在(zai)現代(dai)農業生(sheng)產中，雨(yu)量(liang)數據的精準監(jian)測是科(ke)學決(jue)策的重要(yao)依(yi)據。從播種期(qi)的水(shui)分需求(qiu)評估(gu)，到(dao)生(sheng)長(chang)期(qi)的水(shui)肥協同調控，再到(dao)汛期(qi)的災害預警防范，都(dou)離不開準確的雨(yu)量(liang)數據。

雨(yu)量(liang)監(jian)測站作為氣(qi)象觀(guan)測體系(xi)的核心(xin)組(zu)成部分，通過高精度(du)傳感(gan)器(qi)和自(zi)動化采集系(xi)統(tong)，實(shi)時記(ji)錄降(jiang)雨(yu)量(liang)、降(jiang)雨(yu)強度(du)及降(jiang)雨(yu)歷時等關(guan)鍵(jian)參(can)數(shu)，為農田管(guan)理提供可靠的數(shu)據支撐(cheng)。

雨量監測站的構成

雨量傳感器

這是雨量監(jian)測站的“心臟”，監(jian)測降雨，并(bing)將其轉化(hua)為(wei)電信(xin)號(hao)。

常見的雨量(liang)傳感器(qi)有：

1翻斗雨量傳感器

翻(fan)斗(dou)(dou)(dou)(dou)雨(yu)量傳感器由一(yi)個集(ji)雨(yu)漏(lou)斗(dou)(dou)(dou)(dou)和與之(zhi)相連的(de)翻(fan)斗(dou)(dou)(dou)(dou)機構組成。降雨(yu)時，雨(yu)水(shui)通過集(ji)雨(yu)漏(lou)斗(dou)(dou)(dou)(dou)收集(ji)，然后順著(zhu)漏(lou)斗(dou)(dou)(dou)(dou)的(de)管道流入翻(fan)斗(dou)(dou)(dou)(dou)。集(ji)雨(yu)漏(lou)斗(dou)(dou)(dou)(dou)的(de)口徑是固定的(de)，其作用是將一(yi)定面積(ji)內的(de)雨(yu)水(shui)收集(ji)起來(lai)，引導(dao)至(zhi)翻(fan)斗(dou)(dou)(dou)(dou)中進行計(ji)量。

翻(fan)(fan)斗(dou)(dou)則(ze)是一(yi)(yi)個(ge)對(dui)稱的(de)(de)(de)雙斗(dou)(dou)結構，中(zhong)間由一(yi)(yi)個(ge)軸支撐，可以繞軸自由翻(fan)(fan)轉。當(dang)一(yi)(yi)側(ce)的(de)(de)(de)斗(dou)(dou)內收集到(dao)一(yi)(yi)定量(liang)的(de)(de)(de)雨(yu)水(shui)時，由于重(zhong)力作用，這一(yi)(yi)側(ce)的(de)(de)(de)斗(dou)(dou)會向(xiang)下傾斜，而另一(yi)(yi)側(ce)的(de)(de)(de)斗(dou)(dou)則(ze)向(xiang)上抬起(qi)。當(dang)收集的(de)(de)(de)雨(yu)水(shui)達到(dao)特定的(de)(de)(de)重(zhong)量(liang)，使(shi)得翻(fan)(fan)斗(dou)(dou)的(de)(de)(de)重(zhong)心(xin)發生偏(pian)移(yi)，翻(fan)(fan)斗(dou)(dou)就會快速翻(fan)(fan)轉，將雨(yu)水(shui)倒(dao)出，然后另一(yi)(yi)側(ce)的(de)(de)(de)斗(dou)(dou)開始收集雨(yu)水(shui)，如此循環往復。

翻斗每翻轉(zhuan)一次(ci)，就(jiu)表示一定(ding)量的(de)雨(yu)水被測量過了(le)。通(tong)常情況下，翻斗的(de)設計(ji)使得每次(ci)翻轉(zhuan)所對應(ying)(ying)的(de)雨(yu)量是固定(ding)的(de)，比如(ru) 0.1 毫(hao)米或 0.2 毫(hao)米等。通(tong)過記錄(lu)翻斗的(de)翻轉(zhuan)次(ci)數，就(jiu)可以計(ji)算(suan)出總的(de)降雨(yu)量。例如(ru)，如(ru)果翻斗翻轉(zhuan)了(le) 10 次(ci)，每次(ci)翻轉(zhuan)對應(ying)(ying)的(de)雨(yu)量是 0.1 毫(hao)米，那么總的(de)降雨(yu)量就(jiu)是 10×0.1 = 1 毫(hao)米。

為(wei)了能夠將(jiang)降雨(yu)量(liang)數據傳輸到數據采集系統或(huo)遠程監控中心(xin)，翻斗雨(yu)量(liang)傳感器(qi)還配備(bei)了信(xin)(xin)(xin)(xin)(xin)號轉換裝(zhuang)置。當翻斗翻轉時(shi)(shi)，會觸發一個信(xin)(xin)(xin)(xin)(xin)號開關，產生一個電信(xin)(xin)(xin)(xin)(xin)號，這個電信(xin)(xin)(xin)(xin)(xin)號可以是脈沖(chong)信(xin)(xin)(xin)(xin)(xin)號等形(xing)式。信(xin)(xin)(xin)(xin)(xin)號轉換裝(zhuang)置會將(jiang)翻斗的機(ji)械動作(zuo)轉換為(wei)電信(xin)(xin)(xin)(xin)(xin)號，并通過導線或(huo)無線通信(xin)(xin)(xin)(xin)(xin)模塊將(jiang)信(xin)(xin)(xin)(xin)(xin)號傳輸到數據采集設備(bei)或(huo)監控中心(xin)，實現降雨(yu)量(liang)的實時(shi)(shi)監測和數據記(ji)錄。

雨量計筒直徑Φ200mm

雨(yu)強范圍0mm～4mm/min允許通(tong)過(guo)最大雨(yu)強8mm/min

大雨強范圍(wei)0～10mm/min允(yun)許通過最大雨強15mm/min

輸出方式Modbus 485

2.壓電雨量傳感器

當雨(yu)滴落在壓電(dian)雨(yu)量傳感(gan)器的(de)感(gan)雨(yu)面(mian)上時(shi)，由于雨(yu)滴具(ju)有一定(ding)的(de)質(zhi)量和(he)速度，會對感(gan)雨(yu)面(mian)產生一個沖(chong)擊力(li)(li)，這個沖(chong)擊力(li)(li)會使感(gan)雨(yu)面(mian)產生機械應力(li)(li)。感(gan)雨(yu)面(mian)通常由具(ju)有壓電(dian)效應的(de)材料(liao)制(zhi)成，如 PVDF 壓電(dian)薄膜。

在機(ji)械應力(li)的(de)(de)(de)作(zuo)用下，壓電(dian)(dian)材料內(nei)部(bu)的(de)(de)(de)正(zheng)負電(dian)(dian)荷會發生分(fen)離，在材料的(de)(de)(de)表面形成(cheng)正(zheng)負電(dian)(dian)荷分(fen)布。由于壓電(dian)(dian)材料內(nei)部(bu)的(de)(de)(de)電(dian)(dian)荷分(fen)離，在壓電(dian)(dian)材料的(de)(de)(de)兩端(duan)就會產生電(dian)(dian)壓信號(hao)。電(dian)(dian)壓信號(hao)的(de)(de)(de)大小與(yu)雨(yu)滴產生的(de)(de)(de)沖(chong)擊力(li)相關(guan)，而沖(chong)擊力(li)又與(yu)雨(yu)滴的(de)(de)(de)大小、速度等(deng)因素有(you)關(guan)，所以不同的(de)(de)(de)降雨(yu)量會導致不同大小的(de)(de)(de)電(dian)(dian)壓信號(hao)。

這些電(dian)信(xin)號作為(wei)原(yuan)始數(shu)據被采集后輸(shu)入(ru)到嵌入(ru)式(shi) AI 神經網(wang)絡中。神經網(wang)絡中的卷積層等(deng)結構會(hui)對(dui)輸(shu)入(ru)的電(dian)信(xin)號數(shu)據進(jin)行特(te)(te)(te)征提取。例如，會(hui)提取信(xin)號的波(bo)形特(te)(te)(te)征、頻(pin)率特(te)(te)(te)征、強度特(te)(te)(te)征等(deng)，將原(yuan)始的、較為(wei)復雜的電(dian)信(xin)號轉化為(wei)更具代(dai)表(biao)性的特(te)(te)(te)征向量，以便后續(xu)分(fen)析處(chu)理。

而基于大量已標(biao)注(zhu)的(de)(de)(de)雨滴信(xin)(xin)(xin)(xin)號(hao)數據和干(gan)(gan)擾信(xin)(xin)(xin)(xin)號(hao)數據對神經網(wang)絡進(jin)(jin)行訓練，使其(qi)學(xue)習(xi)到(dao)雨滴信(xin)(xin)(xin)(xin)號(hao)的(de)(de)(de)典型(xing)模式(shi)和特征。在實際(ji)工作中(zhong)，就能將提取到(dao)的(de)(de)(de)特征向量與(yu)已學(xue)習(xi)到(dao)的(de)(de)(de)模式(shi)進(jin)(jin)行比對，判斷當前信(xin)(xin)(xin)(xin)號(hao)是雨滴信(xin)(xin)(xin)(xin)號(hao)還是砂礫、灰塵、振動等(deng)干(gan)(gan)擾信(xin)(xin)(xin)(xin)號(hao)。根據模式(shi)識別的(de)(de)(de)結果，神經網(wang)絡輸出相(xiang)應的(de)(de)(de)決策信(xin)(xin)(xin)(xin)息(xi)，比如確定(ding)為雨滴信(xin)(xin)(xin)(xin)號(hao)時，輸出與(yu)該雨滴信(xin)(xin)(xin)(xin)號(hao)對應的(de)(de)(de)降(jiang)雨量、降(jiang)雨強度等(deng)數據信(xin)(xin)(xin)(xin)息(xi)；確定(ding)為干(gan)(gan)擾信(xin)(xin)(xin)(xin)號(hao)時，則忽略該信(xin)(xin)(xin)(xin)號(hao)，不進(jin)(jin)行相(xiang)關雨量數據的(de)(de)(de)記錄和處理。

測(ce)量范圍 0-4mm/min

測量精度 ≤±4%

分(fen)辨率 0.01mm

采樣頻率 ＜1S

通訊接口 RS485

通訊協議 MODBUS

3.雷達雨量傳感器

它的測量原理是多普勒(le)效(xiao)應。

雷達雨(yu)(yu)量傳(chuan)感(gan)器(qi)會(hui)向空中發射(she)一定(ding)頻(pin)(pin)(pin)率的電磁(ci)波(bo)(bo)信號(hao)(hao)，當(dang)電磁(ci)波(bo)(bo)遇到雨(yu)(yu)滴(di)時(shi)，雨(yu)(yu)滴(di)會(hui)對電磁(ci)波(bo)(bo)產(chan)生散(san)射(she)作用(yong)，部分(fen)電磁(ci)波(bo)(bo)會(hui)被散(san)射(she)回來(lai)，被傳(chuan)感(gan)器(qi)接(jie)(jie)收。由于雨(yu)(yu)滴(di)相對于雷達傳(chuan)感(gan)器(qi)存在相對運動(dong)，根據多(duo)(duo)普(pu)勒(le)效(xiao)應，散(san)射(she)回來(lai)的電磁(ci)波(bo)(bo)頻(pin)(pin)(pin)率會(hui)發生變化，產(chan)生多(duo)(duo)普(pu)勒(le)頻(pin)(pin)(pin)移。當(dang)雨(yu)(yu)滴(di)靠(kao)近(jin)雷達時(shi)，接(jie)(jie)收信號(hao)(hao)的頻(pin)(pin)(pin)率會(hui)升高；當(dang)雨(yu)(yu)滴(di)遠離雷達時(shi)，接(jie)(jie)收信號(hao)(hao)的頻(pin)(pin)(pin)率會(hui)降(jiang)低。

通過測量(liang)接收信號與(yu)發(fa)射信號之間的(de)(de)(de)頻率差，即多普勒頻移，利用多普勒效應的(de)(de)(de)公式，可(ke)以計算出雨(yu)(yu)(yu)滴(di)的(de)(de)(de)徑向速(su)度(du)(du)，即雨(yu)(yu)(yu)滴(di)在雷達視線方向上的(de)(de)(de)速(su)度(du)(du)分量(liang)。在一定的(de)(de)(de)空(kong)間范圍內(nei)，對大(da)量(liang)雨(yu)(yu)(yu)滴(di)的(de)(de)(de)速(su)度(du)(du)進行(xing)測量(liang)和統計，結合雨(yu)(yu)(yu)滴(di)速(su)度(du)(du)與(yu)降(jiang)(jiang)雨(yu)(yu)(yu)強度(du)(du)的(de)(de)(de)經驗(yan)關系或理論模型，就(jiu)可(ke)以估(gu)算出該(gai)區域的(de)(de)(de)降(jiang)(jiang)雨(yu)(yu)(yu)量(liang)。一般來說，雨(yu)(yu)(yu)滴(di)速(su)度(du)(du)越(yue)大(da)，降(jiang)(jiang)雨(yu)(yu)(yu)強度(du)(du)越(yue)大(da)，降(jiang)(jiang)雨(yu)(yu)(yu)量(liang)也(ye)就(jiu)越(yue)多。

正因這個原理(li)，不僅可以測雨，還能測雪、冰雹(bao)。

測量范圍 0-200mm/hour（降雨）

測量精度 5% ( @風(feng)速<5m/s )

粒徑范圍 （雨滴(di)尺寸） 0.5-5.0mm

降雨的分(fen)辨(bian)率(lv) 0.1mm

采樣頻率 1秒

通(tong)訊接口 RS485、RS232

通訊協議(yi) ModBus

數據采集器

負責接收、處理和存儲(chu)雨量傳(chuan)感器傳(chuan)來(lai)的信號，并將其轉(zhuan)化為(wei)可讀的降雨數據。

數據傳輸模塊

數(shu)(shu)(shu)據(ju)(ju)傳輸模塊將采集到(dao)的(de)雨量數(shu)(shu)(shu)據(ju)(ju)通過有線或(huo)無線的(de)方式傳輸到(dao)數(shu)(shu)(shu)據(ju)(ju)中心或(huo)用(yong)戶終端，實現數(shu)(shu)(shu)據(ju)(ju)的(de)實時共(gong)享和遠(yuan)程監控。

供電系統

為監(jian)測(ce)站的各(ge)個部(bu)件提供(gong)(gong)穩定(ding)的電(dian)(dian)(dian)力供(gong)(gong)應，確保能長(chang)時間(jian)的運行。常見的供(gong)(gong)電(dian)(dian)(dian)方(fang)式包(bao)括太陽能供(gong)(gong)電(dian)(dian)(dian)、市電(dian)(dian)(dian)供(gong)(gong)電(dian)(dian)(dian)和電(dian)(dian)(dian)池(chi)供(gong)(gong)電(dian)(dian)(dian)。

防護外殼

防護外殼(ke)保護內部部件免受風吹、雨淋、日曬等惡劣環境的影響，延長其(qi)使用壽命。

安裝支架

為監測站提供穩固(gu)的支撐，各個(ge)部件都安裝在支架(jia)上。

除了上述基礎設備，一些雨量監測站(zhan)還可能配備以下功能：

其他傳(chuan)(chuan)感器(qi)，比如空(kong)氣溫濕(shi)度傳(chuan)(chuan)感器(qi)，用于監測環境溫度和(he)濕(shi)度，為分(fen)析降雨(yu)數(shu)據提供更全面的信息。

GPS定位模塊， 用于精確定位監測(ce)站的位置，方便數(shu)據(ju)管理和分析。

總之，雨量監測站將科技與農(nong)業深度融合，為農(nong)田管(guan)理、災害預(yu)警和資(zi)源優化提供(gong)了科學依據(ju)。

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