项目背景与行业痛点

水库、水文站、公路铁路沿线、矿山、农业林区及各类户外工程长期需要掌握区域降雨变化。与临时暴雨监测不同，很多项目更关注的是连续数月甚至数年的降雨记录，包括什么时候开始下雨、一天累计多少、一个月累计多少、不同季节雨量如何变化，以及某次施工、边坡异常或水位上涨前经历了怎样的降雨过程。

传统人工雨量观测需要工作人员定期到站读取、登记和整理数据。对于山区、水库上游、铁路边坡、矿区和林区等分散点位，巡检距离长、人员到场频率低，容易出现节假日、夜间、强降雨或道路中断期间的观测空档。

长期自动雨量站还面临另外一类问题：设备不仅要“测得到”，还要“长期在线”。现场可能没有市电和固定网络，太阳能板污染、蓄电池性能下降、4G信号波动、承雨口堵塞、翻斗机构污染等问题都会影响数据连续性。如果只保存最终雨量而不记录站点状态，就难以判断某段缺测究竟来自无雨、设备故障还是网络异常。

无人值守雨量监测系统因此更强调长期运行能力。通过翻斗式雨量感知、脉冲累计、低功耗边缘采集、太阳能供电、4G远程传输、本地缓存和在线平台，可以形成稳定的区域雨情时间序列，为水文分析、工程管理和长期风险研判提供基础数据。

建设目标与监测目标

本项目建设无人值守雨量监测站，在目标区域建立能够长期独立运行的自动雨量观测点，实现降雨发生、累计过程和站点运行状态的远程连续记录。

监测内容以分钟、小时、日及更长统计周期雨量为核心，同时获得累计雨量、雨强、降雨开始时间、降雨结束时间以及设备供电和通信状态。

系统通过翻斗雨量感知单元将降雨转换为脉冲数据，由现场边缘采集主机完成脉冲计数、雨量换算、累计统计和数据缓存，再通过4G网络上传SIYB智能监测平台。

建设完成后，管理人员可远程掌握每个雨量站是否在线、当前是否降雨、当前累计雨量以及历史雨量变化，无需频繁前往现场人工读取。

需求分析

无人值守雨量站首先需要满足长期稳定计量要求。翻斗式雨量监测依靠固定容积翻斗不断翻转完成降水计量，因此承雨口、漏斗、翻斗机构和水平状态都会直接影响长期数据质量。

第二，需要降低现场能耗。偏远站点通常采用太阳能和蓄电池供电，如果通信频率过高，会增加整体耗电。因此系统需要根据有雨和无雨状态采用不同的数据上报策略，在保证雨情及时性的同时兼顾长期续航。

第三，需要考虑雨量累计口径。分钟雨量、小时雨量、日雨量、过程累计和长期累计属于不同统计对象，平台应统一时间、时区、统计起点和缺测规则，避免多站点数据无法直接比较。

第四，需要同步管理站点健康状态。雨量数据和电源、通信、设备离线、异常跳变等状态应放在一起管理，使用户能够判断数据是否完整可信。

总体解决方案

本方案采用S-URST无人值守雨量监测站，由翻斗式雨量感知单元、边缘数据采集主机、太阳能与蓄电池供电组件、4G通信单元、RS485接口、安装支架、防雷接地以及SIYB智能监测平台组成。

自然降雨通过承雨口汇集至翻斗计量机构。当翻斗内水量达到设定容量后发生翻转，每次翻转产生一次干簧管通断脉冲。边缘主机持续记录脉冲数量，并根据传感器标定参数换算降雨量。

现场主机进一步对雨量数据进行分钟、小时、日及累计统计，并记录降雨发生时间、设备供电、通信状态和异常信息。

有降雨时，系统按照较高频率向平台上传雨情；无雨期间可降低通信频率，从而减少蜂窝通信和能源消耗。通信中断时数据先保存在现场，网络恢复后再进行补传。

SIYB平台负责多站点集中管理、历史雨量序列、累计统计、报警、报表和远程设备状态查看，形成适合长期无人值守运行的自动雨量监测体系。

系统架构设计

系统架构围绕“计量—记录—传输—存储—应用”五个环节展开。

计量端采用翻斗式雨量感知装置，将实际降水量转换成可累计的脉冲事件。

记录端由边缘采集主机完成脉冲采集、雨量换算、时间记录、统计处理和本地缓存，是无人值守站点的数据核心。

传输端采用4G无线通信，并保留RS485接口用于现场调试、设备接入或系统集成。根据项目条件，也可配置其他通信链路。

供电端以太阳能加蓄电池为典型配置，适合无市电区域长时间运行。

云端SIYB平台负责站点地图、历史雨量、雨强统计、报警、报表及设备运维，实现一个账号集中查看多个无人雨量站。

监测内容与监测方法

分钟雨量用于描述短时间内的降水量变化，可作为雨强变化分析的基础数据。

小时雨量通过一定时间窗口累计得到，可用于水文、排水和工程现场雨情统计。

日雨量用于形成标准的逐日降雨记录，可进一步汇总为月累计、季度累计和年度累计数据。

累计雨量用于记录指定统计起点以来的总降水量，适用于水资源、农业和长期环境观测。

雨强用于描述单位时间降雨程度，可辅助识别降雨增强、减弱和持续状态。

系统还记录降雨开始和结束状态，使平台可以自动整理一次降雨过程的时间范围。

站点供电和通信状态与雨量数据同步保存。当某一时间段出现缺测时，可以结合设备状态判断原因。

技术原理与算法模型

翻斗式雨量监测采用定容积计量原理。降水通过承雨口进入汇流装置并流向翻斗，当其中一个翻斗积水达到设计容量后，在重力作用下翻转并排水，同时另一个翻斗进入接水位置。

每次翻斗动作通过干簧管产生一次开关脉冲。设每次翻斗对应雨量当量为K，监测时间内共检测到N次有效脉冲，则累计雨量可表示为R=N×K。

一定时间窗口内累计雨量变化可进一步换算为雨强。例如时间间隔Δt内雨量增加ΔR，则可根据项目统一时间单位计算相应降雨强度。

边缘采集主机需要对脉冲进行有效性判断，避免接点抖动、电气干扰或异常连续触发造成重复计数。

雨量统计采用统一时间基准。分钟、小时、日和月累计数据均由同一原始脉冲序列派生，减少不同统计口径分别计算造成的数据不一致。

发生通信中断时，原始时间和雨量记录仍保存在边缘端。网络恢复后按照真实采集时间补传，平台不能使用恢复通信的时间替代实际降雨发生时间。

系统功能设计

系统具备自动雨量采集、脉冲计数、分钟雨量统计、小时雨量统计、日雨量统计、累计雨量计算、雨强分析、本地缓存、远程通信、站点状态诊断和报表输出等功能。

雨量采集无需现场人员操作，翻斗动作产生的数据自动进入边缘采集主机，实现全天候连续记录。

有雨和无雨状态可采用不同通信策略，在降雨期间保持较及时的数据上报，在长期无雨时降低通信次数，从而优化太阳能站点能耗。

平台支持查询某一站点指定日期、月份或自定义时间段内的雨量变化，并自动形成累计统计结果。

设备状态功能显示站点在线、通信和供电情况，帮助管理人员远程判断雨量站是否正常运行。

断网补传功能在网络异常期间继续记录数据，恢复通信后补齐缺失时间段，提高长期雨量序列完整度。

硬件组成与配置方案

系统主要由翻斗式雨量传感器、边缘数据采集主机、4G通信模块、RS485接口、太阳能板、蓄电池、监测立杆、安装底座、防护箱、线缆及防雷接地组件组成。

翻斗雨量传感器安装于立杆或独立基础顶部，承雨口周围应保持开阔，减少建筑、树木及其他物体对实际降雨收集的影响。

边缘主机安装于现场防护箱内部，负责雨量脉冲采集、数据统计、缓存和4G联网。

太阳能板根据现场日照方向固定安装，蓄电池作为夜间及阴雨天气储能单元，共同组成无人值守供电系统。

多个分散站点可分别配置独立通信终端，各站点通过4G直接进入统一SIYB平台，无需铺设长距离现场通信线缆。

核心设备参数

S-URST无人值守雨量监测站采用翻斗式雨量计量方式，雨强测量范围为0～4mm/min。

雨量分辨率为0.2mm。

准确度资料标注为：降雨量不大于10mm时为0.4mm；降雨量大于10mm时为±4%。具体验收口径应根据最终技术协议确认。

承雨口直径为φ200mm。

雨量传感器输出采用干簧管通断脉冲，通过脉冲累计完成降雨量统计。

通信配置为4G+RS485，可同时满足远程无线数据上传和现场数字通信需求。

资料标称有雨时5分钟上报一次；无雨状态下可在30分钟至24小时范围内调整上报周期，适合长期低功耗无人值守运行。

数据采用云端存储，同时边缘缓存容量根据实际配置的采集主机确定。

工作环境范围为-20～+80℃。

典型供电方式采用太阳能加蓄电池组合，具体太阳能板功率和储能容量根据项目通信频率、现场日照及续航要求确定。

软件平台与数据展示

SIYB智能监测平台可按照“区域—站点—雨量数据”管理无人值守雨量网络，特别适合水库、水文站、交通沿线和多区域分散布点项目。

地图页面可以直观看到各雨量站位置、在线状态、最新雨量、供电通信情况及是否存在报警。

站点详情页面主要展示分钟雨量、小时雨量、日雨量、累计雨量、雨强、降雨开始和结束信息。

历史查询支持按照日期和时间区间筛选，可对某一场降雨、某个月或更长时间的数据进行查看。

多个站点可以在统一统计周期内进行雨量比较，用于分析区域降雨空间差异。

平台还可生成周期报表，并根据客户业务需要导出雨量及站点运行数据。

设备运维页面集中展示通信、供电、离线及异常状态，使无人雨量站不仅能够远程采集，也能够远程管理。

数据分析与智能应用

长期无人值守雨量监测更适合构建稳定的降雨时间序列。系统可将连续数月或数年的分钟、小时和日雨量自动整理，为区域降水规律分析提供长期数据基础。

对于水库和水文站，可将不同时间尺度的降雨量与库水位、河道水位和流量进行比较，分析降雨与水情变化之间的响应关系。

对于公路和铁路边坡，可统计异常变形发生前数小时或数日的累计降雨，为边坡排水和雨后巡查提供参考。

对于矿山和建筑施工，可将雨量过程与开挖、排水和施工停复工时间放在同一时间轴，形成施工环境记录。

对于农业和林业，可通过长期日雨量、月雨量和降雨间隔分析区域自然降水条件，为灌溉和水资源管理提供基础数据。

多个无人雨量站组成监测网络后，还可以比较同一天不同地点的累计雨量，识别区域性与局地性降雨差异。

预警机制与决策支撑

无人值守雨量监测可按照雨强、小时累计、日累计、连续降雨量以及项目自定义时间窗口设置雨情提醒。

水库和水文项目可根据防汛管理制度设置不同等级的累计雨量条件，并将雨量变化与水位等数据联合使用。

交通边坡和矿山项目可以将降雨阈值作为现场巡检触发条件，例如达到项目设定累计雨量后安排重点边坡复查。

对于长期无雨状态，系统无需保持与强降雨期间相同的数据上传频率；实际发生降雨后，可以按照系统配置提高上报频率，使数据传输方式与业务状态匹配。

平台同时监测站点自身状态。如果雨量出现异常但设备同时存在供电不足、断线或通信异常，应首先进行数据质量核查。

雨量监测站提供的是降雨观测数据和规则执行能力，具体防汛、地质灾害或工程安全控制值应依据项目所在地历史雨情、设计文件和主管部门要求确定。

项目实施方案

无人雨量站建设首先根据业务覆盖范围确定布点位置。水库、水文、交通、矿山和农业项目的站点密度不同，应优先保证每个点能够代表目标区域实际降雨情况。

现场选址应避免屋檐、树冠、建筑物、大型设备和其他明显遮雨物，同时避开容易产生额外滴水、喷水或严重积尘的位置。

安装前完成基础施工和立杆固定，确保翻斗雨量计水平安装。设备倾斜会改变翻斗计量条件，因此水平状态属于调试的重要检查项。

随后安装太阳能板、蓄电池、防护箱、通信天线和接地系统，并完成雨量脉冲输入、RS485及4G通信测试。

平台侧设置站点编号、名称、坐标、雨量分辨率、统计周期、上报周期和预警规则。

正式运行前可采用人工注水、功能检查或项目认可的比对方法验证翻斗动作、脉冲计数、雨量换算、数据上传和断网补传是否正常。

运维服务保障

无人值守并不等于无需维护。翻斗雨量站长期运行的重点维护对象是承雨口、汇流漏斗、翻斗机构、立杆水平状态、太阳能系统和通信设备。

应按照现场环境定期清除承雨口中的树叶、灰尘、昆虫和其他杂物，避免雨水无法正常进入翻斗机构。

翻斗机构应保持动作灵活，发现污染、卡滞或翻转异常时及时检查处理。

太阳能板应保持有效采光，定期检查表面污染、遮挡和固定状态；同时关注蓄电池健康状态，避免连续阴雨天气造成低电。

平台可远程查看站点通信和供电状态。当某站点长时间离线时，可优先判断是网络、供电还是现场设备问题，提高运维定位效率。

设备维修、更换传感器、调整雨量参数或统计规则后，应保存变更记录，避免长期雨量序列缺少必要的设备背景信息。

项目优势与方案价值

本方案重点解决“长期无人值守”而不是追求单次现场测量。翻斗雨量、低功耗采集、太阳能供电、4G通信和远程平台共同构成可长期部署的独立雨量站。

翻斗计量采用明确的定容积和脉冲累计逻辑，数据结构清晰，适合水文、水利、交通和长期雨量统计场景。

有雨和无雨采用不同上报周期，可以在保证雨情记录的同时降低无雨阶段的通信和能源消耗，更符合太阳能无人站运行特点。

4G+RS485既满足远程联网，也保留现场设备通信和系统扩展能力，便于接入不同项目的数据采集体系。

平台不仅显示当前雨量，还能够长期保存分钟、小时、日和累计雨量，为客户形成持续性的历史雨情数据库。

站点运行状态、供电、通信和雨量数据统一管理，使用户能够远程知道“有没有下雨”以及“设备有没有正常工作”。

应用场景

本方案适用于水库及水文站长期降雨观测，可作为偏远水情监测点的自动雨量采集设备。

适用于公路和铁路沿线，为边坡、路基、桥涵排水和雨季巡查提供持续雨量记录。

适用于矿山、露天采场和建筑工程，可记录施工区域累计雨量并服务现场排水和雨季施工管理。

适用于农业和林业区域，可形成长期自然降水序列，为灌溉、水资源和生产管理提供基础数据。

适用于港口、码头及其他户外工程设施，作为现场环境和雨情数据采集节点。

还可用于需要构建多站点自动雨量网络的区域级监测项目。

效益分析

人工成本方面，无人雨量站减少每日或每场降雨后的人工读数、抄录和汇总工作，特别适合点位多、距离远的项目。

数据连续性方面，自动脉冲累计可长期记录夜间、节假日和恶劣天气期间的降雨，降低人工观测形成的数据空档。

能源利用方面，根据有雨和无雨状态调整通信周期，有助于延长太阳能和储能系统持续运行时间。

管理效率方面，多站点集中进入同一平台后，可以快速查看区域雨情分布和异常离线站点，提高雨量网络管理效率。

数据资产方面，连续多年雨量数据可以逐渐形成项目所在地自己的降雨历史库，为水文分析、工程设计复核和运营管理提供长期资料。

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》。

翻斗式雨量传感器相关设计、选型和计量方法可参考GB/T 21978.2-2014《降水量观测仪器 第2部分：翻斗式雨量传感器》。

涉及雨量显示和记录装置时，可根据项目配置参考GB/T 21978.5-2014《降水量观测仪器 第5部分：雨量显示记录仪》。

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）》。

具体水利、水文、交通、矿山和工程项目还应结合项目所属行业的雨量观测、数据上报、防汛及安全管理规定确定最终实施要求。

上述标准作为方案设计和技术方法参考，不表示整套无人值守雨量监测站自动取得相关认证或满足标准全部条款。

成功案例

成功案例应以真实完成并获得公开授权的项目为准。典型水库无人雨量站项目可在库区上游及重点汇水区域布设多个S-URST雨量监测点，各站独立采用太阳能供电和4G远程通信。

雨量站平时按照低功耗方式运行，无雨期间降低数据上报频率；进入降雨状态后，按照项目设置提高数据上传频次，将雨量和站点状态持续发送至SIYB平台。

管理人员可以在办公室查看不同站点的小时雨量、日雨量和累计数据，并结合水库水位变化分析上游降雨对库区水情的影响。

在长期运行过程中，平台同时保存各站点供电、通信和设备异常记录。发现某站数据长期不更新时，可以根据设备状态安排针对性运维，而不需要对所有站点进行无差别人工巡检。

以上为基于无人值守翻斗雨量站能力编制的典型建设路径，用于说明系统应用方式，不作为既有客户名称、项目业绩或固定运行效果声明。

参考文献

[1] GB/T 35228-2017，《地面气象观测规范 降水量》。

[2] GB/T 21978.2-2014，《降水量观测仪器 第2部分：翻斗式雨量传感器》。

[3] GB/T 21978.5-2014，《降水量观测仪器 第5部分：雨量显示记录仪》。

[4] GB/T 4208-2017，《外壳防护等级（IP代码）》。

[5] 翻斗雨量计定容积计量、干簧管脉冲采集及累计雨量统计相关技术资料。

[6] 水文雨量观测、无人自动雨量站及区域降雨长期序列分析相关技术资料。