風(fēng)矢量結(jié)構(gòu)及意義

風(fēng)矢量由2部分組成，分別為風(fēng)向桿與風(fēng)羽（或風(fēng)三角）。

風(fēng)向桿：指出風(fēng)的來向，表示為一根豎線。桿長約0.6～0.8厘米。桿的一端止于站圈（或站點(diǎn)上空某高度處），另一端指向風(fēng)的來向，并在桿的末端填寫風(fēng)羽。風(fēng)向常用8個(gè)方位（東、東南、南、西南、西、西北、北、東北）表示，在氣象觀測(cè)記錄上則使用16個(gè)方位（除8個(gè)方位之外還有：北東北、東東北、東東南、南東南、南西南、西西南、西西北、北西北）表示。

風(fēng)羽：分別用長劃線和短劃線或者與風(fēng)三角組合的方式表示風(fēng)速的大小，垂直于風(fēng)向桿末端順時(shí)針向一側(cè)（北半球）。一條長劃線表示4米/秒，一條短劃線表示2米/秒（風(fēng)三角表示20米/秒）。

風(fēng)矢量是按極坐標(biāo)方式，以正北為基準(zhǔn)，根據(jù)風(fēng)向和風(fēng)速大小所畫的線。按順時(shí)針方向，自正北方向線到矢線間的夾角度數(shù)為風(fēng)的來向，矢線的長度與風(fēng)速大小成正比。

在天氣圖上，有兩種表示風(fēng)向的標(biāo)志，一種是短箭頭，另一種即為風(fēng)矢量。前者只能表示風(fēng)向，即箭頭所指為風(fēng)的去向；后者能同時(shí)表示風(fēng)向及風(fēng)速，形如英文字母“F”。

風(fēng)速測(cè)量的實(shí)現(xiàn)方法有很多種，下面是常用的一些風(fēng)速測(cè)量方法的總結(jié)，這些方法利用不同的測(cè)量原理，每種方法都有自己的特點(diǎn)。

風(fēng)車型風(fēng)速傳感器

將對(duì)稱葉片擺任何角度做成風(fēng)車架，迎風(fēng)時(shí)風(fēng)車架將轉(zhuǎn)動(dòng)，其轉(zhuǎn)速與風(fēng)速成正比關(guān)系。為提高測(cè)量性能就必須研究其葉片的幾何形狀、尺寸與回轉(zhuǎn)面呈的角度，最佳升阻比以及葉片數(shù)量等參數(shù)。為此研制出風(fēng)車轉(zhuǎn)速與風(fēng)速成線性正比關(guān)系的儀器。

風(fēng)杯風(fēng)速傳感器

自從130多年前魯賓遜推出4杯風(fēng)速表以來，經(jīng)過很多年改進(jìn)與演變，如今這種儀器多采用三杯錐形杯的風(fēng)杯架，而且杯徑與架臂之比也有了比較科學(xué)的依據(jù)。風(fēng)速與風(fēng)杯的轉(zhuǎn)速大致呈線性關(guān)系。

風(fēng)壓式風(fēng)向風(fēng)速傳感器

利用半導(dǎo)體工藝制成P型或N型應(yīng)變片，風(fēng)壓作用于應(yīng)變片會(huì)使其電阻值發(fā)生變化，然后利用電路將電阻變化轉(zhuǎn)變成電壓（或電流）進(jìn)行測(cè)量。通過比較電路選出最大風(fēng)壓值的孔（裝有壓敏元件）作為風(fēng)向，風(fēng)速則是先把各壓敏元件所受風(fēng)壓消去負(fù)壓后，再加以合成正壓而得。

聲學(xué)風(fēng)速表

聲學(xué)測(cè)風(fēng)速中，超聲波測(cè)風(fēng)法應(yīng)用的比較廣泛，測(cè)量方法主要有脈沖聲程時(shí)差法、相位差法和頻率差法等。從精度、穩(wěn)定度、測(cè)量范圍及雜音等多方面因素考慮，目前多用脈沖聲程時(shí)差法。超聲波風(fēng)速計(jì)是利用兩個(gè)方向的風(fēng)速輸出以矢量合成而同時(shí)得到風(fēng)向和風(fēng)速的。

風(fēng)向測(cè)量

風(fēng)向測(cè)量最常用的方法主要有以下幾種：第一種就是常用的風(fēng)向標(biāo)法，這也是風(fēng)杯風(fēng)標(biāo)式測(cè)風(fēng)儀的測(cè)量方法。風(fēng)向標(biāo)又分以下幾種：

（1）矩形平板單葉風(fēng)標(biāo)，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，提供的測(cè)量數(shù)據(jù)也可靠，但對(duì)風(fēng)感應(yīng)靈敏度差，振動(dòng)衰減也不好。

（2） 張角雙葉風(fēng)標(biāo)，該結(jié)構(gòu)可以增加低風(fēng)速時(shí)的轉(zhuǎn)矩，對(duì)風(fēng)具有較大的靈敏度，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造相對(duì)困難。

（3） 尾翼風(fēng)標(biāo)，這是螺旋風(fēng)速風(fēng)向儀通常采用的風(fēng)向標(biāo)。其具有美觀的流線型，靈敏度高，靜特性好。

第二種方法就是前文所提到的超聲波測(cè)風(fēng)儀所采用的測(cè)風(fēng)方法，其采用超聲波探頭擺成三角形狀利用超聲波各個(gè)接收探頭間的順風(fēng)逆風(fēng)時(shí)間差進(jìn)行計(jì)算得到風(fēng)向風(fēng)速值。另外還有一些新穎的方法，例如有人研究利用仿生學(xué)原理的觸須傳感器來測(cè)量風(fēng)向，該種傳感器靈敏度高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低廉，對(duì)測(cè)量風(fēng)速也有很好的效果。不過目前該種傳感器還處于理論研究階段，離真正實(shí)用還有一定的差距。

風(fēng)矢量包含風(fēng)速和風(fēng)向信息。有效地監(jiān)測(cè)風(fēng)矢量信息，不僅可以為人們提供日常出行的參考，同時(shí)可為監(jiān)測(cè)各種天氣氣候?yàn)?zāi)害提供依據(jù)。強(qiáng)烈天氣和氣候系統(tǒng)的緩變和突變對(duì)國家安全的很多方面產(chǎn)生影響，需要從戰(zhàn)略高度為軍事安全、國土安全、公共安全、環(huán)境安全、生態(tài)安全、能源安源、糧食安全、水資源安全等方面提供全方位氣象保障服務(wù)。

無論是氣象應(yīng)用還是風(fēng)能利用，首要的任務(wù)就是準(zhǔn)確獲得風(fēng)矢量信息。高質(zhì)量風(fēng)矢量測(cè)量儀器的設(shè)計(jì)將為氣象應(yīng)用與風(fēng)能利用提供有力的數(shù)據(jù)。 2100433B

矢量之間的運(yùn)算要遵循特殊的法則。矢量加法一般可用平行四邊形法則。由平行四邊形法則可推廣至三角形法則、多邊形法則或正交分解法等。矢量減法是矢量加法的逆運(yùn)算，一個(gè)矢量減去另一個(gè)矢量，等于加上那個(gè)矢量的負(fù)矢量。A-B=A (-B)。矢量的乘法。矢量和標(biāo)量的乘積仍為矢量。矢量和矢量的乘積，可以構(gòu)成新的標(biāo)量，矢量間這樣的乘積叫標(biāo)積；也可構(gòu)成新的矢量，矢量間這樣的乘積叫矢積。例如，物理學(xué)中，功、功率等的計(jì)算是采用兩個(gè)矢量的標(biāo)積。W=F·S，P=F·v，物理學(xué)中，力矩、洛倫茲力等的計(jì)算是采用兩個(gè)矢量的矢積。M=r×F，F(xiàn)=qv×B。

我國各地興建的許多地下停車場(chǎng)，不僅安裝大量光源，并且24小時(shí)照明，浪費(fèi)了大量電能。矢量照明的應(yīng)用即當(dāng)有人、車出入需要照明時(shí)，系統(tǒng)會(huì)在高亮狀態(tài)下運(yùn)行，反之則保持節(jié)電的低亮狀態(tài)，比傳統(tǒng)照明方式節(jié)電80%以上。

矢量照明的原理即矢量圖像的原理。矢量圖像由被稱為矢量的數(shù)學(xué)對(duì)象定義的線條和曲線組成。 矢量根據(jù)圖像的幾何特性描繪圖像。 例如，矢量圖形中的靴帶由特定的寬度和長度定義，設(shè)置在特定位置，并以特定顏色填色。 不論是移動(dòng)靴帶、調(diào)整其大小，還是更改其顏色，都不會(huì)降低圖形的品質(zhì)。同樣光束也可以根據(jù)不同的照明需要和照明環(huán)境、照明風(fēng)格設(shè)計(jì)進(jìn)行調(diào)整，即達(dá)到了視覺美化效果，也保證了光源質(zhì)量。

傳統(tǒng)照明只有一個(gè)單一的亮度指標(biāo)，只調(diào)明暗，而矢量照明則是一個(gè)多維度、多參量照明。相對(duì)傳統(tǒng)照明而言，它的優(yōu)勢(shì)更加明顯：不僅能調(diào)明暗，還能調(diào)色溫、色調(diào)，如可以根據(jù)個(gè)人喜好和場(chǎng)所需要調(diào)成偏綠、偏藍(lán)、偏紅等不同風(fēng)格。LED光源出現(xiàn)后，把照明的概念拓展了，不光是一個(gè)照亮的問題，更重要的是發(fā)揮了一種環(huán)境渲染、改變氛圍、增加情趣、調(diào)節(jié)情緒、改變心情的功能，從而給照明燈具賦予了新的內(nèi)涵。2100433B

矢量，數(shù)學(xué)術(shù)語，又稱向量。既有大小又有方向的量。一般來說，在物理學(xué)中稱作矢量，在數(shù)學(xué)中稱作向量。在計(jì)算機(jī)，矢量圖可以無限放大永不變形。

矢量的概念實(shí)際上根源于格式塔心理學(xué)對(duì)人的視知覺的研究。格式塔心理學(xué)建立在大量實(shí)證的基礎(chǔ)之上，主要研究人的知覺。格式塔心理學(xué)認(rèn)為，我們?nèi)祟愒诟兄h(huán)境時(shí)，總是傾向于在頭腦中去填充信息的缺失，使其成為易于掌控的完整的圖案和形態(tài)。

比如下圖。圖1A圖中的完形結(jié)果是左面的兩個(gè)圓是一組，而圖1B圖的完形結(jié)果是右面的兩個(gè)圓是一組。通過那兩個(gè)鼻子，三個(gè)圖形的位置并沒有變，我們改變了三個(gè)圓之間的“力”。 圖1　A圖中左面兩個(gè)圓之間的“引力”較大，讓我們認(rèn)為它們倆是一組。而圖1B圖中的兩個(gè)小鼻子，為右面的兩個(gè)圓形之間添加了一個(gè)更強(qiáng)大的吸引力，大過了左面兩個(gè)圓之間的吸引力，我們覺得它們倆成了一組。 　由于心理完形的存在，對(duì)圖像的認(rèn)識(shí)，人們就具有了共通的傾向性。這被格式塔心理學(xué)稱為“力”。 　在電影中，這種屏幕內(nèi)的力引導(dǎo)觀眾的實(shí)現(xiàn)從一點(diǎn)到另一點(diǎn)。這樣的力具有方向和強(qiáng)度，被稱為“矢量”。

矢量圖像，也稱為面向?qū)ο蟮膱D像或繪圖圖像，在數(shù)學(xué)上定義為一系 列由線連接的點(diǎn)。矢量文件中的圖形元素稱為對(duì)象。每個(gè)對(duì)象都是一個(gè)自成一體的實(shí)體，它具有顏色、形狀、輪廓、大小和屏幕位置等屬性。既然每個(gè)對(duì)象都是一個(gè)自成一體的實(shí)體，就可以在維持它原有清晰度和彎曲度的同時(shí)，多次移動(dòng)和改變它的屬性，而不會(huì)影響圖例中的其它對(duì)象。這些特征使基于矢量的程序特別適用于圖例和三維建模，因?yàn)樗鼈兺ǔＲ竽軇?chuàng)建和操作單個(gè)對(duì)象?；谑噶康睦L圖同分辨率無關(guān)。這意味著它們可以按最高分辨率顯示到輸出設(shè)備上。