液體降水(雨)是簡(jiǎn)單的機(jī)械和電子測(cè)量之一，也是最難做好、準(zhǔn)確和有代表性的測(cè)量之一。有兩種方法可以量化降雨量:數(shù)量——或累積——和強(qiáng)度。降雨量以英寸或毫米為單位表示為深度，以每小時(shí)降雨量表示為強(qiáng)度。降雨強(qiáng)度是造成降雨量測(cè)量誤差的最大因素之一。

*泛使用的雨量計(jì)通常被稱為翻斗式雨量筒。它有一個(gè)傾倒機(jī)構(gòu)，位于一個(gè)漏斗的下面，當(dāng)它裝滿一定體積的水時(shí)，這個(gè)傾倒機(jī)構(gòu)可以前后傾倒。

毫不奇怪，在一些水流失和測(cè)量變得越來(lái)越不準(zhǔn)確之前，蹺蹺板機(jī)構(gòu)來(lái)回傾斜的速度是有限制的。換句話說(shuō)，降雨累積的測(cè)量精度取決于降雨的速度或強(qiáng)度

一般來(lái)說(shuō)，液體降水誤差的另一個(gè)重要來(lái)源是風(fēng)，有時(shí)會(huì)造成高達(dá)20%的損失。RainVUE系列雨量計(jì)*的沙漏形狀是專門為減輕風(fēng)對(duì)集水的影響而設(shè)計(jì)的，有證據(jù)表明*它是有效的

在坎貝爾科學(xué)公司，我們開(kāi)發(fā)了一種強(qiáng)度校正算法，并將其集成到RainVUE系列智能雨量傳感器中。在本文的剩余部分，我將描述我們開(kāi)發(fā)和測(cè)試該算法的方法

雨量計(jì)需要添加一些東西來(lái)進(jìn)行額外的測(cè)量(即計(jì)時(shí))和計(jì)算

所有這些都可以放入數(shù)據(jù)記錄器運(yùn)行的程序中。然而，為了簡(jiǎn)單易用，我們?cè)趦x表上增加了一個(gè)模塊，用于進(jìn)行計(jì)算，并通過(guò)SDI-12將數(shù)據(jù)傳送給記錄器，因此用戶無(wú)需創(chuàng)建或維護(hù)復(fù)雜的程序。該模塊還可以作為數(shù)據(jù)的備份，并在數(shù)據(jù)記錄器失去通信和電源的情況下，使用內(nèi)部電池繼續(xù)運(yùn)行一段時(shí)間

一種校正強(qiáng)度的方法是首先計(jì)算強(qiáng)度(每小時(shí)的量)。然后，根據(jù)強(qiáng)度，計(jì)算一個(gè)修正量。我們選擇了一種更直接的方法來(lái)校正強(qiáng)度的累積或數(shù)量，方法是測(cè)量葉尖間隔時(shí)間(TBT)，并將其用作每個(gè)葉尖降雨量的預(yù)測(cè)值。根據(jù)三丁基錫化合物和數(shù)量，通過(guò)簡(jiǎn)單的單位轉(zhuǎn)換計(jì)算強(qiáng)度

翻斗式雨量筒--數(shù)據(jù)收集和模型開(kāi)發(fā)

我們?cè)诿總€(gè)RainVUE模型中使用了10個(gè)新的傾翻桶來(lái)收集數(shù)據(jù)。每個(gè)桶在12至16個(gè)固定模擬降雨率下運(yùn)行三次重復(fù)(取決于模型和目標(biāo)強(qiáng)度修正范圍)。簡(jiǎn)單地通過(guò)高精度噴嘴運(yùn)行測(cè)量的去離子水體積來(lái)模擬降雨

  =對(duì)于大于100毫米/小時(shí)的速率，足夠的水通過(guò)每個(gè)桶，以達(dá)到每次重復(fù)1，000個(gè)尖鍛

  =對(duì)于較低的速率，每次復(fù)制至少使用330個(gè)提示  (使用我們的測(cè)試設(shè)備，我們可以同時(shí)運(yùn)行多達(dá)四個(gè)桶，但是對(duì)于每一個(gè)RainVUE型號(hào)，僅數(shù)據(jù)收集就需要大約1000小時(shí)或更長(zhǎng)時(shí)間！)

利用已知的體積量和尖鍛數(shù)量的精確測(cè)量以及TBT的使用數(shù)據(jù)記錄儀CR6，我們擁有開(kāi)發(fā)校正模型所需的所有數(shù)據(jù)。使用回歸，比較了幾種模型的擬合度。示例函數(shù)模型形式包括冪律和指數(shù)衰減等。通過(guò)交叉驗(yàn)證和收集新數(shù)據(jù)，通過(guò)相互競(jìng)爭(zhēng)模型來(lái)測(cè)試準(zhǔn)確性

總的來(lái)說(shuō)，這個(gè)項(xiàng)目是一個(gè)有趣的挑戰(zhàn)，我希望這篇文章能對(duì)開(kāi)發(fā)過(guò)程提供一些見(jiàn)解，并展示用于創(chuàng)建最佳算法的強(qiáng)大方法，以增加高質(zhì)量翻斗式雨量計(jì)的價(jià)值。