基于窄带无线自组网的赛场测风指挥系统及方法技术方案

本发明专利技术提供一种基于窄带无线自组网的赛场测风指挥系统及方法，包括多点高精度测风系统，所述多点高精度测风系统包括风速传感器、无线窄带自组网采集端、无线窄带自组网接收端、智能终端；所述风速传感器与无线窄带自组网采集端通过连接电缆连接，风速传感器采集数据后直接通过连接线传输给无线窄带自组网采集端；无线窄带自组网采集端采集的数据通过无线自组网发送给无线窄带自组网接收端，再通过蓝牙传输到智能终端，利用定制的智能终端的APP对数据进行可视化显示并在后台完成数据的记录。本发明专利技术对雪上项目赛场风场进行超精细时间尺度的描述，实现教练员和运动员对赛场风速风向的实时获取和分析，提高训练效率和比赛成绩，降低受伤风险。降低受伤风险。降低受伤风险。

【技术实现步骤摘要】
基于窄带无线自组网的赛场测风指挥系统及方法


[0001]本专利技术属于信息领域，具体涉及一种基于窄带无线自组网的赛场测风指挥系统及方法。

技术介绍

[0002]雪上项目需要运动员在空中高速完成旋转、飞跃等动作，并在一个最佳的着陆位置安全落地。因此，风速风向的微小变化可能会对运动员圆满完成动作产生重要影响，不仅可能影响运动员的竞技成绩，也可能影响运动员的安全。不同雪上项目赛道的坡向与风向之间形成的空间关系十分复杂，由于风的这种不确定性和时空多变性，雪上项目国家队非常需要实时、高精度的风要素信息来支撑备战训练和比赛。以自由式滑雪空中技巧项目为例，在整个运动过程中，环境风会对运动人员产生顺风向推力、逆风向阻力以及侧向的偏航力，从而会影响运动人员完成动作的稳定性以及后续的着陆过程。同时，由于风速、风向具有波动性和随机变化性，不易控制，会对雪上运动项目参与人员的安全构成威胁。在运动员训练和比赛的过程中，运动员和教练员需要根据赛场的实时风要素信息进行临场决策的调整。
[0003]目前雪上项目国家队训练场地测风仍依赖于风向旗这一原始的测风设备，运动员和教练员依赖于风向旗飘动的形态与方向判断赛道内的风速风向。
[0004]在气象领域，相关工作人员通过风速风向传感器完成对风的测量。目前测风的仪器很多，包括旋转式风速传感器、热历史风速传感器、声学风速传感器等，不同风速传感器适合于不同的使用场景。在采集到足量气象信息后，气象人员会对风场数据进行统计分析，得到最大风速、平均风速等统计指标，并通过风玫瑰图等方式进行可视化显示。
[0005]传统的基于风向标的方法有以下两个主要缺点：1. 缺乏对风的定量描述，难以识别。风向旗形态变化多样，运动员和教练难以根据风向旗准确的判断出当时的风速风向，主要依靠经验进行决策，容易误判，影响训练比赛成绩乃至造成安全风险。2.测量范围有限。根据研究团队风洞实验结果，风速较大时风向旗形态基本保持不变（接近水平），难以进一步反映风速的变化。
[0006]而引入气象领域的风速传感器可以解决上述缺陷，但会带来新的问题：1）气象中测风仪器往往是独立工作，测量单一点位的风速风向。而赛道上不同点位的风速风向差别很大，单点测风难以描述风场在复杂赛场中的变化。2）缺乏数据实时传输链路，测风仪器数据导出困难。运动比赛中的训练决策要在数秒内完成，传统的先数据采集后统计分析的工作流程难以满足雪上项目训练和比赛高实时性的要求。3）缺乏对应的可视化手段，因而运动员和教练员难以直观的理解风速风向测量结果。
[0007]综上所述，目前缺少一套专门针对雪上项目训练比赛的高精度高实时性的多点测风系统。

技术实现思路

[0008]为解决训练比赛过程中无法准确快速地感知赛场风场的问题，本专利技术提供一种基于窄带无线自组网的赛场测风指挥系统及方法，针对原来的风向旗测风缺乏定量描述问题，本专利技术引入超声波风速传感器，并针对每类雪上项目赛场不同的特点设计专属的测风方案，形成多点测风网络，准确地测量不同项目赛场的风场信息；针对风速传感器数据处理滞后问题，本专利技术构建了一种基于超窄带自组织移动通信协议的信号传输系统，能够对风速传感器采集到的数据进行实时、加密、高保真的传输；针对雪上项目的教练员和运动员难以理解测风结果问题，本专利技术引入智能终端进行风场数据的接收、存储、处理与分析，并利用开发的专有APP进行实时的结果展示。
[0009]为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种基于窄带无线自组网的赛场测风指挥系统，包括多点高精度测风系统，所述多点高精度测风系统包括风速传感器、无线窄带自组网采集端、无线窄带自组网接收端、智能终端；所述风速传感器与无线窄带自组网采集端通过连接电缆连接，风速传感器采集数据后直接通过连接线传输给无线窄带自组网采集端；无线窄带自组网采集端采集的数据通过无线自组网发送给无线窄带自组网接收端，再通过蓝牙传输到智能终端，利用定制的智能终端的APP对数据进行可视化显示并在后台完成数据的记录；所述风速传感器获取秒级的风速、风向、气温、相对湿度与气压数据，对雪上项目赛场风场进行超精细时间尺度的描述，实现教练员和运动员对赛场风速风向的实时获取和分析，可以提高训练效率和比赛成绩，降低运动员受伤风险。
[0010]进一步地，所述智能终端为Pad、手机或腕表。
[0011]进一步地，所述风速传感器为超声风速传感器；所述风速传感器安装组件包括弹簧、带垫圈的螺母、安装支架、立柱管；架设所述风速传感器时，利用耐低温、高强度的立柱管进行地面的支撑与固定；然后用扳手旋出带垫圈的螺母，松动弹簧，将安装支架套在立柱管上；最后将风速传感器北向指向罗盘显示的真北方向，旋入带垫圈的螺母，使得安装支架紧贴立柱管。
[0012]进一步地，所述风速传感器的电源和数据线共用一条电缆，内含4根线，包括2根电源线，2根RS485数据线；所述无线窄带自组网采集端的设备箱整机利用24V直流供电，并将24V直流电进行防浪涌处理后连接各风速传感器，为其供电；RS485数据线将各风速传感器串联后，连接到采集箱内的无线窄带自组网采集器，为其提供风速风向的业务数据。
[0013]进一步地，每个风速传感器设置不同的ID号，当无线窄带自组网采集端获取其中某个风速传感器数据时，先下发数据传输指令，其中命令中包含ID号，所有风速传感器同时接收到此命令，各个风速传感器检查命令中的ID号码与自身的ID号码是否一致，若不一致，则忽略，不做任何处理；否则，根据命令中的信息回传风速传感器的数据至无线窄带自组网采集端。
[0014]进一步地，利用无线窄带自组网采集端采集到的数据通过无线窄带自组网分发到各个无线窄带自组网接收端；无线窄带自组网通过物理层、网络层、业务层构成无线窄带自组网信息传输系统，通过提供数据传输、信道接入、选路功能来完成端到端的数据传送；所述业务层完成数据传输功能；所述网络层在所有节点设备中实现，完成节点接入、频率和时隙调度、干扰避免、丢包率统计、路由选路以及休眠功能；物理层最终形成控制子帧和数据
子帧；所述控制子帧用于发送网络接入控制消息、网络配置消息和调度消息，所述数据子帧用于发送业务数据。
[0015]进一步地，所述无线窄带自组网接收端接收到数据后通过蓝牙传输给配对的手持的智能终端；手持的智能终端上的APP通过连接蓝牙设备周期性地接收到雪上项目风场的数据，对于接收到的赛道风数据，根据蓝牙数据协议对数据进行解析和校验，获取3~15个风速传感器所在位置处的风速和风向数据，将测风数据换算成影响比赛的综合风作用指数、风稳定度、射击弹着点及下一轮校枪参数数据等，以文件方式和数据库方式进行存储并在智能终端进行展示。
[0016]本专利技术还提供一种基于窄带无线自组网的赛场测风指挥系统的指挥方法，包括如下步骤：步骤1）根据场地特性和队伍需求，定制赛道测风方案在多个位置布置风速传感器；步骤2）使用连接电缆将多个风速传感器连接至无线窄带自组网采集端；步骤3）将无线窄带自组网采集端接通电源；步骤4）使用定制的智能终端，通过蓝牙连接无线窄带自本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于窄带无线自组网的赛场测风指挥系统，其特征在于：包括多点高精度测风系统，所述多点高精度测风系统包括风速传感器、无线窄带自组网采集端、无线窄带自组网接收端、智能终端；所述风速传感器与无线窄带自组网采集端通过连接电缆连接，风速传感器采集数据后直接通过连接线传输给无线窄带自组网采集端；无线窄带自组网采集端采集的数据通过无线自组网发送给无线窄带自组网接收端，再通过蓝牙传输到智能终端，利用定制的智能终端的APP对数据进行可视化显示并在后台完成数据的记录；所述风速传感器获取秒级的风速、风向、气温、相对湿度与气压数据，对雪上项目赛场风场进行超精细时间尺度的描述，实现教练员和运动员对赛场风速风向的实时获取和分析，提高训练效率和比赛成绩，降低运动员受伤风险。2.根据权利要求1所述的一种基于窄带无线自组网的赛场测风指挥系统，其特征在于：所述智能终端为Pad、手机或腕表。3.根据权利要求1所述的一种基于窄带无线自组网的赛场测风指挥系统，其特征在于：所述风速传感器为超声风速传感器；架设所述风速传感器时，利用耐低温、高强度的立柱管进行地面的支撑与固定。4.根据权利要求1所述的一种基于窄带无线自组网的赛场测风指挥系统，其特征在于：所述风速传感器的电源和数据线公用一条电缆，内含4根线，包括2根电源线，2根RS485数据线；所述无线窄带自组网采集端的设备箱整机利用24V直流供电，并将24V直流电进行防浪涌处理后连接各风速传感器，为其供电；RS485数据线将各风速传感器串联后，连接到采集箱内的无线窄带自组网采集器，为其提供风速风向的业务数据。5.根据权利要求1所述的一种基于窄带无线自组网的赛场测风指挥系统，其特征在于：每个风速传感器设置不同的ID号，当无线窄带自组网采集端获取其中某个风速传感器数据时，先下发数据传输指令，其中命令中包含ID号，所有风速传感器同时接收到此命令，各个风速传感器检查命令中的ID号码与自身的ID号码是否一致，若不一致，则忽略，不做任何处理；否则，根据命令中的信息回传风速传感器的数据至无线窄带自组网采集端。6.根据权利要求1所述的一种基于窄...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵芸，李飞，李津平，王国军，张婷婷，卞小林，
申请(专利权)人：中国科学院空天信息创新研究院，
类型：发明
国别省市：