻。

本发明的进一步改进在于：所述冰覆盖位置坐标通过极坐标表示为：

P(x,y)；

x＝R*cos(θ-α)

y＝R*sin(θ-α)

式中，R表示从原点到某一点的距离，θ表示从x轴到某一点的角度，α表示风速风向传感器的安装角度。

本发明的进一步改进在于：所述获取风速风向传感器的表面温度和环境温度，根据表面温度和环境温度计算冰覆盖厚度的步骤中，冰覆盖厚度根据公式：

D＝g(Ts,Ta,t)＝(Ts-Ta)*k*t；

式中，D表示冰覆盖厚度；g是厚度估计函数；Ts是表面温度；Ta是环境温度；t是冰形成过程的持续时间；k是热传导系数。

本发明的进一步改进在于：所述获取冰覆盖温度、冰覆盖面积和参考温度，根据冰覆盖面积、冰覆盖温度和参考温度计算风向偏差和风速偏差的步骤中，所述风速偏差的计算公式如下：

ΔV＝k1*(T

式中，△V表示风速偏差；k1为冰的导热性能系数；T

所述风向偏差的计算公式如下：

Δθ＝k2*(T

式中，Δθ是风向偏差；k2是冰的热容量系数。

本发明的进一步改进在于：所述根据冰覆盖位置坐标、冰覆盖厚度、表面温度、环境温度、风向偏差和风速偏差采用非线性最小二乘法拟合风向修正公式和风速修正公式的步骤中，具体包括以下步骤：

选择指数函数用来描述冰覆盖位置坐标、冰覆盖厚度、表面温度、环境温度、风向偏差和风速偏差之间的关系；

预设指数函数的参数；

根据风向偏差和风速偏差建立误差函数；

使用非线性最小二乘法对误差函数拟合，使误差函数最小化得到最优参数；

根据最优参数生成风速修正公式和风向修正公式；

风速修正公式：

ΔV1＝f(P,D,Ts,Ta,t)

＝α*(P*e

风向修正公式：

其中，ΔV1表示修正风速偏差；Δθ1表示修正风向偏差；P表示冰覆盖位置坐标；D表示冰覆盖厚度；Ts表示表面温度；Ta表示环境温度；t表示经过的时间；α、β、γ、δ、η、ρ、σ、

本发明的进一步改进在于：所述根据风向修正公式和风速修正公式对风速风向仪的风速数据和风向数据进行修正得到校准风速和校准风向的步骤中，所述校准风速：

V

式中，V

所述校准风向；

θ

式中，θ

第二方面，本发明提供一种冰冻环境下风速风向仪校准装置，包括：

判断模块：用于获取风速风向仪的温度数据和湿度数据，判断是否发生冰冻；

定位模块：当发生冰冻时，以风速风向仪上风速风向传感器得底面中心为原点，建立极坐标系，得到冰覆盖位置坐标；

冰覆盖厚度计算模块：用于获取风速风向传感器的表面温度和环境温度，根据表面温度和环境温度计算冰覆盖厚度；

偏差计算模块：用于冰覆盖温度、冰覆盖面积和参考温度，根据冰覆盖面积、冰覆盖温度和参考温度计算风向偏差和风速偏差；

修正模块：用于冰覆盖位置坐标、冰覆盖厚度、表面温度、环境温度、风向偏差和风速偏差采用非线性最小二乘法拟合风向修正公式和风速修正公式；

校准模块：用于风向修正公式和风速修正公式对风速风向仪的风速数据和风向数据进行修正得到校准风速和校准风向。

第三方面，本发明提供一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在存储器中并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述的一种冰冻环境下风速风向仪校准方法。

第四方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机程序，处计算机程序被处理器执行时实现上述的一种冰冻环境下风速风向仪校准方法。

与现有技术相比，本发明至少包括以下有益效果：

本发明通过对温、湿度等环境参数进行监测，并以此识别冰冻条件以及探测仪器表面的冰覆盖情况。随后，根据冰的形态和传感器的几何结构，估算冰覆盖的位置和厚度。其次，基于冰的导热特性和热容量计算冰覆盖对风速风向仪测量结果的影响。最后，基于最小二乘法建立修正公式，以校正冰覆盖引起的测量误差，通过对冰覆盖情况的实时监测和定量估计，实现了风速风向仪在冰冻环境下测量结果的精确修正。该方案不仅显著提高了仪器在严酷环境下的测量精度，也为后续的风力发电、航空气象预报等领域提供了准确的风速风向信息，具有重要的实际应用价值。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

在附图中：

图1为本发明一种冰冻环境下风速风向仪校准方法的流程图；

图2为本发明一种冰冻环境下风速风向仪校准装置的结构框图。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

以下详细说明均是示例性的说明，旨在对本发明提供进一步的详细说明。除非另有指明，本发明所采用的所有技术术语与本发明所属领域的一般技术人员的通常理解的含义相同。本发明所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而并非意图限制根据本发明的示例性实施方式。

实施例1

一种冰冻环境下风速风向仪校准方法，如图1所示，包括以下步骤：

S1、获取风速风向仪的温度数据和湿度数据，判断是否发生冰冻；

具体的，在S1中包括：

S11、判断环境是否存在冰冻条件；

具体的，在S11中包括：

判断温度数据与冰冻点温度的大小关系，若温度数据大于等于冰冻点温度，则判断未发生冰冻；

若温度数据小于冰冻点温度，则判断湿度数据与饱和湿度的大小关系；

若湿度数据小于等于饱和湿度则判断未发生冰冻；

若湿度数据大于饱和湿度则判断发生冰冻；

冰冻点温度是指在特定的压力下，液体开始转变为固体的温度。当环境温度低于冰冻点温度时，液态水会转变为冰，这意味着存在冰冻条件。因此，通过判断环境温度是否低于冰冻点温度可以初步确定是否存在冰冻条件。

饱和湿度是指在特定温度和压力下，空气中所含的水蒸气达到最大饱和状态的湿度。当湿度超过饱和湿度时，空气中的水蒸气将凝结成液态水，这可能导致冰覆盖的形成。因此，通过判断湿度是否高于饱和湿度，可以推测环境中的水蒸气是否过饱和，从而进一步判断是否存在冰冻条件。

S12、当环境存在冰冻条件时，根据温度数据和湿度数据计算露点温度，若露点温度大于温度数据则判断发生冰冻，若露点温度小于等于温度数据则判断未发生冰冻。

S2、当发生冰冻时，以风速风向仪的风速风向传感器为原点，建立极坐标系，得到冰覆盖位置坐标；

具体的，在S2中，包括以下步骤：

将风速风向仪中风速风向传感器的几何形状抽象为一个半径为r垂直放置的圆柱体，冰覆盖在其顶部。由此设定风速风向传感器的原点位置在圆柱体的底面中心，建立坐标系，并用极坐标来描述冰覆盖位置，其中圆柱体顶面为圆形。在这个坐标系中，R(风速风向传感器到被测风向的垂直距离)是从原点(即风速风向传感器的中心)到圆上某一点的距离，θ(风向)是从x轴到该点的角度。同时考虑风速风向传感器的安装角度α，该角度会影响对风速风向传感器的风效应。假设风速风向传感器垂直安装，α为0；传感器水平安装，α为90度。

基于此，可以将风向和风速风向传感器安装角度的影响转换为冰覆盖可能发生的位置，可以更具体地表示为一个二维坐标P(x,y)，即

x＝R*cos(θ-α)

y＝R*sin(θ-α)

其中，P表示冰覆盖位置坐标，即风速风向传感器表面的特定位置(单位：米)；x、y坐标可以用来表示冰在风速风向传感器表面(假设风速风向传感器是一个立体的圆柱体)的横向位置，即沿着x-y平面的位置；θ是风向(单位：度)；R是风速风向传感器到被测风向的垂直距离(单位：米)；α是风速风向传感器的安装角度(单位：度)。

S3、获取风速风向仪的表面温度和环境温度，根据表面温度和环境温度计算冰覆盖厚度；

具体的，在S3中，根据表面温度和环境温度计算冰覆盖厚度根据公式：

D＝g(Ts,Ta,t)＝(Ts-Ta)*k*t；

式中，D表示冰覆盖厚度(单位：米)；g是厚度估计函数；Ts是表面温度(单位：摄氏度)；Ta是环境温度(单位：摄氏度)；(Ts-Ta)是表面温度Ts和环境温度Ta之间的差值，该温差驱动了热量从传感器传递到环境中，即冰形成的驱动力；t是冰形成过程的持续时间(单位：秒)，可通过气温低于冰点的时间长度简单估计；k是热传导系数，表示冰的热传导性能(单位：米/秒·摄氏度)。

S4、获取冰覆盖温度、冰覆盖面积和参考温度，根据冰覆盖面积、冰覆盖温度和参考温度计算风向偏差和风速偏差；

具体的，在S4中：

简化假设冰的热性能是恒定的，由于冰的导热性，其会影响冰覆盖对风速感应器的散热能力。因为风速感应器的工作原理通常是基于温差的，所以当传感器的冷却能力受到限制时，测量的风速就会偏低。另一方面，冰的温度和覆盖面积决定其对风速感应器散热的影响程度。

风速偏差计算公式如下：

ΔV＝k1*(T

式中，△V表示风速偏差，即冰覆盖引起的风速下降值(单位：米/秒)；k1为冰的导热性能系数(单位：米/秒·摄氏度)。T

简化假设冰的热性能是恒定的，由于冰的热容量，其会影响冰的热平衡过程。因为风向感应器的工作原理也是基于温差的，所以当冰的温度改变时，会影响风向感应器的温度分布，从而导致风向的测量偏差。

风向偏差计算公式如下：

Δθ＝k2*(T

式中，Δθ是风向偏差，即冰覆盖引起的风向偏差值(单位：度)。k2是冰的热容量系数(单位：度)。

k1和k2是冰的特性参数，其值取决于具体的冰质和结构，可以通过实验测量或文献研究得到。T

S5、根据冰覆盖位置坐标、冰覆盖厚度、表面温度、环境温度、风向偏差和风速偏差采用非线性最小二乘法拟合风向修正公式和风速修正公式；

具体的，在S5中，包括以下步骤：

S51、选择指数函数用来描述冰覆盖位置坐标、冰覆盖厚度、表面温度、环境温度、风向偏差和风速偏差之间的关系；

S52、预设指数函数的参数；

具体的，S52中的参数根据经验进行设置，这些参数将作为非线性最小二乘法的起点；

S53、根据风向偏差和风速偏差建立误差函数；

误差函数包括风速误差函数和风向误差函数；

风速误差函数：E

式中，ΔV

风向误差函数：E

式中，Δθ

S54、使用非线性最小二乘法对误差函数拟合，使误差函数最小化得到最优参数；

S55、根据最优参数生成风速修正公式和风向修正公式；

具体的，在S5中根据均方根误差或相关系数评估风速修正公式和风向修正公式与实际观测的拟合程度，均方根误差接近0或相关系数接近1都表示拟合结果准确；

具体的公式表达式将根据所选择的函数形式而有所不同。在本实施例中，使用指数函数形式：

风速修正公式：

ΔV1＝f(P,D,Ts,Ta,t)

＝α*(P*e

风向修正公式：

其中，ΔV1表示修正风速偏差(m/s)；Δθ1表示修正风向偏差(单位：度)；P表示冰覆盖位置坐标(单位：米)；D表示冰覆盖厚度(单位：米)；Ts表示表面温度(单位：摄氏度)；Ta表示环境温度(单位：摄氏度)；t表示经过的时间(单位：秒)；α、β、γ、δ、η、ρ、σ、

S6、根据风向修正公式和风速修正公式对风速风向仪的风速数据和风向数据进行修正得到校准风速和校准风向。

具体的，S6中包括以下步骤：

校准风速：

V

式中，V

校准风向；

θ

式中，θ

实施例2

一种冰冻环境下风速风向仪校准装置，如图2所示，包括：

判断模块：用于获取风速风向仪的温度数据和湿度数据，判断是否发生冰冻；

具体的，在判断模块中包括：

判断环境是否存在冰冻条件；

判断温度数据与冰冻点温度的大小关系，若温度数据大于等于冰冻点温度，则判断未发生冰冻；

若温度数据小于冰冻点温度，则判断湿度数据与饱和湿度的大小关系；

若湿度数据小于等于饱和湿度则判断未发生冰冻；

若湿度数据大于饱和湿度则判断发生冰冻；

冰冻点温度是指在特定的压力下，液体开始转变为固体的温度。当环境温度低于冰冻点温度时，液态水会转变为冰，这意味着存在冰冻条件。因此，通过判断环境温度是否低于冰冻点温度可以初步确定是否存在冰冻条件。

饱和湿度是指在特定温度和压力下，空气中所含的水蒸气达到最大饱和状态的湿度。当湿度超过饱和湿度时，空气中的水蒸气将凝结成液态水，这可能导致冰覆盖的形成。因此，通过判断湿度是否高于饱和湿度，可以推测环境中的水蒸气是否过饱和，从而进一步判断是否存在冰冻条件。

当环境存在冰冻条件时，根据温度数据和湿度数据计算露点温度，若露点温度大于温度数据则判断发生冰冻，若露点温度小于等于温度数据则判断未发生冰冻。

定位模块：当发生冰冻时，用于以风速风向仪的风速风向传感器为原点，建立极坐标系，得到冰覆盖位置坐标；

具体的，在定位模块中，包括以下步骤：

将风速风向仪中风速风向传感器的几何形状抽象为一个半径为r垂直放置的圆柱体，冰覆盖在其顶部。由此设定风速风向传感器的原点位置在圆柱体的底面中心，建立坐标系，并用极坐标来描述冰覆盖位置，其中圆柱体顶面为圆形。在这个坐标系中，R(风速风向传感器到被测风向的垂直距离)是从原点(即风速风向传感器的中心)到圆上某一点的距离，θ(风向)是从x轴到该点的角度。同时考虑风速风向传感器的安装角度α，该角度会影响对风速风向传感器的风效应。假设风速风向传感器垂直安装，α为0；传感器水平安装，α为90度。

基于此，可以将风向和风速风向传感器安装角度的影响转换为冰覆盖可能发生的位置，可以更具体地表示为一个二维坐标P(x,y)，即

x＝R*cos(θ-α)

y＝R*sin(θ-α)

其中，P表示冰覆盖位置坐标，即风速风向传感器表面的特定位置(单位：米)；x、y坐标可以用来表示冰在风速风向传感器表面(假设风速风向传感器是一个立体的圆柱体)的横向位置，即沿着x-y平面的位置；θ是风向(单位：度)；R是风速风向传感器到被测风向的垂直距离(单位：米)；α是风速风向传感器的安装角度(单位：度)。

冰覆盖厚度计算模块：用于获取风速风向仪的表面温度和环境温度，根据表面温度和环境温度计算冰覆盖厚度；

具体的，在冰覆盖厚度计算模块中，根据表面温度和环境温度计算冰覆盖厚度根据公式：

D＝g(Ts,Ta,t)＝(Ts-Ta)*k*t；

式中，D表示冰覆盖厚度(单位：米)；g是厚度估计函数；Ts是表面温度(单位：摄氏度)；Ta是环境温度(单位：摄氏度)；(Ts-Ta)是表面温度Ts和环境温度Ta之间的差值，该温差驱动了热量从传感器传递到环境中，即冰形成的驱动力；t是冰形成过程的持续时间(单位：秒)，可通过气温低于冰点的时间长度简单估计；k是热传导系数，表示冰的热传导性能(单位：米/秒·摄氏度)。

偏差计算模块：用于获取冰覆盖温度、冰覆盖面积和参考温度，根据冰覆盖面积、冰覆盖温度和参考温度计算风向偏差和风速偏差；

具体的，在偏差计算模块中：

简化假设冰的热性能是恒定的，由于冰的导热性，其会影响冰覆盖对风速感应器的散热能力。因为风速感应器的工作原理通常是基于温差的，所以当传感器的冷却能力受到限制时，测量的风速就会偏低。另一方面，冰的温度和覆盖面积决定其对风速感应器散热的影响程度。

风速偏差计算公式如下：

ΔV＝k1*(T

式中，△V表示风速偏差，即冰覆盖引起的风速下降值(单位：米/秒)；k1为冰的导热性能系数(单位：米/秒·摄氏度)。T

简化假设冰的热性能是恒定的，由于冰的热容量，其会影响冰的热平衡过程。因为风向感应器的工作原理也是基于温差的，所以当冰的温度改变时，会影响风向感应器的温度分布，从而导致风向的测量偏差。

风向偏差计算公式如下：

Δθ＝k2*(T

式中，Δθ是风向偏差，即冰覆盖引起的风向偏差值(单位：度)。k2是冰的热容量系数(单位：度)。

k1和k2是冰的特性参数，其值取决于具体的冰质和结构，可以通过实验测量或文献研究得到。T

修正模块：用于根据冰覆盖位置坐标、冰覆盖厚度、表面温度、环境温度、风向偏差和风速偏差采用非线性最小二乘法拟合风向修正公式和风速修正公式；

具体的，在修正模块中，包括以下步骤：

选择指数函数用来描述冰覆盖位置坐标、冰覆盖厚度、表面温度、环境温度、风向偏差和风速偏差之间的关系；

预设指数函数的参数；

具体的，参数根据经验进行设置，这些参数将作为非线性最小二乘法的起点；

根据风向偏差和风速偏差建立误差函数；

误差函数包括风速误差函数和风向误差函数；

风速误差函数：E

式中，ΔV

风向误差函数：E

式中，Δθ

使用非线性最小二乘法对误差函数拟合，使误差函数最小化得到最优参数；

根据最优参数生成风速修正公式和风向修正公式；

具体的，在修正模块中根据均方根误差或相关系数评估风速修正公式和风向修正公式与实际观测的拟合程度，均方根误差较低或相关系数接近1都表示拟合结果准确；

具体的公式表达式将根据所选择的函数形式而有所不同。在本实施例中，使用指数函数形式：

风速修正公式：

ΔV1＝f(P,D,Ts,Ta,t)

＝α*(P*e

风向修正公式：

其中，ΔV1表示修正风速偏差(m/s)；Δθ1表示修正风向偏差(单位：度)；P表示冰覆盖位置坐标(单位：米)；D表示冰覆盖厚度(单位：米)；Ts表示表面温度(单位：摄氏度)；Ta表示环境温度(单位：摄氏度)；t表示经过的时间(单位：秒)；α、β、γ、δ、η、ρ、σ、

校准模块：用于根据风向修正公式和风速修正公式对风速风向仪的风速数据和风向数据进行修正得到校准风速和校准风向。

具体的，校准模块中包括以下步骤：

校准风速：

V

式中，V

校准风向；

θ

式中，θ

实施例3

一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在存储器中并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现一种冰冻环境下风速风向仪校准方法，包括以下步骤：

S1、获取风速风向仪的温度数据和湿度数据，判断是否发生冰冻；

具体的，在S1中包括：

S11、判断环境是否存在冰冻条件；

具体的，在S11中包括：

判断温度数据与冰冻点温度的大小关系，若温度数据大于等于冰冻点温度，则判断未发生冰冻；

若温度数据小于冰冻点温度，则判断湿度数据与饱和湿度的大小关系；

若湿度数据小于等于饱和湿度则判断未发生冰冻；

若湿度数据大于饱和湿度则判断发生冰冻；

冰冻点温度是指在特定的压力下，液体开始转变为固体的温度。当环境温度低于冰冻点温度时，液态水会转变为冰，这意味着存在冰冻条件。因此，通过判断环境温度是否低于冰冻点温度可以初步确定是否存在冰冻条件。

饱和湿度是指在特定温度和压力下，空气中所含的水蒸气达到最大饱和状态的湿度。当湿度超过饱和湿度时，空气中的水蒸气将凝结成液态水，这可能导致冰覆盖的形成。因此，通过判断湿度是否高于饱和湿度，可以推测环境中的水蒸气是否过饱和，从而进一步判断是否存在冰冻条件。

S12、当环境存在冰冻条件时，根据温度数据和湿度数据计算露点温度，若露点温度大于温度数据则判断发生冰冻，若露点温度小于等于温度数据则判断未发生冰冻。

S2、当发生冰冻时，以风速风向仪的风速风向传感器为原点，建立极坐标系，得到冰覆盖位置坐标；

具体的，在S2中，包括以下步骤：

将风速风向仪中风速风向传感器的几何形状抽象为一个半径为r垂直放置的圆柱体，冰覆盖在其顶部。由此设定风速风向传感器的原点位置在圆柱体的底面中心，建立坐标系，并用极坐标来描述冰覆盖位置，其中圆柱体顶面为圆形。在这个坐标系中，R(风速风向传感器到被测风向的垂直距离)是从原点(即风速风向传感器的中心)到圆上某一点的距离，θ(风向)是从x轴到该点的角度。同时考虑风速风向传感器的安装角度α，该角度会影响对风速风向传感器的风效应。假设风速风向传感器垂直安装，α为0；传感器水平安装，α为90度。

基于此，可以将风向和风速风向传感器安装角度的影响转换为冰覆盖可能发生的位置，可以更具体地表示为一个二维坐标P(x,y)，即

x＝R*cos(θ-α)

y＝R*sin(θ-α)

其中，P表示冰覆盖位置坐标，即风速风向传感器表面的特定位置(单位：米)；x、y坐标可以用来表示冰在风速风向传感器表面(假设风速风向传感器是一个立体的圆柱体)的横向位置，即沿着x-y平面的位置；θ是风向(单位：度)；R是风速风向传感器到被测风向的垂直距离(单位：米)；α是风速风向传感器的安装角度(单位：度)。

S3、获取风速风向仪的表面温度和环境温度，根据表面温度和环境温度计算冰覆盖厚度；

具体的，在S3中，根据表面温度和环境温度计算冰覆盖厚度根据公式：

D＝g(Ts,Ta,t)＝(Ts-Ta)*k*t；

式中，D表示冰覆盖厚度(单位：米)；g是厚度估计函数；Ts是表面温度(单位：摄氏度)；Ta是环境温度(单位：摄氏度)；(Ts-Ta)是表面温度Ts和环境温度Ta之间的差值，该温差驱动了热量从传感器传递到环境中，即冰形成的驱动力；t是冰形成过程的持续时间(单位：秒)，可通过气温低于冰点的时间长度简单估计；k是热传导系数，表示冰的热传导性能(单位：米/秒·摄氏度)。

S4、获取冰覆盖温度、冰覆盖面积和参考温度，根据冰覆盖面积、冰覆盖温度和参考温度计算风向偏差和风速偏差；

具体的，在S4中：

简化假设冰的热性能是恒定的，由于冰的导热性，其会影响冰覆盖对风速感应器的散热能力。因为风速感应器的工作原理通常是基于温差的，所以当传感器的冷却能力受到限制时，测量的风速就会偏低。另一方面，冰的温度和覆盖面积决定其对风速感应器散热的影响程度。

风速偏差计算公式如下：

ΔV＝k1*(T

式中，△V表示风速偏差，即冰覆盖引起的风速下降值(单位：米/秒)；k1为冰的导热性能系数(单位：米/秒·摄氏度)。T

简化假设冰的热性能是恒定的，由于冰的热容量，其会影响冰的热平衡过程。因为风向感应器的工作原理也是基于温差的，所以当冰的温度改变时，会影响风向感应器的温度分布，从而导致风向的测量偏差。

风向偏差计算公式如下：

Δθ＝k2*(T

式中，Δθ是风向偏差，即冰覆盖引起的风向偏差值(单位：度)。k2是冰的热容量系数(单位：度)。

k1和k2是冰的特性参数，其值取决于具体的冰质和结构，可以通过实验测量或文献研究得到。T

S5、根据冰覆盖位置坐标、冰覆盖厚度、表面温度、环境温度、风向偏差和风速偏差采用非线性最小二乘法拟合风向修正公式和风速修正公式；

具体的，在S5中，包括以下步骤：

S51、选择指数函数用来描述冰覆盖位置坐标、冰覆盖厚度、表面温度、环境温度、风向偏差和风速偏差之间的关系；

S52、预设指数函数的参数；

具体的，S52中的参数根据经验进行设置，这些参数将作为非线性最小二乘法的起点；

S53、根据风向偏差和风速偏差建立误差函数；

误差函数包括风速误差函数和风向误差函数；

风速误差函数：E

式中，ΔV

风向误差函数：E

式中，Δθ

S54、使用非线性最小二乘法对误差函数拟合，使误差函数最小化得到最优参数；

S55、根据最优参数生成风速修正公式和风向修正公式；

具体的，在S5中根据均方根误差或相关系数评估风速修正公式和风向修正公式与实际观测的拟合程度，均方根误差较低或相关系数接近1都表示拟合结果准确；

具体的公式表达式将根据所选择的函数形式而有所不同。在本实施例中，使用指数函数形式：

风速修正公式：

ΔV1＝f(P,D,Ts,Ta,t)

＝α*(P*e

风向修正公式：

其中，ΔV1表示修正风速偏差(m/s)；Δθ1表示修正风向偏差(单位：度)；P表示冰覆盖位置坐标(单位：米)；D表示冰覆盖厚度(单位：米)；Ts表示表面温度(单位：摄氏度)；Ta表示环境温度(单位：摄氏度)；t表示经过的时间(单位：秒)；α、β、γ、δ、η、ρ、σ、

S6、根据风向修正公式和风速修正公式对风速风向仪的风速数据和风向数据进行修正得到校准风速和校准风向。

具体的，S6中包括以下步骤：

校准风速：

V

式中，V

校准风向；

θ

式中，θ

实施例4

一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述的一种冰冻环境下风速风向仪校准方法。

由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。