在現代農業生(sheng)產中，雨(yu)量(liang)數(shu)據(ju)的(de)(de)精(jing)準監(jian)測是科學決策(ce)的(de)(de)重要依(yi)據(ju)。從(cong)播種期(qi)的(de)(de)水(shui)(shui)分(fen)需(xu)求評(ping)估，到(dao)生(sheng)長期(qi)的(de)(de)水(shui)(shui)肥(fei)協同(tong)調控(kong)，再到(dao)汛期(qi)的(de)(de)災害預警防范，都離不開準確的(de)(de)雨(yu)量(liang)數(shu)據(ju)。

雨(yu)(yu)量監測站作(zuo)為氣象觀測體系的(de)核心組(zu)成部分，通(tong)過高精度傳感器和自動(dong)化采集系統，實時記錄降(jiang)雨(yu)(yu)量、降(jiang)雨(yu)(yu)強度及降(jiang)雨(yu)(yu)歷時等關鍵(jian)參數，為農田管理提供可靠的(de)數據支撐。

雨量監測站的構成

雨量傳感器

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

常見(jian)的雨量傳感器有：

1翻斗雨量傳感器

翻(fan)斗(dou)雨(yu)(yu)量(liang)(liang)傳感器由一(yi)(yi)個(ge)集雨(yu)(yu)漏(lou)斗(dou)和與之(zhi)相連的翻(fan)斗(dou)機構組成。降雨(yu)(yu)時(shi)，雨(yu)(yu)水(shui)通過集雨(yu)(yu)漏(lou)斗(dou)收集，然后順著(zhu)漏(lou)斗(dou)的管道流入(ru)翻(fan)斗(dou)。集雨(yu)(yu)漏(lou)斗(dou)的口(kou)徑是(shi)固(gu)定的，其作用(yong)是(shi)將一(yi)(yi)定面積內的雨(yu)(yu)水(shui)收集起來，引導至翻(fan)斗(dou)中進行計量(liang)(liang)。

翻斗(dou)(dou)(dou)則是一(yi)個對稱的(de)(de)(de)雙斗(dou)(dou)(dou)結構，中間由(you)一(yi)個軸支(zhi)撐，可以繞軸自由(you)翻轉(zhuan)。當一(yi)側的(de)(de)(de)斗(dou)(dou)(dou)內收(shou)集(ji)到一(yi)定量(liang)的(de)(de)(de)雨水(shui)(shui)時，由(you)于重(zhong)力(li)作用，這一(yi)側的(de)(de)(de)斗(dou)(dou)(dou)會向(xiang)下傾斜，而另一(yi)側的(de)(de)(de)斗(dou)(dou)(dou)則向(xiang)上抬(tai)起。當收(shou)集(ji)的(de)(de)(de)雨水(shui)(shui)達到特(te)定的(de)(de)(de)重(zhong)量(liang)，使得翻斗(dou)(dou)(dou)的(de)(de)(de)重(zhong)心發生(sheng)偏移，翻斗(dou)(dou)(dou)就會快(kuai)速翻轉(zhuan)，將雨水(shui)(shui)倒出，然(ran)后(hou)另一(yi)側的(de)(de)(de)斗(dou)(dou)(dou)開始收(shou)集(ji)雨水(shui)(shui)，如(ru)此(ci)循環(huan)往復。

翻(fan)(fan)(fan)斗(dou)每(mei)翻(fan)(fan)(fan)轉一次(ci)(ci)(ci)(ci)，就(jiu)表(biao)示一定(ding)量(liang)(liang)的(de)雨(yu)(yu)水(shui)被測量(liang)(liang)過(guo)了。通(tong)常情(qing)況下(xia)，翻(fan)(fan)(fan)斗(dou)的(de)設計使得每(mei)次(ci)(ci)(ci)(ci)翻(fan)(fan)(fan)轉所對應的(de)雨(yu)(yu)量(liang)(liang)是固定(ding)的(de)，比如 0.1 毫米或 0.2 毫米等。通(tong)過(guo)記(ji)錄翻(fan)(fan)(fan)斗(dou)的(de)翻(fan)(fan)(fan)轉次(ci)(ci)(ci)(ci)數(shu)，就(jiu)可(ke)以計算出總的(de)降雨(yu)(yu)量(liang)(liang)。例(li)如，如果翻(fan)(fan)(fan)斗(dou)翻(fan)(fan)(fan)轉了 10 次(ci)(ci)(ci)(ci)，每(mei)次(ci)(ci)(ci)(ci)翻(fan)(fan)(fan)轉對應的(de)雨(yu)(yu)量(liang)(liang)是 0.1 毫米，那么總的(de)降雨(yu)(yu)量(liang)(liang)就(jiu)是 10×0.1 = 1 毫米。

為了(le)能夠將(jiang)(jiang)降雨量(liang)數據傳(chuan)(chuan)輸(shu)到數據采集(ji)系(xi)統或(huo)(huo)遠程監控(kong)中心，翻斗雨量(liang)傳(chuan)(chuan)感器還配備(bei)了(le)信(xin)(xin)號(hao)轉(zhuan)換(huan)裝置。當(dang)翻斗翻轉(zhuan)時，會觸發一(yi)(yi)個信(xin)(xin)號(hao)開關，產生一(yi)(yi)個電信(xin)(xin)號(hao)，這個電信(xin)(xin)號(hao)可以(yi)是脈沖信(xin)(xin)號(hao)等(deng)形式。信(xin)(xin)號(hao)轉(zhuan)換(huan)裝置會將(jiang)(jiang)翻斗的機械動作轉(zhuan)換(huan)為電信(xin)(xin)號(hao)，并通過(guo)導線(xian)或(huo)(huo)無線(xian)通信(xin)(xin)模塊將(jiang)(jiang)信(xin)(xin)號(hao)傳(chuan)(chuan)輸(shu)到數據采集(ji)設備(bei)或(huo)(huo)監控(kong)中心，實(shi)現降雨量(liang)的實(shi)時監測和數據記錄。

雨量(liang)計筒直(zhi)徑Φ200mm

雨(yu)強范圍0mm～4mm/min允許通過最大雨(yu)強8mm/min

大雨(yu)強(qiang)范圍(wei)0～10mm/min允許通過最(zui)大雨(yu)強(qiang)15mm/min

輸出方式Modbus 485

2.壓電雨量傳感器

當雨(yu)(yu)(yu)滴落在壓(ya)電雨(yu)(yu)(yu)量傳感器的(de)(de)感雨(yu)(yu)(yu)面上時，由(you)于雨(yu)(yu)(yu)滴具(ju)有一定的(de)(de)質量和(he)速度，會對感雨(yu)(yu)(yu)面產(chan)生一個沖擊力(li)，這(zhe)個沖擊力(li)會使感雨(yu)(yu)(yu)面產(chan)生機械應力(li)。感雨(yu)(yu)(yu)面通常(chang)由(you)具(ju)有壓(ya)電效(xiao)應的(de)(de)材料(liao)制成，如 PVDF 壓(ya)電薄膜(mo)。

在(zai)機(ji)械應(ying)力的(de)(de)作用下，壓(ya)電(dian)(dian)(dian)材(cai)(cai)料內部的(de)(de)正負電(dian)(dian)(dian)荷會(hui)發生分離，在(zai)材(cai)(cai)料的(de)(de)表面形成正負電(dian)(dian)(dian)荷分布。由于(yu)壓(ya)電(dian)(dian)(dian)材(cai)(cai)料內部的(de)(de)電(dian)(dian)(dian)荷分離，在(zai)壓(ya)電(dian)(dian)(dian)材(cai)(cai)料的(de)(de)兩端就會(hui)產生電(dian)(dian)(dian)壓(ya)信號(hao)。電(dian)(dian)(dian)壓(ya)信號(hao)的(de)(de)大小與雨(yu)滴產生的(de)(de)沖擊力相關，而沖擊力又與雨(yu)滴的(de)(de)大小、速度等因(yin)素有關，所以不(bu)同(tong)的(de)(de)降雨(yu)量(liang)會(hui)導致不(bu)同(tong)大小的(de)(de)電(dian)(dian)(dian)壓(ya)信號(hao)。

這些電(dian)信(xin)號(hao)(hao)作為(wei)原始數據被采集后(hou)輸(shu)入到嵌入式 AI 神(shen)(shen)經(jing)網絡(luo)中。神(shen)(shen)經(jing)網絡(luo)中的卷(juan)積層(ceng)等(deng)結構會對輸(shu)入的電(dian)信(xin)號(hao)(hao)數據進行(xing)特(te)(te)征(zheng)提取。例如，會提取信(xin)號(hao)(hao)的波形(xing)特(te)(te)征(zheng)、頻(pin)率特(te)(te)征(zheng)、強度特(te)(te)征(zheng)等(deng)，將原始的、較為(wei)復雜的電(dian)信(xin)號(hao)(hao)轉化為(wei)更具代表性的特(te)(te)征(zheng)向(xiang)量，以便后(hou)續分析處理。

而基于大(da)量已標注的(de)(de)雨滴(di)信(xin)(xin)(xin)號(hao)數(shu)據和(he)干(gan)(gan)擾信(xin)(xin)(xin)號(hao)數(shu)據對(dui)神經(jing)(jing)網(wang)絡(luo)進行訓練(lian)，使其學習(xi)到雨滴(di)信(xin)(xin)(xin)號(hao)的(de)(de)典型模式(shi)和(he)特征。在實際工作中，就能將提取到的(de)(de)特征向量與已學習(xi)到的(de)(de)模式(shi)進行比對(dui)，判斷當(dang)前信(xin)(xin)(xin)號(hao)是(shi)雨滴(di)信(xin)(xin)(xin)號(hao)還是(shi)砂礫(li)、灰塵、振動等干(gan)(gan)擾信(xin)(xin)(xin)號(hao)。根據模式(shi)識別的(de)(de)結果，神經(jing)(jing)網(wang)絡(luo)輸出相應的(de)(de)決策信(xin)(xin)(xin)息(xi)，比如確(que)定為雨滴(di)信(xin)(xin)(xin)號(hao)時，輸出與該雨滴(di)信(xin)(xin)(xin)號(hao)對(dui)應的(de)(de)降雨量、降雨強度(du)等數(shu)據信(xin)(xin)(xin)息(xi)；確(que)定為干(gan)(gan)擾信(xin)(xin)(xin)號(hao)時，則忽略(lve)該信(xin)(xin)(xin)號(hao)，不進行相關雨量數(shu)據的(de)(de)記錄和(he)處理。

測(ce)量范圍 0-4mm/min

測量精度 ≤±4%

分辨率 0.01mm

采樣頻率 ＜1S

通訊接口 RS485

通訊(xun)協議(yi) MODBUS

3.雷達雨量傳感器

它的測量(liang)原理(li)是多普勒效應。

雷(lei)達雨(yu)量(liang)傳感器(qi)(qi)會(hui)向空中(zhong)發(fa)射一定頻(pin)(pin)率(lv)(lv)的電磁(ci)(ci)波(bo)(bo)信(xin)號，當(dang)電磁(ci)(ci)波(bo)(bo)遇到(dao)雨(yu)滴時，雨(yu)滴會(hui)對(dui)(dui)電磁(ci)(ci)波(bo)(bo)產生散(san)射作(zuo)用，部(bu)分電磁(ci)(ci)波(bo)(bo)會(hui)被(bei)散(san)射回(hui)來(lai)，被(bei)傳感器(qi)(qi)接收(shou)。由(you)于雨(yu)滴相對(dui)(dui)于雷(lei)達傳感器(qi)(qi)存(cun)在(zai)相對(dui)(dui)運動，根據多普(pu)勒(le)效應，散(san)射回(hui)來(lai)的電磁(ci)(ci)波(bo)(bo)頻(pin)(pin)率(lv)(lv)會(hui)發(fa)生變化，產生多普(pu)勒(le)頻(pin)(pin)移(yi)。當(dang)雨(yu)滴靠近雷(lei)達時，接收(shou)信(xin)號的頻(pin)(pin)率(lv)(lv)會(hui)升高；當(dang)雨(yu)滴遠(yuan)離雷(lei)達時，接收(shou)信(xin)號的頻(pin)(pin)率(lv)(lv)會(hui)降(jiang)低(di)。

通(tong)過測(ce)量(liang)(liang)接收信號與發射信號之間的頻(pin)率差，即多普(pu)勒頻(pin)移，利用多普(pu)勒效應的公式，可以計算(suan)出(chu)雨滴(di)(di)的徑向(xiang)速(su)(su)度(du)，即雨滴(di)(di)在雷達視(shi)線方(fang)向(xiang)上的速(su)(su)度(du)分量(liang)(liang)。在一定的空間范圍(wei)內，對大(da)量(liang)(liang)雨滴(di)(di)的速(su)(su)度(du)進行測(ce)量(liang)(liang)和(he)統計，結合雨滴(di)(di)速(su)(su)度(du)與降雨強度(du)的經驗關系或理論(lun)模型，就(jiu)(jiu)可以估算(suan)出(chu)該區域(yu)的降雨量(liang)(liang)。一般來說，雨滴(di)(di)速(su)(su)度(du)越大(da)，降雨強度(du)越大(da)，降雨量(liang)(liang)也就(jiu)(jiu)越多。

正因這個原理(li)，不僅可以測(ce)雨(yu)，還能(neng)測(ce)雪、冰雹。

測量范(fan)圍(wei) 0-200mm/hour（降(jiang)雨）

測(ce)量精度 5% ( @風速<5m/s )

粒徑范圍 （雨滴尺(chi)寸(cun)） 0.5-5.0mm

降(jiang)雨的分辨率 0.1mm

采樣頻率 1秒

通訊接(jie)口(kou) RS485、RS232

通(tong)訊(xun)協議 ModBus

數據采集器

負責接收、處理和(he)存儲雨量傳(chuan)(chuan)感(gan)器(qi)傳(chuan)(chuan)來的信號(hao)，并將其轉化為可(ke)讀的降雨數據。

數據傳輸模塊

數(shu)據(ju)(ju)傳輸模塊將采集到(dao)的雨(yu)量數(shu)據(ju)(ju)通過有線(xian)或(huo)無(wu)線(xian)的方式傳輸到(dao)數(shu)據(ju)(ju)中心(xin)或(huo)用(yong)戶(hu)終端，實現數(shu)據(ju)(ju)的實時共享和(he)遠程監控。

供電系統

為監測站的(de)各個部件提供(gong)(gong)穩定(ding)的(de)電(dian)(dian)力供(gong)(gong)應，確保能(neng)長時間的(de)運行(xing)。常(chang)見的(de)供(gong)(gong)電(dian)(dian)方(fang)式包括太陽能(neng)供(gong)(gong)電(dian)(dian)、市電(dian)(dian)供(gong)(gong)電(dian)(dian)和電(dian)(dian)池供(gong)(gong)電(dian)(dian)。

防護外殼

防護(hu)(hu)外殼保護(hu)(hu)內部部件(jian)免(mian)受風吹、雨淋(lin)、日曬等惡劣環境的影響(xiang)，延長其(qi)使用壽命。

安裝支架

為監測站提(ti)供穩(wen)固的支撐，各個部(bu)件都安裝在支架上。

除了上述基礎設備，一些雨量監測站還可能配備以(yi)下功能：

其他傳感(gan)器(qi)，比(bi)如(ru)空(kong)氣溫濕度傳感(gan)器(qi)，用于監測(ce)環境溫度和濕度，為分析降雨數(shu)據提供更全面的(de)信息。

GPS定位(wei)模塊， 用于精確定位(wei)監測站的(de)位(wei)置，方便數據管(guan)理和分析。

總(zong)之(zhi)，雨(yu)量監(jian)測站將科技與農業深度融合，為農田管理(li)、災害預警和資源優化提供了科學依(yi)據。

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