项目背景与行业痛点

车辆、船舶、浮动平台、工程机械、移动监测车、无人值守移动平台及其他存在持续振动、摇摆和姿态变化的设备，同样存在实时获取降雨信息的需求。降雨可能直接影响道路附着条件、设备运行安全、施工调度、水上作业、移动环境调查以及现场自动控制。传统翻斗式雨量计依靠机械翻斗按照固定水量翻转计数，其正常工作通常需要相对稳定的安装姿态。在持续颠簸、冲击、倾斜或晃动环境中，机械结构容易受到非降雨运动影响，因此并不适合所有移动平台。

普通固定式雨量观测方法同样不能简单直接搬到高速运动平台。车辆或船舶运动以后，传感器相对于空气和雨滴的运动状态发生变化，迎风气流、横风、平台倾角以及周边结构都会改变雨滴进入感知区域的条件。因此，运动场景降雨监测不仅需要避免机械运动件，还需要同时记录设备自身的运行状态，并通过边缘质量判断区分稳定工况、强振动、明显倾斜和高速运动等不同数据条件。振动晃动运动场景光学雨量监测系统采用S-OPRG无运动件光学雨量监测仪，通过光学散射/遮挡识别雨滴，并结合边缘数据采集主机、运动状态选配传感器、4G通信和SIYB智能监测平台，实现移动或振动环境下的降雨强度、累计雨量、降雨事件及设备状态连续监测。

建设目标与监测目标

本项目建设面向振动、摇摆及运动平台的光学降雨综合在线监测系统。

核心监测参数包括瞬时降雨、累计雨量、降雨事件、设备运行状态以及项目配置的光照信息。

对于存在明显运动的平台，可扩展三轴加速度、倾角、姿态、GNSS位置或车辆速度等运行状态数据，用于给雨量记录增加工况标签。

系统按照统一时间戳记录“何时下雨、雨强如何变化、累计多少、设备当时是否处于运动或强振动状态”。

现场边缘主机负责采集、滤波、质量判断、本地缓存和工况标记，再通过4G网络上传SIYB智能监测平台。

需求分析

运动场景首先需要解决机械适应性问题。传感器应尽量减少容易受到惯性、倾角和冲击影响的运动部件，因此本方案采用无翻斗、无机械计量动作的光学雨量感知方式。

第二，需要考虑平台姿态。虽然光学检测不依赖翻斗动作，但感雨面长时间大角度倾斜后，雨滴进入有效光学区域的概率和方向仍可能发生变化。

第三，需要考虑相对风。移动平台速度较高时，平台自身运动叠加自然风会形成相对气流，使雨滴轨迹与静止环境不同。

第四，需要考虑安装位置。车辆车顶、船舶甲板、工程机械驾驶室顶部或移动平台支架附近的挡风板、天线、设备箱和车体结构均可能造成局部气流扰动。

第五，需要明确数据使用目的。如果目标是识别“当前是否降雨、降雨开始和结束、雨强趋势”，运动平台具有较高实用价值；如果用于严格国家业务气象站降水统计，则应按照对应标准和固定暴露条件另行验证。

第六，项目需要记录运动工况，避免把剧烈振动、车库进出、洗车、水浪飞溅等特殊环境下的数据与正常自然降雨数据混为一类。

总体解决方案

本方案以S-OPRG光学雨量监测仪为核心，由无运动件光学雨量单元、抗振安装组件、边缘数据采集主机、4G通信模块、供电系统以及SIYB智能监测平台组成。

光学雨量单元通过雨滴经过感知区域时造成的散射或遮挡变化获取降雨相关原始信号。

边缘主机对雨滴信号进行滤波、补偿、雨强计算、累计雨量统计、降雨事件识别和质量标记。

对于高振动或移动项目，可另外接入MEMS加速度/倾角、GNSS或车辆工况数据，并与雨量数据使用统一时间戳。

当平台处于正常运动状态时，系统持续记录雨量；当出现异常冲击、大姿态变化或其他项目定义的不利工况时，可对对应雨量数据增加质量标志，而不是直接删除原始数据。

数据经4G蜂窝网络上传SIYB平台；通信异常期间边缘端继续采集并缓存，恢复网络后按照原始时间戳补传。

系统架构设计

系统由光学雨滴感知层、运动工况感知层、边缘质量控制层、4G通信层和SIYB数据应用层组成。

光学雨滴感知层负责瞬时降雨、累计雨量和降雨事件获取。

运动工况感知层属于项目扩展，可接入振动、倾角、加速度、车速、航速或GNSS等数据。

边缘质量控制层对雨量和运动状态统一授时，并执行滤波、突变判断、事件识别和质量码生成。

4G通信层负责运动平台与远程服务器之间的数据传输。

SIYB平台负责实时雨量、车辆或设备位置、运动状态、历史曲线、质量标志、告警及数据接口管理。

监测内容与监测方法

瞬时降雨用于反映当前时间窗口内的降雨强度变化，是判断降雨突然增强或减弱的重要基础数据。

累计雨量按照有效降雨数据进行时间累计，可形成单次事件累计、小时累计、日累计或任务周期累计。

降雨事件用于识别一次自然降雨的开始、持续和结束过程。

光照属于项目选配参数，可记录车辆、船舶或移动平台所在区域的环境光照变化。

运动状态属于项目扩展数据，可包括静止、低速运动、高速运动、明显振动、强冲击和大倾角等状态。

质量码用于描述某条雨量数据所处测量条件，例如正常、强振动、姿态异常、光学窗口污染、超量程或设备异常。

技术原理与算法模型

S-OPRG采用光学散射/遮挡方式识别经过感知区域的雨滴。雨滴进入光路以后会改变接收端获得的光学信号，系统依据这种变化识别降雨事件及雨滴活动。

与机械翻斗计数不同，该过程本身不需要雨水先汇集到翻斗并驱动机械机构完成翻转，因此不存在机械翻斗因设备自身惯性运动直接翻转计数的问题。

边缘主机对短时雨滴事件进行统计和转换，形成瞬时降雨及累计雨量结果。

设第i个统计时间窗口雨量为Pi，则一场降雨事件累计量可表示为Psum=ΣPi。

瞬时雨强可以根据规定统计时间窗口内的有效雨量换算得到，具体时间窗口和算法以项目配置为准。

运动平台环境下还可引入状态变量M。M可以由振动、倾角、速度和姿态信息组成，用于给雨量结果建立工况质量等级。

需要特别说明，运动状态数据主要用于质量判断和数据分层。除非项目经过专门风洞、平台或现场比对建立修正模型，否则不建议直接宣称可根据车速或倾角自动得到完全等效于静止标准雨量站的修正雨量。

振动与运动工况数据处理

平台正常的小幅振动通常不需要像机械翻斗一样考虑“振一下就完成一次翻斗”的计量问题，因此光学方式更适合振动设备集成。

当边缘主机检测到持续较强振动时，可继续保留雨量原始数据，同时增加“振动工况”质量标记。

平台发生大角度倾斜时，可按照项目要求标记对应数据，避免长期倾斜状态下的降雨累计与正常姿态数据直接混合。

车辆或船舶高速运行时，可同步保存当前速度，为后期分析相对风和雨滴入射条件提供依据。

短时间剧烈冲击可与雨滴光学信号进行时间关联。如果仅出现设备冲击而没有连续雨滴光学特征，可通过项目化质控逻辑降低错误事件进入业务结果的概率。

平台停止运行以后，可自动进入“稳定观测状态”，使静止期间数据作为更高质量等级的数据参与统计。

系统功能设计

系统具备无机械运动件光学降雨监测、瞬时雨量、累计雨量、降雨事件识别和4G远程通信功能。

边缘滤波功能用于过滤异常脉冲和不合理短时变化。

运动工况选配功能将振动、姿态或速度状态与雨量数据同步保存。

质量控制功能支持超量程、突变、漂移、设备离线、光学窗口污染及项目化运动状态判断。

本地缓存功能保证车辆进入山区、隧道或弱信号区域时仍能够继续记录。

恢复4G以后按照原始时间戳完成历史补传，避免移动网络切换造成长期数据缺口。

平台支持阈值、变化率、持续时间和设备故障告警，并可按照项目联动车载控制器、显示屏或声光设备。

硬件组成与配置方案

系统主要由S-OPRG光学雨量监测仪、抗振固定支架、边缘数据采集主机、4G通信模块、SIM通信组件、电源转换模块和现场线缆组成。

车辆、工程机械和轨道移动设备可采用刚性减振安装底座，使传感器与设备结构稳定固定，同时避免支架自身高频共振。

船舶、浮标及浮动平台应根据摇摆幅度、海况和盐雾环境设计安装结构及防护。

如需进行工况质量控制，可增加三轴加速度/倾角传感器，并由边缘主机统一采集。

移动监测车还可接入GNSS位置和车辆速度，使每一条降雨数据具有空间位置属性。

远程通信统一采用4G蜂窝网络，车辆自身已有车载公网终端时，也可以按技术协议接入已有通信系统。

核心设备参数

S-OPRG光学雨量监测仪典型感雨直径约6cm。

雨量分辨率为0.1mm。

指定实验条件下典型精度为±5%。

最大瞬时雨强为24mm/min。

光照为项目选配参数，量程0～200,000Lux，分辨率1Lux。

工作环境温度为-40～60℃。

工作环境湿度为0～99%RH，无凝结。

现场常用通信接口为RS485/Modbus。

本方案远程通信统一采用4G蜂窝网络。

采集周期和4G上传周期可以分别设置，根据运动平台用途、实时性、流量和供电条件确定。

系统支持循环存储和断网缓存，恢复4G通信后按照原始时间戳补传。

加速度、倾角、GNSS、速度等运动工况监测属于项目扩展组件，不属于S-OPRG雨量感知单元默认固定配置。

软件平台与数据展示

SIYB智能监测平台可按照“项目—车辆/船舶/设备—雨量监测终端”的方式管理移动降雨数据。

实时页面显示当前瞬时雨量、累计雨量、降雨状态、4G通信和设备状态。

如果接入GNSS，可在地图上显示设备当前位置及沿途降雨记录。

工况页面可同步显示车辆速度、姿态、振动等级和雨量质量码。

历史页面支持查看某一次任务或运行路线中的降雨开始、持续、增强和结束过程。

平台可将稳定状态、运动状态、强振动状态和异常姿态状态的数据进行筛选。

质量控制页面记录超量程、突变、漂移、设备离线、维护、校准以及运动状态异常。

系统支持CSV、Excel导出，并可按照项目约定提供API、MQTT、Modbus等接口。

数据分析与智能应用

移动平台最大的应用价值之一，是获取固定气象站之间缺乏覆盖区域的沿途降雨变化。

道路巡检车辆可以在行驶过程中记录不同道路区段是否正在降雨以及降雨强度变化，并结合车辆位置形成线路降雨数据。

工程机械可以把降雨与施工状态放在统一时间轴，为暂停作业、恢复施工和现场环境记录提供依据。

船舶和水上平台可以记录航行区域不同位置的降雨事件，并与风速、气压及其他海气象数据联合使用。

如果一台设备在静止状态和运动状态均有数据，可分别形成两个质量等级的数据集，避免全部混合后失去分析意义。

长期运行后，可以比较不同道路、线路、施工区域和运行任务中的降雨出现频次及强度变化。

预警机制与决策支撑

系统可以根据瞬时雨量、累计雨量和持续时间设置项目化降雨关注条件。

短时间雨强快速增加时，可形成强降雨趋势提示。

车辆或工程机械项目可根据业务需求将降雨状态发送给车载控制器、作业管理系统或驾驶显示终端。

当传感器同时处于极端振动、大倾角或其他不利工况时，平台可降低对应数据质量等级，并提示当前数据需要结合工况解释。

连续出现雨量信号但车辆正处于洗车、喷水作业或其他人为水体环境时，可由任务状态或人工事件标记避免直接解释为自然降雨。

设备离线、光学窗口异常、数据长期固定和供电异常形成独立设备告警。

用于道路封闭、水上安全停航或其他高风险决策时，应结合标准固定气象观测、雷达、预报及现场业务规则综合判断，不应仅依赖单台移动光学雨量仪。

项目实施方案

项目实施前首先明确设备安装在车辆、船舶、浮动平台、工程机械还是其他运动载体，并调查振动、倾角、运行速度和户外暴露环境。

根据车辆或平台结构选择尽量开阔的顶部位置，减少车顶设备、天线、挡风结构和排气系统造成的气流及遮挡影响。

采用刚性抗振结构固定S-OPRG，并避免支架自身松动造成二次晃动。

完成RS485、供电、4G和边缘主机连接，并根据项目需要增加振动、倾角或GNSS数据。

调试阶段先在设备静止条件下，与项目认可的固定参考雨量设备开展并行观测。

随后在不同振动、速度和姿态条件下进行实际运行测试，评价运动工况对数据的影响。

根据试验结果建立正常、可用、关注和异常等项目化质量规则。

完成断网缓存、车辆移动网络切换、4G恢复补传和平台数据筛选测试以后再进入长期运行。

运维服务保障

光学雨量仪没有机械翻斗机构，但光学窗口仍需要保持清洁。

泥点、灰尘、昆虫、油污、盐雾和其他附着物可能影响雨滴光学识别，应根据车辆或船舶实际运行环境制定清洁周期。

长期振动环境应重点检查安装螺栓、支架和连接线缆是否松动。

工程车辆还应避免高压冲洗直接对准光学感知区域。

如果设备经历碰撞、维修、换车或重新安装，应重新检查安装姿态并开展基线测试。

4G弱网环境下现场继续缓存数据，网络恢复后自动补传。

校准、清洁、支架调整、设备更换和质量算法修改均应保存记录，使不同运行阶段的数据能够追溯。

项目优势与方案价值

S-OPRG采用无运动件光学雨量结构，不依靠机械翻斗动作完成降雨计量，更适合存在持续振动和晃动的设备集成。

约6cm感雨区域通过光学散射/遮挡识别雨滴，能够形成连续瞬时降雨和累计雨量数据。

0.1mm雨量分辨率可记录不同降雨过程中的累计变化。

最大瞬时雨强24mm/min，为短时强降水场景提供较大的感知范围。

-40～60℃工作环境能够覆盖多数交通、工程和户外移动监测环境。

通过选配运动状态传感器，可以把雨量与振动、倾角、车速和位置放在统一时间轴，提高移动数据解释能力。

4G联网使分散车辆、船舶和移动设备可以统一进入SIYB平台，而不需要人工读取。

原始结果、质量码、运动工况和设备状态同步保存，比只输出一个累计雨量数值更适合复杂运动环境。

应用场景

本方案适用于道路气象巡检车辆，对行驶线路降雨状态和雨强变化进行连续监测。

适用于公路养护车、道路施工机械及其他交通工程设备的实时降雨感知。

适用于矿山车辆、露天矿机械和大型工程装备，在振动环境中记录现场降雨过程。

适用于船舶、无人船、浮动平台和部分水上作业设备的综合在线降雨监测。

适用于移动气象站、应急气象车和环境监测车辆。

适用于铁路、公路及其他移动检测平台的沿线降水环境记录。

适用于农业移动作业设备，将降雨状态与农机作业、土壤水分和灌溉信息联合分析。

适用于需要避免机械翻斗机构的长期振动设备和特殊安装环境。

效益分析

机械适应性方面，无翻斗和无机械计量动作减少了持续振动环境下机械惯性对计量机构产生直接影响的风险。

移动覆盖方面，一套设备可以随车辆、船舶或移动平台获得沿线路、航迹或作业区域的降雨数据。

数据解释方面，雨量与振动、倾角、速度和位置联合记录，可以明确每条数据产生时的平台工况。

连续性方面，边缘缓存和4G恢复补传适合移动网络频繁切换的车辆和野外装备。

运维方面，没有机械翻斗需要频繁检查翻斗轴和计量动作，日常维护重点转向光学窗口和安装结构。

平台化方面，多台车辆或设备可以形成移动降雨感知网络，为交通、施工、应急和科研提供综合在线数据。

标准规范与政策依据

降水观测方法可根据项目实际用途参考World Meteorological Organization发布的WMO-No.8《Guide to Instruments and Methods of Observation》相关方法。

具有外壳防护等级声明的户外设备可根据实际配置参考GB/T 4208-2017《外壳防护等级（IP代码）》。

采用RS485/Modbus进行S-OPRG与边缘主机通信时，可参考Modbus Application Protocol Specification V1.1b3。

用于交通气象、船舶、工程机械和移动平台时，应结合对应行业的设备安装、电气安全、通信和业务数据使用要求设计。

运动平台数据若需要作为法定气象观测、计量结算或业务考核依据，还需依据对应法规、安装暴露条件、计量溯源和验收要求另行确认。

运动、振动和倾角修正如果作为项目验收指标，应通过实际平台试验和参考设备比对建立明确算法，不宜未经验证直接宣传固定修正精度。

成功案例

成功案例应以真实实施并获得公开授权的项目资料为准。典型道路移动气象监测项目，可在道路巡检车辆顶部安装S-OPRG光学雨量监测仪，并配套边缘数据采集主机、4G通信以及GNSS和运动状态感知组件。

车辆运行过程中，S-OPRG持续获取瞬时雨量和累计雨量，GNSS同步记录当前位置，边缘主机统一生成时间戳。

当车辆进入降雨区域以后，平台形成降雨事件，并可以观察不同道路区段雨强变化。

车辆发生明显颠簸或高速运行时，边缘端对相应数据增加运动工况质量标志，而不是直接丢弃原始雨量记录。

车辆停车以后，系统自动进入稳定观测状态，可将这一时间段数据与固定参考雨量设备进行同期比较。

进入隧道、山区弱网区或移动网络短时中断时，边缘主机继续保存雨量、位置和运动状态；4G恢复以后重新补传。

长期运行后，可以形成降雨、车辆位置、运动状态、质量码和设备状态组成的移动降水数据集。

以上属于基于S-OPRG能力编制的典型应用流程，不作为欣仰邦既有客户名称、真实项目业绩或未经验证的运动状态固定测量精度声明。

参考文献

[1] World Meteorological Organization. Guide to Instruments and Methods of Observation (WMO-No.8), 2024 edition.

[2] GB/T 4208-2017，《外壳防护等级（IP代码）》及相关修改文件。

[3] Modbus Application Protocol Specification V1.1b3。

[4] 光学雨滴检测、光散射/遮挡降雨感知及无机械运动件雨量监测相关技术资料。

[5] 移动平台降水观测、相对风、雨滴入射和运动载体降雨测量相关研究资料。

[6] 交通气象、移动气象观测和车辆环境感知相关工程技术资料。