项目背景与行业痛点

强降雨是山体滑坡、泥石流、边坡失稳、道路积水、城市内涝以及水库河道水情变化的重要外部诱因。对于地质灾害、防汛、水利和交通安全监测来说，仅知道“今天下了多少雨”并不足够，更需要掌握降雨从什么时候开始、当前雨强多大、过去1分钟和10分钟下了多少、本场降雨已经持续多久，以及降雨强度是否正在快速增加。

传统人工雨量观测难以覆盖夜间、暴雨和偏远区域，翻斗式雨量设备虽然应用广泛，但存在机械运动部件，需要关注翻斗动作、承雨口污染和长期维护状态。对于需要快速刷新、低维护和无人值守的雨情监测点，压电式雨量感知提供了另一种连续降雨测量方式。

压电式雨量监测利用雨滴撞击感知面产生的机械冲击进行降雨识别，不依赖翻斗往复动作，可连续获取雨量、雨强和降雨过程信息，特别适合地质灾害隐患点、水库河道、交通边坡、矿山及城市防汛等需要远程部署的场景。

与此同时，雨情监测真正产生价值的前提是数据能够持续在线。偏远监测点还面临无市电、无固定网络、雷电、低温、断网和维护困难等问题，因此需要将压电雨量感知、太阳能供电、4G通信、本地存储、异常密报和在线平台组成完整的远程雨情监测系统。

建设目标与监测目标

本项目建设在线压电式雨量监测系统，对监测区域的降雨量、雨强和完整降雨过程进行连续自动记录，实现降雨开始、发展、增强、减弱和结束全过程数字化监测。

系统重点输出累计雨量、本场降雨量、本场持续时间、过去1分钟雨量、过去10分钟雨量、本场峰值分钟雨量以及实时设备状态，使管理人员不仅能够看到累计结果，还能掌握短时强降雨发展速度。

通过4G通信将现场数据实时上传SIYB智能监测平台，实现偏远雨量站无人值守运行、远程查看、历史趋势查询、阈值预警、断网补传和设备状态管理。

对于地质灾害、边坡和矿山项目，可进一步将压电雨量数据与GNSS位移、裂缝、倾角、深部位移、地下水位或孔隙水压力进行关联，为降雨诱发变形分析提供时间准确的雨情背景。

需求分析

雨情风险分析对时间分辨率要求较高。24小时累计降雨量可以反映总体降雨水平，但对短时强降雨过程的识别能力有限，因此系统需要同时保留分钟雨量、短时间累计雨量、场次雨量和峰值雨强。

对于泥石流、滑坡、道路边坡和城市防汛场景，降雨快速增强往往比单一日累计值更值得关注。监测系统需要具备快速刷新能力，使短时间内的雨强变化能够及时进入平台。

现场数据还需要统一“降雨场次”的判定和累计逻辑，包括一次降雨何时开始、持续时间如何计算、何时结束以及场次雨量如何重新累计。不同统计口径如果没有提前统一，会直接影响预警模型和历史数据分析。

偏远地区需要重点解决能源和通信问题。系统应支持太阳能储能和4G远程传输，并在通信暂时中断时继续记录现场数据，避免暴雨过程中恰好因网络异常形成关键数据缺口。

总体解决方案

本方案采用S-PZRG压电式雨量监测站，由压电式降雨感知单元、边缘数据采集与计算单元、太阳能与锂电池供电系统、4G通信单元、现场安装防护组件和SIYB智能监测平台组成。

压电式感知单元持续检测雨滴撞击传感表面产生的冲击信号，通过雨滴冲击动量与压电转换获取降雨信息，并经过算法处理形成雨量和雨强数据。

边缘采集单元进一步完成累计雨量、本场降雨量、分钟雨量、场次持续时间和峰值分钟雨量等过程指标计算，同时执行数据质量判断、本地缓存和异常规则。

监测数据通过4G网络上传SIYB平台。正常天气条件下可按照项目设置周期上报；出现强降雨或达到预设条件后，可通过异常密报机制缩短上传周期，提高暴雨过程的数据密度。

整套系统形成“雨滴冲击感知—边缘雨量计算—4G远程传输—过程雨情分析—阈值判断—风险关联”的在线雨情监测链路。

系统架构设计

系统由雨滴感知层、雨情计算层、通信供电层、数据平台层和风险应用层组成。

雨滴感知层采用压电式降雨感知技术，负责获取降雨过程中连续的雨滴冲击信息。

雨情计算层在现场完成信号解析、标定换算、累计量计算、雨强统计、场次判断、质量检测和数据存储。

通信供电层以太阳能加锂电池作为典型无人值守供电方式，并通过4G移动通信网络与远程服务器建立数据链路。

数据平台层完成实时雨情、历史降雨、场次统计、设备状态、预警和报表管理。风险应用层则根据不同项目，将雨情数据用于地质灾害、水利防汛、交通安全、矿山和应急管理。

监测内容与监测方法

累计雨量用于记录监测点在指定统计周期内的总降水量，可按照项目需要生成日累计、月累计、年度累计或自定义时间段累计值。

本场雨量用于记录一次连续降雨过程从开始至当前时刻的累计降雨量，能够直接反映当前降雨事件的发展规模。

雨强反映单位时间内降雨强度，是短时暴雨和降雨快速增强的重要监测指标。

过去1分钟雨量用于观察极短时间降雨变化，对识别突然出现的强降雨具有较高时间敏感性。

过去10分钟雨量反映短时间连续降水强度，相比单一分钟数据更加稳定，可用于短历时降雨过程分析。

本场持续时间记录当前降雨事件已经持续的时间，本场峰值分钟雨量则用于记录本次降雨过程中强度最大的分钟级降雨片段。

系统所有过程数据按照统一时间戳保存，使降雨峰值可以与边坡位移、泥石流、河道水位或道路积水等事件准确对应。

技术原理与算法模型

压电式雨量监测的基础是压电效应。雨滴落到感知表面时会产生瞬时机械冲击，压电敏感单元将这一机械能转换为电信号。雨滴尺寸、速度和撞击过程会影响信号特征，系统通过信号处理和标定模型将连续雨滴事件转换为降雨量及雨强。

与翻斗式测量依靠固定容积翻斗次数累计雨量不同，压电式雨量监测没有翻斗机械计量动作，而是直接对降雨冲击过程进行感知和算法换算，因此其数据质量与感知面状态、安装水平、雨滴冲击特征、算法标定和现场环境密切相关。

累计雨量可理解为统计时间窗口内各有效降雨量增量的累计，即R=ΣΔRi。不同统计窗口可以形成分钟雨量、小时雨量、日雨量和场次累计雨量。

雨强可根据单位时间内降雨量进行换算。例如在固定时间窗口Δt内，降雨量变化为ΔR，则相应雨强可按照项目统一的时间单位进行计算。

降雨场次算法需要规定无雨间隔。系统根据连续雨滴事件和设定的无降雨持续时间判断一场降雨是否结束，从而重新建立下一场降雨的累计起点。

短时强降雨分析不能只依赖瞬时单点值，平台可同时比较当前雨强、过去1分钟雨量、过去10分钟累计雨量及本场峰值分钟雨量，从多个时间尺度判断降雨发展状态。

对于异常数据，系统结合越量程、突变、长期异常、供电和通信状态形成质量标记，避免将设备异常或外部机械碰撞直接解释为真实降雨。

系统功能设计

系统具备降雨自动感知、雨强计算、累计雨量统计、场次降雨识别、分钟雨量分析、峰值统计、本地存储、4G联网、异常密报、设备诊断、阈值预警和报表输出等功能。

实时雨情功能显示当前累计雨量、当前雨强、本场雨量、本场持续时间及最近更新时间。

过程雨情功能重点展示过去1分钟、过去10分钟、本场累计和本场峰值分钟雨量，可用于分析当前是否处于降雨增强阶段。

场次管理功能将每次独立降雨过程形成单独记录，保存开始时间、结束时间、持续时间、累计雨量和峰值信息，便于后续降雨事件统计。

异常密报功能可在降雨量或雨强达到项目设定条件后自动提高数据上报频率，为强降雨阶段保留更密集的数据记录。

设备诊断功能监测通信、供电、数据异常和维护状态，使雨情异常与设备异常能够进行区分。

硬件组成与配置方案

系统主要由S-PZRG压电式降雨感知单元、边缘数据采集主机、4G通信模块及天线、太阳能板、锂电池、安装立杆、防护箱、防雷接地及基础安装附件组成。

压电式雨量感知单元应安装于开阔位置，感知面上方避免树木、建筑檐口、电线及其他遮挡物，减少局部遮雨、滴水和溅水造成的数据偏差。

安装结构应保持稳定和水平，避免立杆晃动、机械振动或人为碰撞长期作用于压电感知结构。

边缘数据采集单元负责雨量数据计算、本地存储及4G远程联网，使一个站点能够独立完成“感知、计算、通信和存储”。

无人值守点位采用太阳能与锂电池供电，可适用于山地、矿区、水库、交通边坡和其他缺少市电的现场。

核心设备参数

S-PZRG压电式雨量监测站雨强测量范围为0.3～10mm/min。

雨量分辨率为0.01mm。

日累计降雨量测量精度资料标称为±4%。需要说明的是，该数值属于产品资料标称指标，实际监测表现还受到安装位置、感知面状态、降雨类型、环境干扰及算法处理等因素影响。

设备刷新间隔为5秒，可较快反映降雨过程变化。

过程数据包括累计雨量、本场雨量、本场持续时间、过去1分钟雨量、过去10分钟雨量以及本场峰值分钟雨量。

设备支持4G无线数据传输，远程上报周期可在1分钟至24小时范围内设置，并支持异常状态密报。

典型无人值守供电采用太阳能加锂电池，太阳能板资料标称10W，锂电池容量5200mAh。

设备环境适用资料为-40～+85℃、0～95%RH且无凝露。

项目还可按配置增加环境温度、湿度和气压监测。其中温度范围-40～+85℃、精度±0.3℃、分辨率0.1℃；湿度范围0～100%RH、精度±3%RH、分辨率0.1%RH；气压范围300～1100hPa、精度±0.4hPa、分辨率0.1hPa。

温湿度和气压属于可选配置，并非所有压电雨量监测站默认同时配置，项目选型时应根据实际需求确认。

软件平台与数据展示

SIYB智能监测平台针对雨情监测采用“项目—区域—雨量站—监测数据”的方式组织信息，可集中管理多个偏远雨量监测点。

项目总览展示雨量站位置、设备在线状态、供电情况、通信情况、当前雨情和报警状态，使管理人员快速了解区域内哪些站点正在降雨。

实时雨情页面重点显示累计雨量、当前雨强、分钟雨量、本场降雨持续时间及本场峰值数据。

历史页面可按照单场降雨、日、月或自定义时间范围查询数据，通过过程曲线观察降雨开始、增强、峰值、减弱和结束全过程。

平台可对多个雨量站进行横向比较，用于观察同一降雨天气过程中不同区域的降雨空间差异。

对于地质灾害项目，可将雨量数据与GNSS、裂缝、倾角、深部位移等监测结果同步显示，为降雨诱发变形分析提供统一时间背景。

系统支持权限管理、远程参数配置、设备诊断、断网补传、周期报表和项目数据接口。

数据分析与智能应用

压电式雨量监测的应用重点之一是降雨过程识别。系统可以将连续观测数据自动整理为一次次独立降雨事件，并统计每场降雨的累计量、持续时间和峰值分钟雨量。

短时强降雨分析可同时利用5秒刷新数据、过去1分钟雨量和过去10分钟雨量，判断当前降雨是在快速增强、保持高强度还是逐步减弱。

对于滑坡和边坡项目，可将当前雨量与前期累计雨量结合分析。某一时刻边坡发生位移变化时，可以向前追溯数小时、数天甚至更长时间的累计降雨过程。

对于泥石流监测，可重点关注短时高雨强与持续累计降雨的组合条件，再与泥位、振动、视频或其他专业监测数据联合研判。

对于水库和河道，可将上游雨量站的降雨过程与水位变化进行时间关联，观察降雨至水位响应之间的滞后关系。

对于城市防汛，可利用多个雨量站形成区域网格化雨情数据，通过不同站点分钟雨量和累计雨量比较，识别局部强降雨区域。

平台长期保存降雨事件后，还可统计不同月份、季节和年度的降雨频次、场次规模和极端雨强，为项目建立本地化雨情基础数据。

预警机制与决策支撑

雨情预警可从“雨强、短历时累计、场次累计和前期累计”多个维度设置，而不是仅使用一个日降雨量阈值。

雨强预警用于识别当前正在发生的强降水。当实时雨强达到项目设定条件时，系统可立即进入关注或报警状态。

分钟雨量预警可针对1分钟、10分钟等短时间窗口设置，用于捕捉局地短时强降雨。

场次累计雨量预警用于判断当前一场降雨已经形成的总体降水规模，适合持续性降雨风险分析。

对于地质灾害项目，还可结合前期累计降雨和位移监测建立组合规则。例如持续降雨已经使前期累计雨量达到一定水平后，即使当前雨强不极端，也可能需要提高监测关注等级。

达到预警条件后，设备可按照项目设置缩短数据上报周期，使强降雨阶段获得更加密集的数据。

具体雨量预警阈值应由项目责任单位根据区域历史雨情、风险对象、地质条件、设计文件及当地防汛或地质灾害预警规则确定，不能将雨量传感器量程或测量精度直接作为工程报警值。

项目实施方案

项目实施前首先确定雨量监测用途。地质灾害、水库河道、城市防汛、交通边坡和矿山项目的站点密度、统计周期和预警逻辑存在差异，应根据业务目标完成测点设计。

现场选址应选择能够代表目标区域实际降雨的开阔位置，避免大型建筑、树木、山体局部遮挡以及屋檐滴水、喷淋、空调排水等非自然降水影响。

完成基础和立杆施工后，对压电雨量监测单元进行稳定固定，并完成太阳能板、锂电池、4G通信、防雷接地和线缆防护安装。

平台配置阶段设置设备编号、站点名称、经纬度、数据单位、累计雨量逻辑、场次判断规则、正常上报周期、异常密报周期和预警阈值。

调试过程中可按照项目认可的方法开展功能检查和现场比对，验证降雨数据、4G通信、报警逻辑、本地缓存和断网补传功能。

试运行阶段重点观察无雨天气是否存在异常数据、实际降雨过程是否能够正确识别以及场次累计是否符合设置规则，确认后进入正式运行。

运维服务保障

压电式雨量监测虽没有翻斗机械计量机构，但仍需要长期现场维护。重点应保持雨滴感知表面清洁，避免泥沙、鸟粪、树叶、昆虫或其他污染物覆盖感知区域。

应定期检查监测设备是否保持原安装状态，立杆和支架是否松动，避免长期机械振动或倾斜影响雨滴撞击测量条件。

太阳能站点需要检查太阳能板表面清洁、安装角度、固定状态和锂电池电量，尤其在连续阴雨季节应关注储能状态。

平台持续记录设备供电、通信和数据状态。当设备出现长期无数据、异常跳变或网络中断时，可以通过远程状态信息辅助判断故障原因。

网络异常期间边缘设备继续保存监测数据，通信恢复后按照原时间顺序补传，保证暴雨过程数据尽可能完整。

设备重新安装、感知部件更换、算法或累计规则调整后，应保存变更时间和配置记录，确保不同阶段雨量数据具有明确解释边界。

项目优势与方案价值

压电式雨量监测采用雨滴冲击感知，无翻斗机械动作，可减少传统机械翻斗长期动作带来的运动部件维护问题。

5秒刷新能力有利于观察降雨强度快速变化，相比只提供长周期累计值的雨量设备，更适合短时强降雨过程监测。

系统不只输出一个累计雨量，还直接提供本场雨量、本场持续时间、过去1分钟、过去10分钟及峰值分钟雨量，使客户能够获得更完整的降雨事件信息。

0.01mm雨量分辨率可满足雨情过程细化记录需要，并可根据项目形成分钟、小时、日和场次等不同时间尺度的数据。

4G、太阳能和锂电池组成独立远程监测节点，适合山区、水库、交通边坡、矿区和其他无人值守场景。

异常密报机制使系统在无雨或正常状态下可以采用较低通信频率，在强降雨发生后自动提高上报密度，更适合长期低功耗雨情监测。

SIYB平台可将雨情与地质灾害、结构变形、水位等其他监测数据统一到同一项目中，使雨量站从独立气象设备升级为风险监测体系中的降雨触发数据源。

应用场景

本方案适用于山体滑坡、危岩体、泥石流沟及其他地质灾害隐患点，用于获取降雨量、短时雨强和持续降雨过程，为地质灾害风险分析提供雨情数据。

适用于公路边坡、铁路边坡、路基和桥梁周边，可监测影响交通工程安全的强降雨过程。

适用于水库、河道、山洪沟和水利工程，可在偏远区域连续获取降雨量和雨强，并与水位、水流等数据联合应用。

适用于城市防汛和低洼区域雨情监测，可通过多个站点建立区域降雨感知网络，辅助识别局部短时强降雨。

适用于矿山、排土场、尾矿设施周边和露天采场，可作为边坡安全及防汛系统的降雨监测节点。

适用于应急监测和临时风险点位，可快速建设独立太阳能4G雨量监测站，为现场持续提供远程雨情信息。

效益分析

风险分析效益方面，系统能够同时记录雨强、分钟雨量、场次累计和持续时间，使降雨诱发型风险分析不再只依赖日累计雨量。

时间效益方面，快速刷新和4G远程上报能够缩短从实际降雨发生到后台获取数据之间的时间，为强降雨事件跟踪提供连续信息。

运维效益方面，无翻斗机械计量设计减少机械运动部件维护环节，太阳能和无线通信减少偏远监测点供电及网络施工需求。

管理效益方面，多个雨量站可在SIYB平台统一管理，实时了解哪些区域正在降雨、降雨强度以及设备在线状态。

数据效益方面，长期保存的场次降雨、分钟雨量、峰值雨强和累计雨量可形成项目专属雨情数据库，为后续预警模型优化和风险复盘提供基础资料。

标准规范与政策依据

降水量观测方法可参考GB/T 35228-2017《地面气象观测规范 降水量》。

自动化雨情观测系统可根据项目适用范围参考GB/T 35237-2017《地面气象观测规范 自动观测》。

雨量数据记录和显示系统设计可结合降水量观测仪器相关国家标准以及项目数据管理要求执行。

具有外壳防护要求的设备可参考GB/T 4208-2017《外壳防护等级（IP代码）》。

需要特别说明的是，压电式雨量监测与翻斗式雨量监测的感知原理不同，因此涉及翻斗结构和翻斗计量机构的专用技术要求不能直接等同套用于压电式雨量感知单元。

地质灾害、防汛、水利、交通和矿山项目还应结合项目所在地行业主管部门有关雨情监测、预警阈值和数据上报的现行规定执行。

具体测点数量、安装位置、统计周期、雨量阈值和验收方法应根据项目用途、历史降雨资料、风险等级及建设单位技术要求确定。

成功案例

成功案例应以实际实施并获得公开授权的项目资料为准。典型地质灾害雨情监测项目可在山体滑坡或高边坡重点区域布设压电式雨量监测站，由太阳能系统独立供电，并通过4G网络持续上传降雨数据。

平台按照降雨场次保存累计雨量、本场持续时间、过去1分钟和10分钟雨量以及峰值分钟雨量。当区域出现明显降雨增强时，设备根据项目规则缩短上报周期，为平台提供更密集的雨情过程。

如果同一区域同时部署GNSS位移、裂缝、倾角或深部位移设备，技术人员可在同一时间轴中比较降雨与变形数据。例如某次持续降雨后边坡位移速率出现变化，可以向前追溯本场累计雨量和短时雨强，为现场复核提供完整雨情背景。

典型建设过程包括风险需求分析、雨量站选址、基础与太阳能安装、4G联网、累计规则配置、平台接入、试运行和后期运维。以上内容属于基于S-PZRG能力形成的典型应用路径，不作为既有客户项目业绩或固定量化效果声明。

参考文献

[1] GB/T 35228-2017，《地面气象观测规范 降水量》。

[2] GB/T 35237-2017，《地面气象观测规范 自动观测》。

[3] GB/T 4208-2017，《外壳防护等级（IP代码）》。

[4] 压电效应、雨滴冲击动量测量及压电式降雨感知相关技术资料。

[5] 短时强降雨、分钟雨量、场次降雨统计及雨情预警相关研究资料。

[6] 地质灾害降雨触发、山洪防御及区域雨情综合在线监测相关技术资料。