光学雨量在线监测
时间:2025-06-11
涉川
一、方案介绍
本方案针对农业、水文、水利、城市排水、气象预报、交通运输等领域对降雨实时监测的需求,构建以光学雨量传感器为核心的在线监测系统。系统采用非接触式光学检测技术,通过红外或激光束对雨滴的遮挡效应实现高精度雨量测定,具备响应快、无机械部件、维护量小等特点。监测数据通过4G无线网络或有线通信方式实时上传至云端平台,实现远程观测、数据可视化和智能预警功能。
本方案针对农业、水文、水利、城市排水、气象预报、交通运输等领域对降雨实时监测的需求,构建以光学雨量传感器为核心的在线监测系统。系统采用非接触式光学检测技术,通过红外或激光束对雨滴的遮挡效应实现高精度雨量测定,具备响应快、无机械部件、维护量小等特点。监测数据通过4G无线网络或有线通信方式实时上传至云端平台,实现远程观测、数据可视化和智能预警功能。

二、监测目标
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实时采集降雨过程中的雨强、累计雨量、降雨时长等关键气象参数;
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精准反映局地降雨动态,提升短时强降雨响应能力;
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数据长期连续记录,为洪涝预警、排涝调度、农业气象评估等提供依据;
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实现云平台远程访问、统计分析及自动报警功能;
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为城市管理、水利工程调度与农业生产决策提供技术支撑。
三、需求分析
传统翻斗式雨量计虽应用广泛,但存在机械磨损、响应迟滞、堵塞积水等问题,难以满足高频、连续、高精度的气象监测需求。采用光学原理的雨量监测设备,无活动部件、抗干扰性强、测量稳定可靠,特别适用于对雨强变化和微降水的快速响应场景,同时降低了长期运维成本。
传统翻斗式雨量计虽应用广泛,但存在机械磨损、响应迟滞、堵塞积水等问题,难以满足高频、连续、高精度的气象监测需求。采用光学原理的雨量监测设备,无活动部件、抗干扰性强、测量稳定可靠,特别适用于对雨强变化和微降水的快速响应场景,同时降低了长期运维成本。
四、监测方法
系统通过布置成对的红外或激光光源与光电接收器,在传感器通道中形成光束。雨滴经过通道时遮挡光束,传感器根据遮挡时间、强度、频率计算出雨滴的数量、大小及速度,从而实时转换为降雨强度和累计雨量等参数。数据采集终端将采集信息进行预处理并通过4G无线网络上传至云平台或本地中心站。
系统通过布置成对的红外或激光光源与光电接收器,在传感器通道中形成光束。雨滴经过通道时遮挡光束,传感器根据遮挡时间、强度、频率计算出雨滴的数量、大小及速度,从而实时转换为降雨强度和累计雨量等参数。数据采集终端将采集信息进行预处理并通过4G无线网络上传至云平台或本地中心站。
五、应用原理
光学雨量监测采用光阻断计数原理。当雨滴通过感应区遮挡光束时,接收器检测到光信号变化,结合时间和遮挡面积计算出单滴体积。传感器持续检测一定时间内的雨滴数量和体积,可准确获取单位时间降雨强度。该技术可识别微小雨滴,快速响应降雨变化,实现对短时强降雨的有效监测与预警。
光学雨量监测采用光阻断计数原理。当雨滴通过感应区遮挡光束时,接收器检测到光信号变化,结合时间和遮挡面积计算出单滴体积。传感器持续检测一定时间内的雨滴数量和体积,可准确获取单位时间降雨强度。该技术可识别微小雨滴,快速响应降雨变化,实现对短时强降雨的有效监测与预警。
六、功能特点
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无机械结构,响应速度快,可靠性高,适合连续运行;
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能精准测量雨滴尺寸与数量,实时计算降雨强度与累计雨量;
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支持全天候运行,适应雨雪、尘雾等复杂气象环境;
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内置气泡滤除、误差修正算法,确保数据稳定性;
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配备高性能数据采集主机,支持远程参数配置与故障诊断;
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兼容4G、NB-IoT、LoRa、有线以太网等多种通信方式;
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数据自动上传至气象平台或本地服务器,可扩展对接城市管理系统;
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可联动视频、LED显示、报警模块,支持短信或微信推送功能。
七、硬件清单
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光学雨量传感器(光束检测型,非接触测量);
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数据采集主机(支持远传与数据缓存);
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通信模块(4G无线通信模块,内嵌SIM卡);
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电源系统(支持太阳能+锂电池或交流市电);
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安装支架、防护罩等配件;
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云平台软件、可视化管理系统。
八、硬件参数(量程与精度)
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雨强测量范围:0~200mm/h;
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最小分辨率:0.01mm;
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累计雨量测量范围:0~9999mm;
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雨滴识别粒径范围:0.3mm~5mm;
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采样频率:≥1Hz,支持动态调节;
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通讯方式:4G、RS485、TCP/IP可选;
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工作温度:-40℃~+75℃;
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防护等级:IP65及以上,适用于野外环境。
九、方案实现
在监测区域选取合适位置架设光学雨量传感器,并安装于稳定支架上,确保无遮挡与无遮挡雨滴通道。传感器与数据采集主机连接,并通过无线网络接入气象平台或智慧水务系统。系统支持多站点数据接入、远程设置、历史查询、自动报警及报表导出功能。云平台可通过地图方式标记各站点,展示实时降雨分布情况。
在监测区域选取合适位置架设光学雨量传感器,并安装于稳定支架上,确保无遮挡与无遮挡雨滴通道。传感器与数据采集主机连接,并通过无线网络接入气象平台或智慧水务系统。系统支持多站点数据接入、远程设置、历史查询、自动报警及报表导出功能。云平台可通过地图方式标记各站点,展示实时降雨分布情况。
十、数据分析
平台可进行降雨过程曲线分析、雨量统计报表、日累计与月累计查询等功能。结合气象、水文与地理信息系统,可评估区域降雨特征、极端天气事件影响、年际变化趋势等,并为城市内涝模型、农业产量预估与生态环境评估提供数据支持。
平台可进行降雨过程曲线分析、雨量统计报表、日累计与月累计查询等功能。结合气象、水文与地理信息系统,可评估区域降雨特征、极端天气事件影响、年际变化趋势等,并为城市内涝模型、农业产量预估与生态环境评估提供数据支持。
十一、预警决策
系统可设定雨强、累计雨量的预警阈值,触发时自动推送报警信息至管理人员手机或控制平台。可与视频监控、排水系统联动,实现自动联控与响应策略生成。通过后台策略库支持多级预警规则设定,适应不同区域与行业的需求。
系统可设定雨强、累计雨量的预警阈值,触发时自动推送报警信息至管理人员手机或控制平台。可与视频监控、排水系统联动,实现自动联控与响应策略生成。通过后台策略库支持多级预警规则设定,适应不同区域与行业的需求。
十二、方案优点
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光学原理监测,精度高、实时性强、免维护周期长;
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雨强响应迅速,适合突发强降雨和气象突变监测;
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支持多协议远传,便于纳入智慧气象、应急系统中;
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结构坚固,适应严苛野外环境;
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可与土壤墒情、水位、风速、温湿度等要素联动集成,构建综合气象监测网络。
十三、应用领域
广泛应用于城市排水管理、智慧农业、气象台站、道路交通、高速公路、机场、桥梁、水库大坝、景区防灾预警等领域,对降雨过程实现实时、智能、可视化管理。
广泛应用于城市排水管理、智慧农业、气象台站、道路交通、高速公路、机场、桥梁、水库大坝、景区防灾预警等领域,对降雨过程实现实时、智能、可视化管理。
十四、效益分析
部署光学雨量在线监测系统可有效提升气象灾害监测能力,及时发现局部强降雨过程,为抗洪抢险、城市排水调度与农业减灾提供技术保障;同时通过平台联动与数据共享,提升城市管理数字化、精细化水平,增强防灾减灾能力,降低人员与财产损失。
部署光学雨量在线监测系统可有效提升气象灾害监测能力,及时发现局部强降雨过程,为抗洪抢险、城市排水调度与农业减灾提供技术保障;同时通过平台联动与数据共享,提升城市管理数字化、精细化水平,增强防灾减灾能力,降低人员与财产损失。
十五、国标规范
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《GB/T 14735-1993 降水量观测规范》;
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《GB/T 20524-2006 自动气象站技术规范》;
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《HJ 1019-2019 环境空气自动监测技术规范》;
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《GB 50333-2013 城市防洪设计规范》;
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《GB/T 22239-2019 信息安全技术 网络安全等级保护基本要求》。
十六、参考文献
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国家气象局《人工气象观测自动化建设白皮书》;
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中国气象学会《高精度气象传感器技术发展研究》;
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中国水利学会《雨水监测与城市内涝预警系统研究》;
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《智能光学降雨监测与预警技术手册》。
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