基于北斗卫星的风特性监测系统及监测方法与流程

本发明涉及一种环境监测技术领域，特别涉及一种基于北斗卫星的风特性监测系统及监测方法。

背景技术：

高速铁路在现在的交通运输领域发挥着越来越大的作用，但是现在的高速列车在高速铁路轨道上运行过程中，对大风特别是横风的作用十分敏感，大风作用对列车的行车安全和准点运行带来了极大的挑战。例如，而在我国兰新铁路的“百里风区”，自通车以来，因大风引起的列车脱轨、倾覆事故达30起，吹翻货车110辆；2003年，因大风封闭时间长达50小时，造成直接经济损失2800万元。

因此，为了降低大风对高速列车安全运行的影响，目前国内外的高速铁路防灾安全系统一般都采用在野外设置风特性监测站。其实，野外风特性监测站一直是桥梁风工程研究人员必须直面的难题，对于现场通信是否良好、传感器的耐候性、电力供应等诸多不可控因素，都可以成为影响现场风特性是否能够持续、实时监测的控制性因素。

现阶段，在桥梁抗风领域常用的现场风特性监测，其通信主要是通过移动网络覆盖区域2G/3G网络GPRS将现场实测的原始数据远程传回研究中心站；但是在存在通信盲区，GPRS方案无法实施的山区，所采集的数据是无法正常的进行实时通信，而且远程控制中心也无法进行实时监控，更无法判断其数据采集的持续性状态；另外，对于高海拔、低气温等复杂地形修建的桥址，该类特殊的地形气候环境导致的风剖面、紊流度、风攻角、风向角、阵风系数、甚至包括空气密度等参数与常规地区也都有所不同，难以直接从以往的桥梁抗风研究中获取经验值，均需要开展针对性的研究，针对该特殊地形环境需要监测风场的参数较多，要求传感器采样频率高达4Hz，直接导致其实时采集的数据量较大，对于现有的研究手段和方式无法解决此类特殊地形所在通信盲区的大数据量的存储问题，以及传输和实时监测的问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术中所存在的现有复杂地形区域存在通信盲区和GPRS方案无法实施时，所采集的风场数据量大而存在存储问题，无法正常的进行实时通信，而且远程控制中心也无法进行实时监控，更无法判断其数据采集的持续性状态的上述不足，提供一种基于北斗卫星的风特性监测系统，同时还提供了其基于北斗卫星的风特性监测方法。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种基于北斗卫星的风特性监测系统，包括：

现场采集装置，包括至少2个数据采集通道，其中至少一个数据采集通道通过超声波气象传感器采集现场风特性数据；

数据储存处理装置，对现场采集装置所述采集的风特性数据进行本地存储，并且对回传数据进行封装处理；

北斗卫星短报文通信装置，包括北斗数传通讯终端和北斗指挥机，所述北斗数传通讯终端用于将回传数据发送至北斗卫星，再通过北斗卫星转发至北斗指挥机，所述北斗数传通讯终端、北斗卫星和北斗指挥机构建起一组基于北斗卫星短报文通信的数据回传链路；

供电装置，为所述现场采集装置、数据储存处理装置和北斗数传通讯终端提供正常工作的电源；

远程监控装置，包括服务器和监测终端，所述服务器与北斗指挥机通信连接，并用于对北斗指挥机接收到的数据进行接收和存储，所述监测终端用于对服务器所接收的回传数据进行实时监测。

该基于北斗卫星的风特性监测系统，通过采用现场采集装置来对现场风特性数据实时采集，采用数据储存处理装置对风特性数据进行实时本地存储和对回传数据进行封装处理，采用北斗卫星短报文通信装置对回传数据进行通信传输，并发送至远程监控装置，实现对回传数据的实时监测；该监测系统解决了在现有铁路大跨度桥梁抗风设计现场风特性实测研究工作中，存在通信困难、数据存储困难、数据传输困难、系统供电的现场难题，该监测系统能够存储的现场风特性数据量大，而且能够将存储的数据中少部分作为回传数据通过北斗卫星短报文通信装置顺利发送至远程监控装置，实现远程监测装置和现场采集装置、数据储存处理装置和北斗数传通讯终端的通信连接，该监测终端能够对现场各装置的正常工作状态进行实时监控，能够实时判断其数据采集的持续性状态。

该系统性能稳定，数据合理可靠，可以应用于无GPRS通信区域的风特性的数据通信和实时现场监测，还可以推广运用到各铁路大跨度桥梁桥址区现场监测工作中。

优选地，所述现场采集装置的不同采集通道分别采集不同高度的现场风特性数据。

一般的来说，山区的风特性在山下开阔地带与山顶具有相同的梯度风速，但却有不同的平均风剖面与梯度风高度，且在过渡区的风场特性更加复杂；因此，通过不同的采集通道来采集不同高度(即具有一定高度差)的现场风特性数据，采集在监测点梯度面上的不同位置风特性数据，能够更为客观的、全面的反应该监测点所在环境的现场风特性变化规律。

优选地，所述现场采集装置采集的现场风特性数据包括瞬时风速、平均风速、脉动风速、地表粗糙度、风速放大系数和风攻角参数。

上述的平均风速是指监测点所在的超声波气象传感器或机械式风速风向仪所监测的在单位时间如10分钟内所有瞬时风速数据的平均风速值。另外，现场采集装置所采集的现场风特性数据的参数不局限于上述，可以根据实际采集所需要的相关参数的风特性数据。

优选地，所述现场采集装置包括至少一台超声波气象传感器和若干个机械式风速风向仪，其中所有所述超声波气象传感器的安装高度均高于所有所述机械式风速风向仪的安装高度。

一般来说，现有的机械式风速风向仪只能监测风向角等水平方向的相关参数，其采样频率只能达到1Hz，成本较低；而采用超声波传感器还能采集风攻角等竖直方向的相关参数，采集数据类型更广泛，采样频率达到4Hz，数据采集量更大，数据更加全面，当然成本也更高。而且在监测点所采集的梯度面上，越高的位置，各个风特性参数变化更剧烈，所需要采集的参数更多、其数据量也更大，因此将监测点所采集的较高的位置安装超声波气象传感器进行数据采集，在较低位置安装机械式风速风向仪进行采集，这样得到的数据更加全面，在满足需要的同时也综合考虑了采集成本。

优选地，所述数据储存处理装置包括主控系统、内部SD卡和外部SD卡，所述内部SD卡用于内部冗存储所述现场采集装置所采集的现场风特性数据，所述外部SD卡为热插拔并用于备份内部SD卡中的现场风特性数据。

该主控系统的作用是当现场风特性数据采集后完成数据的本地存储。设计了内部SD卡冗余存储和外部SD卡冗余存储，所采集的数据首先保存在内部SD卡内，每天的数据设计在设定的时间点自动备份到外部SD卡内，其中外部SD卡支持热插拔；这样的设计可以满足完整的数据保存到本地，同时为了方便本地数据提取设计了外部SD卡存储，在取出外部SD卡提取数据时，不影响当前本地数据的存储。

优选地，所述供电装置为太阳能光伏供电装置，包括太阳能电池板、控制器、胶体蓄电池以及防雷部件。

由于该监测系统的现场采集装置、数据储存处理装置以及北斗数传通讯终端均置于野外，为了方便供电，该供电装置采用太阳能光伏供电装置，为确保整个监测系统的白天和晚上的稳定运行，采用太阳能板和蓄电池设计，另外，为了保证系统即使在无日照情况下，最大工作时间也可达到连续几天，可以提高太阳能板的功率和蓄电池的容量。

优选地，所述监测系统还包括安装于现场监测点的至少一个测风塔，每个所述测风塔上均安装所述现场采集装置、数据储存处理装置以及北斗数传通讯终端；所有所述测风塔上的北斗数传通讯终端通过北斗卫星将数据均发送至远程监控装置的北斗指挥机。

采用测风塔作为载体，便于将现场采集装置的每个超声波气象传感器和每个机械式风速风向仪按照一定的高度差分别安装在测风塔上，便于测量监测点各高度的风特性参数数据，同时也便于将数据储存处理装置和北斗数传通讯终端进行安装。

本发明还提供了一种基于北斗卫星的风特性的监测方法，包括采用了如上述的一种基于北斗卫星的风特性监测系统，其监测方法包括如下步骤：

步骤一、在现场监测点安装测风塔，并在所述测风塔上分别安装现场采集装置、数据储存处理装置和北斗数传通讯终端，将供电装置分别连接现场采集装置、数据储存处理装置、北斗数传通讯终端，并调试将北斗数传通讯终端与北斗卫星通信连接；

步骤二、在远程监控中心安装远程监控装置，将连接服务器、监测终端与北斗指挥机通信连接，并调试将北斗指挥机于北斗卫星通信连接；

步骤三、启动各装置工作，所述现场采集装置实时采集现场风特性的数据，所述数据储存处理装置对现场风特性的数据本地冗余存储，并且对回传数据进行封装处理并发送至北斗数传通讯终端，北斗数传通讯终端将回传数据发送至北斗卫星，再通过北斗卫星转发至北斗指挥机，北斗指挥机将接收到的数据发送至服务器并进行存储，所述监测终端对服务器所接收的回传数据进行实时监测；

步骤四、所述监测终端判断最新回传数据的变化，如果最新回传数据时间与北京时间不一致，并且最新回传数据时间和数据均不变化，则发出监测点“异常工作状态”的信号；如果最新回传数据时间与北京时间一致，并且最新回传数据时间和数据均在发生变化，这发出监测点“正常工作状态”信号。

该基于北斗卫星的风特性的监测方法，能够通过采用基于北斗卫星的风特性监测系统，采用在监测点安装测风塔，测风塔上分别安装的现场采集装置、数据储存处理装置和北斗数传通讯终端，同时采用远程监测装置和现场采集装置、数据储存处理装置和北斗数传通讯终端的通信连接，能够对现场风特性数据进行采集和存储，其能够实现的存储数据量大，并且而且能够将存储的数据中少部分作为回传数据通过北斗卫星短报文通信装置顺利发送至远程监控装置，以实现监测终端能够对现场各装置的正常工作状态进行实时监控，能够实时判断其数据采集的持续性状态，该监测方法操作简单、实时监测效率高，尤其适用于在无GPRS通信区域的高原山区地带风特性数据采集、存储和发送装置的实时监测。

优选地，所述步骤三中的现场采集装置包括有至少一个超声波气象传感器和至少一个机械式风速风向仪，所述超声波气象传感器的采样频率为4Hz，所述机械式风速风向仪采样频率为1Hz。

优选地，所述步骤三中的数据储存处理装置对现场风特性的数据进行实时本地冗余存储处理，并在每间隔所要求单位时间内的现场风特征各个参数的最大值提取为回传数据来进行封装，并通过北斗数传通讯终端、北斗卫星和北斗指挥机发送并传输至远程监控中心。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

1、本发明所述的一种基于北斗卫星的风特性监测系统，通过采用现场采集装置来对现场风特性数据实时采集，采用数据储存处理装置对风特性数据进行实时本地存储和对回传数据进行封装处理，采用北斗卫星短报文通信装置对回传数据进行通信传输，并发送至远程监控装置，实现对回传数据的实时监测；该监测系统解决了在现有铁路大跨度桥梁抗风设计现场风特性实测研究工作中，存在通信困难、数据存储困难、数据传输困难、系统供电的现场难题，该监测系统能够存储的现场风特性数据量大，而且能够将存储的数据中少部分作为回传数据通过北斗卫星短报文通信装置顺利发送至远程监控装置，实现远程监测装置和现场采集装置、数据储存处理装置和北斗数传通讯终端的通信连接，该监测终端能够对现场各装置的正常工作状态进行实时监控，能够实时判断其数据采集的持续性状态；该系统性能稳定，数据合理可靠，可以应用于无GPRS通信区域的风特性的数据通信和实时现场监测，还可以推广运用到各铁路大跨度桥梁桥址区现场监测工作中；

2、本发明所述的一种基于北斗卫星的风特性监测系统，通过不同的采集通道来采集不同高度(即具有一定高度差)的现场风特性数据，采集在监测点梯度面上的不同位置风特性数据，能够更为客观的、全面的反应该监测点所在环境的现场风特性变化规律；

3、本发明所述的一种基于北斗卫星的风特性监测系统，其中的数据储存处理装置设有的主控系统可以用于当现场风特性数据采集后完成数据的本地存储；还设计了内部SD卡冗余存储和外部SD卡冗余存储，所采集的数据首先保存在内部SD卡内，每天的数据设计在设定的时间点自动备份到外部SD卡内，其中外部SD卡支持热插拔；这样的设计可以满足完整的数据保存到本地，同时为了方便本地数据提取设计了外部SD卡存储，在取出外部SD卡提取数据时，不影响当前本地数据的存储；

4、本发明所述的一种基于北斗卫星的风特性监测系统，采用测风塔作为载体，便于将现场采集装置的每个超声波气象传感器和每个机械式风速风向仪按照一定的高度差分别安装在测风塔上，便于测量监测点各高度的风特性参数数据，同时也便于将数据储存处理装置和北斗数传通讯终端进行安装；

5、基于北斗卫星的风特性的监测方法，能够通过采用基于北斗卫星的风特性监测系统，采用在监测点安装测风塔，测风塔上分别安装的现场采集装置、数据储存处理装置和北斗数传通讯终端，同时采用远程监测装置和现场采集装置、数据储存处理装置和北斗数传通讯终端的通信连接，能够对现场风特性数据进行采集和存储，其能够实现的存储数据量大，并且而且能够将存储的数据中少部分作为回传数据通过北斗卫星短报文通信装置顺利发送至远程监控装置，以实现监测终端能够对现场各装置的正常工作状态进行实时监控，能够实时判断其数据采集的持续性状态，该监测方法操作简单、实时监测效率高，尤其适用于在无GPRS通信区域的高原山区地带风特性数据采集、存储和发送装置的实时监测。

附图说明：

图1为本发明所述一种基于北斗卫星的风特性监测系统中各装置构成图；

图2为本发明一种基于北斗卫星的风特性监测系统的工作示意图；

图3为本发明一种基于北斗卫星的风特性监测系统中测风塔的结构示意图；

图4为本发明一种基于北斗卫星的风特性监测方法的流程示意图。

图中标记：

1、测风塔，2、超声波气象传感器，3、机械式风速风向仪。

具体实施方式

下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

实施例1

如图1、2所示，一种基于北斗卫星的风特性监测系统，包括：

现场采集装置，包括至少2个数据采集通道，其中至少一个数据采集通道通过超声波气象传感器2采集现场风特性数据；

数据储存处理装置，对现场采集装置所述采集的风特性数据进行本地存储，并且对回传数据进行封装处理；

北斗卫星短报文通信装置，包括北斗数传通讯终端和北斗指挥机，所述北斗数传通讯终端用于将回传数据发送至北斗卫星，再通过北斗卫星转发至北斗指挥机，所述北斗数传通讯终端、北斗卫星和北斗指挥机构建起一组基于北斗卫星短报文通信的数据回传链路；

供电装置，为所述现场采集装置、数据储存处理装置和北斗数传通讯终端提供正常工作的电源；

远程监控装置，包括服务器和监测终端，所述服务器与北斗指挥机通信连接，并用于对北斗指挥机接收到的数据进行接收和存储，所述监测终端用于对服务器所接收的回传数据进行实时监测。

其中，上述现场采集装置采集的现场风特性数据包括瞬时风速、平均风速、脉动风速、地表粗糙度、风速放大系数和风攻角参数。该平均风速是指监测点所在的超声波气象传感器2或机械式风速风向仪3所监测的在单位时间如10分钟内所有瞬时风速数据的平均风速值。另外，现场采集装置所采集的现场风特性数据的参数不局限于上述，可以根据实际采集所需要的相关参数的风特性数据。

上述现场采集装置的不同采集通道分别用于采集不同高度的现场风特性数据。一般的来说，山区的风特性在山下开阔地带与山顶具有相同的梯度风速，但却有不同的平均风剖面与梯度风高度，且在过渡区的风场特性更加复杂；因此，通过不同的采集通道来采集不同高度(即具有一定高度差)的现场风特性数据，采集在监测点梯度面上的不同位置风特性数据，能够更为客观的、全面的反应该监测点所在环境的现场风特性变化规律。因为一般来说，现有的机械式风速风向仪3只能监测风向角等水平方向的相关参数，其采样频率只能达到1Hz，成本较低；而采用超声波传感器还能采集风攻角等竖直方向的相关参数，采集数据类型更广泛，采样频率达到4Hz，数据采集量更大，数据更加全面，当然成本也更高。而且在监测点所采集的梯度面上，越高的位置，各个风特性参数变化更剧烈，所需要采集的参数更多、其数据量也更大，因此将监测点所采集的较高的位置安装超声波气象传感器2进行数据采集，在较低位置安装机械式风速风向仪3进行采集，这样得到的数据更加全面，在满足需要的同时也综合考虑了采集成本。

上述的数据储存处理装置包括主控系统、内部SD卡和外部SD卡，内部SD卡用于内部冗存储所述现场采集装置所采集的现场风特性数据，所述外部SD卡为热插拔并用于备份内部SD卡中的现场风特性数据。该主控系统可以采用现有的ARM主控系统，其作用在于当现场风特性数据采集后完成数据的本地存储。设计了内部SD卡冗余存储和外部SD卡冗余存储，所采集的数据首先保存在内部SD卡内，每天的数据设计在设定的时间点自动备份到外部SD卡内，其中外部SD卡支持热插拔；这样的设计可以满足完整的数据保存到本地，同时为了方便本地数据提取设计了外部SD卡存储，在取出外部SD卡提取数据时，不影响当前本地数据的存储。

上述的供电装置采用太阳能光伏供电装置，包括太阳能电池板、控制器、胶体蓄电池以及防雷部件。因为该监测系统的现场采集装置、数据储存处理装置以及北斗数传通讯终端均置于野外，为了方便供电，该供电装置采用太阳能光伏供电装置，为确保整个监测系统的白天和晚上的稳定运行，采用太阳能板和蓄电池设计，另外，为了保证系统即使在无日照情况下，最大工作时间也可达到连续几天，如采用150w太阳能板、200AH蓄电池设计可以在无日照情况下连续工作7×24小时，可以提高太阳能板的功率和蓄电池的容量。

另外，需要说明的是，该监测系统还包括安装于现场监测点的至少一个测风塔1，每个测风塔1上均安装所述现场采集装置、数据储存处理装置以及北斗数传通讯终端；所有所述测风塔1上的北斗数传通讯终端通过北斗卫星将数据均发送至远程监控装置的北斗指挥机。采用测风塔1作为载体，便于将每个监测点的现场采集装置的每个超声波气象传感器2和每个机械式风速风向仪3按照一定的高度差分别安装在测风塔1上，例如，该现场采集装置可以包括一台超声波气象传感器2和三台机械式风速风向仪3，其中该超声波气象传感器2的安装高度均高于其余三台机械式风速风向仪3的安装高度，其余三台机械式风速风向仪3也是按照一定的高度差来进行安装的，如图3所示，一座50米高拉线测风塔1，将三台机械式风速风向仪3分别置于10米、25米、40米处，将超声波气象传感器2置于50米高处；同理，设计四个采集通道，其中一个采集通道可完成对超声波气象传感器2的采集，三个采集通道通过可完成对三台机械式风速风向仪3的采集，另外，还可以再预留两个采集通道。这样便于测量监测点各高度的风特性参数数据，同时也便于将数据储存处理装置和北斗数传通讯终端进行安装。

该监测系统的北斗指挥机、服务器和监测终端可以对应多个测风塔1上各装置的远程实时监测。需要说明的是北斗卫星的短报文通信装置的通信功能是美国GPS和俄罗斯GLONASS都不具备的特殊功能，是全球首个在定位、授时之外具备报文通信为一体的卫星导航系统；北斗卫星短报文通信具有用户机与用户机、用户机与地面控制中心间双向数字报文通信功能，一般的用户机可一次可传输36个汉字，申请核准的可以达到传送120个汉字或240个代码；根据北斗卫星使用级别的不同，北斗卫星短报文通信量有所限制，民用级最高可达到的通信频率为120个汉字/次，发送短报文的时间频率为一分钟一次。北斗卫星短报文通信装置的北斗数传通讯终端是置于监测现场的，主要功能为北斗卫星定位，支持支持汉字和代码及混传等短电文通讯；而北斗指挥机是置于远程监测中心，和远程监控装置通信连接(如局域网连接)，该北斗指挥机可同时监控100个监控用户数量，能够获得下辖用户动态位置信息，支持对下辖用户通讯信息、指挥命令的通播/组播。支持对下辖用户所接收通讯信息的截获功能。支持“对特定用户的信息截获功能”，用户可手动配置下辖用户信息。

该基于北斗卫星的风特性监测系统，通过采用现场采集装置来对现场风特性数据实时采集，采用数据储存处理装置对风特性数据进行实时本地存储和对回传数据进行封装处理，采用北斗卫星短报文通信装置对回传数据进行通信传输，并发送至远程监控装置，实现对回传数据的实时监测；该监测系统解决了在现有铁路大跨度桥梁抗风设计现场风特性实测研究工作中，存在通信困难、数据存储困难、数据传输困难、系统供电的现场难题，该监测系统能够存储的现场风特性数据量大，而且能够将存储的数据中少部分作为回传数据通过北斗卫星短报文通信装置顺利发送至远程监控装置，实现远程监测装置和现场采集装置、数据储存处理装置和北斗数传通讯终端的通信连接，该监测终端能够对现场各装置的正常工作状态进行实时监控，能够实时判断其数据采集的持续性状态。

该系统性能稳定，数据合理可靠，可以应用于无GPRS通信区域的风特性的数据通信和实时现场监测，还可以推广运用到各铁路大跨度桥梁桥址区现场监测工作中。

实施例2

如图4所示，本实施例还提供了一种基于北斗卫星的风特性的监测方法，包括采用了如上述实施例1中的一种基于北斗卫星的风特性监测系统，其监测方法包括如下步骤：

步骤一、在现场监测点安装测风塔1，并在所述测风塔1上分别安装现场采集装置、数据储存处理装置和北斗数传通讯终端，将供电装置分别连接现场采集装置、数据储存处理装置、北斗数传通讯终端，并调试将北斗数传通讯终端与北斗卫星通信连接；

步骤二、在远程监控中心安装远程监控装置，将连接服务器、监测终端与北斗指挥机通信连接，并调试将北斗指挥机于北斗卫星通信连接；

步骤三、启动各装置工作，所述现场采集装置实时采集现场风特性的数据，所述数据储存处理装置对现场风特性的数据本地冗余存储，并且对回传数据进行封装处理并发送至北斗数传通讯终端，北斗数传通讯终端将回传数据发送至北斗卫星，再通过北斗卫星转发至北斗指挥机，北斗指挥机将接收到的数据发送至服务器并进行存储，所述监测终端对服务器所接收的回传数据进行实时监测；

步骤四、所述监测终端判断最新回传数据的变化，如果最新回传数据时间与北京时间不一致，并且最新回传数据时间和数据均不变化，则发出监测点“异常工作状态”的信号；如果最新回传数据时间与北京时间一致，并且最新回传数据时间和数据均在发生变化，这发出监测点“正常工作状态”信号。

该基于北斗卫星的风特性的监测方法，能够通过采用基于北斗卫星的风特性监测系统，采用在监测点安装测风塔1，测风塔1上分别安装的现场采集装置、数据储存处理装置和北斗数传通讯终端，同时采用远程监测装置和现场采集装置、数据储存处理装置和北斗数传通讯终端的通信连接，能够对现场风特性数据进行采集和存储，其能够实现的存储数据量大，并且而且能够将存储的数据中少部分作为回传数据通过北斗卫星短报文通信装置顺利发送至远程监控装置，以实现监测终端能够对现场各装置的正常工作状态进行实时监控，能够实时判断其数据采集的持续性状态，该监测方法操作简单、实时监测效率高，尤其适用于在无GPRS通信区域的高原山区地带风特性数据采集、存储和发送装置的实时监测。

其中，步骤三中的现场采集装置包括有至少一个超声波气象传感器2和至少一个机械式风速风向仪3，所述超声波气象传感器2的采样频率为4Hz，所述机械式风速风向仪3采样频率为1Hz。上述步骤三中的数据储存处理装置对现场风特性的数据进行实时本地冗余存储处理，并在每间隔所要求单位时间内(如1分钟)的现场风特征各个参数的最大值提取为回传数据来进行封装，并通过北斗数传通讯终端、北斗卫星和北斗指挥机发送并传输至远程监控中心。

本发明的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。