项目背景与行业痛点

高寒山区、道路交通、风电场、光伏场站、水库、林区和北方寒冷地区在冬季经常出现降雨、降雪、雨雪转换、低温结冰和积雪等复杂天气过程。相比普通降雨监测，冰雪环境更需要回答“当前到底是下雨还是下雪”“何时开始降雪”“降雪持续多久”“是否存在结冰条件”等状态问题。传统人工巡查主要依靠工作人员现场观察天气现象，在夜间、暴雪、高山和偏远区域难以保持连续监测。即使安装普通雨量设备，也不一定能够直接区分液态降水和固态降水。

冰雪场景还具有低温、结霜、积雪覆盖和冻融循环等特殊问题。传感器表面一旦长期积雪或结冰，可能导致状态无法及时恢复，因此雨雪状态监测设备需要具备低温环境适应和自动加热能力。道路交通和新能源项目尤其关注雨雪转换过程。例如气温下降过程中可能由降雨逐渐转为降雪，随后道路或设备表面进入结冰风险条件。如果只记录温度，而没有实际降水相态信息，就难以准确描述天气过程。冰雪场景雨雪状态监测系统采用S-RSNO加热式雨雪状态监测仪，通过感知面电学与热学响应识别无降水、降雨、降雪及结冰风险状态，并通过边缘数据采集主机、4G通信和SIYB智能监测平台形成连续远程监测体系。

建设目标与监测目标

项目建设面向寒区和冰雪环境的雨雪状态综合在线监测系统，实现降水相态连续自动识别。

核心监测内容包括无降水、降雨、降雪状态、结冰风险状态、感知面温度、加热状态、状态持续时间以及设备在线状态。

通过连续状态记录识别降雨开始、降雨转降雪、持续降雪、降雪停止以及低温结冰风险过程。

对于道路交通项目，可将雨雪状态与空气温度、路面温度、湿度和积雪深度联合分析。

对于光伏、风电和新能源场站，可利用降雪和结冰状态辅助设备巡检、除冰、清雪和运维调度。

所有现场数据通过4G蜂窝网络上传SIYB智能监测平台，实现无人值守、远程查询、异常告警和历史过程追溯。

需求分析

冰雪场景首先要求设备能够在低温环境下正常工作，并避免感知面长期被冰雪覆盖而失去状态恢复能力，因此加热功能属于系统的重要组成部分。

第二，需要合理选择安装位置。建筑背风面、屋檐滴水点、除雪区域、车辆飞溅区以及局部热源附近可能形成与周围环境不同的雨雪条件。

第三，需要保证感知面朝向、水平度和暴露条件稳定，避免积雪堆积、遮挡和局部热辐射影响长期监测。

第四，雨雪状态属于气象现象识别，而不是雪深或降雪量测量。项目如果需要积雪厚度，应另外配置激光雪深仪；如果需要液态累计雨量，可配置光学雨量监测设备。

第五，结冰风险属于依据感知状态及环境条件形成的风险判断，不等同于已经确认道路、叶片、输电线或设备表面出现实际冰层。

第六，偏远冰雪区域通信条件不稳定，因此需要边缘端具备本地判断、本地存储和4G断网补传能力。

总体解决方案

本方案以S-RSNO雨雪状态监测仪为核心，由加热式雨雪状态感知单元、安装与防护组件、边缘数据采集主机、4G通信模块、供电系统、防雷接地组件以及SIYB智能监测平台组成。

加热式感知面直接暴露于自然降水环境，通过雨滴、雪花及低温冰雪条件对感知面电学和热学状态造成的变化形成原始信号。

边缘数据采集主机对原始响应进行补偿、滤波、状态判断、持续时间计算、质量标记和本地存储。

低温达到项目设定条件时，设备自动启动加热，降低感知面长时间积雪、结冰对连续识别造成的影响。

现场主机通过4G蜂窝网络连接SIYB平台。网络暂时中断时设备继续独立监测，通信恢复后按原始时间戳补传历史数据。

最终形成“降水接触—状态感知—加热控制—相态判断—持续时间计算—结冰风险分析—4G上传—平台管理”的完整数据链。

系统架构设计

系统由雨雪状态感知层、低温加热防护层、边缘数据处理层、4G通信层和SIYB业务应用层组成。

雨雪状态感知层负责获取无降水、降雨、降雪及结冰相关原始响应。

加热防护层负责在低温环境下对感知面进行自动加热，使雨雪状态变化能够持续被识别。

边缘数据处理层完成补偿、滤波、状态分类、持续时间、变化判断、质量码、本地存储和设备诊断。

4G通信层负责冰雪监测站与远程服务器之间的数据交换。

SIYB平台按照“项目—区域—站点—雨雪状态设备”的方式组织数据，并可融合气象、路面、雪深和其他冰雪环境参数。

监测内容与监测方法

无降水状态表示当前感知面未检测到满足系统判定条件的雨雪过程。

降雨状态表示系统根据加热感知面的电学和热学响应识别到液态降水条件。

降雪状态表示系统识别到符合固态降水特征的感知面响应。

通过连续状态时间序列，可以观察一次天气过程中由无降水进入降雨、由降雨转为降雪以及最终恢复无降水的全过程。

感知面温度用于反映传感器当前表面热状态，也是加热运行和冰雪环境解释的重要辅助参数。

加热状态用于记录当前加热功能是否启动，方便判断寒冷天气期间设备是否正常执行防冰雪控制。

持续时间用于统计某一种雨雪状态连续维持多久，例如持续降雪时长或结冰风险条件持续时间。

技术原理与算法模型

S-RSNO采用加热感知面电学/热学响应原理。雨滴、雪花或冰雪条件接触感知面以后，会改变表面的电学状态、热交换状态及相关响应特征。

边缘主机持续读取这些原始信号，并结合补偿、滤波、阈值和持续时间规则形成雨雪状态结果。

状态判断不是根据某一个瞬时数据简单切换，而是可以结合连续响应、持续时间和项目化判断逻辑，减少短时水滴、飞雪或瞬态扰动造成的误识别。

设当前状态为S(t)，平台按照连续时间记录S(t)的变化，即可形成完整的降水相态时间序列。

如果降雨状态结束后短时间内连续进入降雪状态，可以形成雨转雪过程记录；反向变化则可以形成雪转雨过程记录。

结冰风险可以结合感知面状态、温度以及项目配置的环境温度、路面温度等变量形成组合判断。

需要明确的是，结冰风险属于辅助模型结果。道路是否真正结冰，应根据路面温度、实际表面状态和项目现场业务规则进一步确认。

系统功能设计

系统具备无降水、降雨、降雪及结冰风险状态连续自动监测功能。

自动加热功能可以根据环境或设备设定温度启动，并支持项目化阈值配置。

持续时间功能自动统计雨、雪及相关状态开始时间、结束时间和持续时间。

边缘质控功能支持越界、突变、漂移、一致性、结冰影响和设备异常状态判断。

本地存储功能保证4G通信暂时中断期间仍持续记录雨雪变化。

恢复联网以后，历史数据按照实际原始采集时间自动补传。

系统支持阈值、持续时间、变化率、组合条件和设备故障告警。

继电器输出还可以根据项目需要联动声光警示、融雪设备、加热系统或其他现场执行机构。

硬件组成与配置方案

系统主要由S-RSNO加热式雨雪状态感知单元、边缘数据采集主机、4G通信模块、SIM通信组件、供电模块、安装支架、防护附件和防雷接地组成。

道路项目可将雨雪状态设备安装在道路气象站立杆或路侧环境监测结构上，并与空气温湿度、路面温度、雪深设备共用边缘主机和4G通信。

高山和冰冻圈项目可配置太阳能和蓄电池，但需要特别考虑低温环境下电池容量衰减及加热功耗。

光伏和风电场站通常具有稳定电源，可采用DC供电，并将雨雪状态直接接入现有环境监测主机。

如需要实际积雪厚度监测，可增加S-LASE激光雪深监测仪；如需要降雨量数据，可增加S-OPRG光学雨量监测仪。

多个冰雪环境传感器统一通过边缘主机授时和采集，再通过一套4G链路上传SIYB平台。

核心设备参数

S-RSNO雨雪状态监测仪供电范围为DC10～30V。

设备正常功耗典型小于0.8W。

加热功耗典型约3.5W，具体按照最终配置确定。

工作环境温度典型为-40～50℃或-40～60℃，具体按照实际配置版本确认。

工作环境湿度为0～95%RH，无结露。

输出支持RS485/Modbus和继电器。

加热可在环境低于设定温度时自动启动，启动阈值可以配置。

现场感知设备通过RS485/Modbus接入边缘数据采集主机。

本方案远程通信统一采用4G蜂窝网络。

采集周期和4G上传周期可分别设置，具体根据冰雪变化速度、供电和通信条件确定。

系统支持循环存储和断网缓存，4G恢复后按照原始时间戳补传。

设备防护等级、线缆、加热方式、安装附件及太阳能配置以最终项目配置表和出厂检验资料为准。

软件平台与数据展示

SIYB智能监测平台按照“项目—区域—冰雪监测站”的方式管理雨雪状态数据。

实时页面显示当前雨雪状态、感知面温度、加热状态、当前状态持续时间、4G通信和设备在线状态。

历史状态页面使用时间轴显示无降水、降雨、降雪及结冰风险的连续转换过程。

统计页面可以形成每天降雨持续时间、降雪持续时间、雨雪转换时间及冰雪风险事件记录。

对于道路项目，可以将雨雪状态与路面温度、空气温度、湿度和雪深放在同一页面。

对于新能源项目，可以将降雪、结冰风险和设备运行维护记录进行关联。

质量控制模块自动记录超量程、突变、漂移、离线、维护、校准和低电量状态。

系统支持CSV、Excel数据导出，并可按项目约定提供API、MQTT、Modbus或行业平台接口。

数据分析与智能应用

冰雪场景最重要的数据应用之一，是识别一次天气过程中降水相态如何变化。

例如天气初期气温较高，系统首先识别为降雨；随着冷空气到达和温度下降，状态逐步切换为降雪，从而形成完整雨转雪事件。

如果项目同时配置空气温度，可以分析不同温度条件下雨雪状态变化规律。

道路项目接入路面温度以后，可进一步观察降雪或降雨发生时路面是否已经接近冰冻条件。

如果同时配置激光雪深设备，可以形成“开始降雪—积雪形成—雪深增加—降雪停止—积雪消融”的完整冰雪过程。

光伏场站可以比较不同降雪事件持续时间与组件积雪、清雪和运维记录之间的关系。

风电场、高山站点和冰冻圈项目还可以与风速风向、辐射和气温联合分析寒区天气过程。

预警机制与决策支撑

系统可根据雨雪状态形成降雨开始、降雪开始、持续降雪和雨雪转换等项目化事件提醒。

道路交通场景可以将“降雪状态+低路面温度”作为结冰风险组合判断条件之一。

如果持续降雨同时路面温度接近冰冻条件，可提高冻雨或道路结冰风险关注等级，但最终业务判断应按照当地道路气象模型确定。

连续降雪达到设定持续时间后，可以提醒道路养护或场站人员关注积雪发展。

加热功能应该单独设置设备状态监测。如果低温条件下加热未按照预期启动，应形成加热异常告警。

设备离线、数据长期固定、传感器状态异常和4G通信故障应作为设备类告警，与真实雨雪天气事件分开管理。

对于道路封闭、设备停运等高风险决策，应结合雨雪状态、路面温度、雪深、气象预报及现场巡查综合研判。

项目实施方案

项目实施前首先明确监测对象属于道路气象、高山冰雪、新能源、气象、水文还是生态科研。

现场勘察需要调查历史最低温度、积雪厚度、盛行风向、遮挡、周边热源、太阳辐射、防雷、供电和4G网络。

根据现场环境确定感知面安装高度、方向和支架结构，并保证设备长期稳定。

安装位置应尽量避开建筑物融雪滴水、排气口、人工加热设备以及其他容易形成局部异常降水状态的位置。

完成RS485、继电器、边缘主机和4G通信配置以后，设置加热启动温度、状态判断和质量规则。

项目条件允许时，可与人工天气现象观测进行并行比对，验证降雨和降雪状态识别。

低温试运行阶段重点检查自动加热、雨雪切换、断网缓存、补传及设备故障告警。

通过实际降雪和冻融天气试运行后，再冻结正式参数和验收规则。

运维服务保障

冰雪环境运维重点包括感知面清洁、加热状态、固定结构、供电和通信。

即使设备具有自动加热能力，极端暴雪、湿雪和持续冻融条件下仍应通过质量状态判断是否需要现场检查。

感知面附着泥沙、鸟类污染物、盐分和其他杂物后应及时清洁。

道路环境中使用融雪盐时，应关注长期盐雾和污染对设备外壳、连接器及感知面的影响。

加热启动次数、运行状态和异常记录应保存，用于判断冬季设备是否正常工作。

太阳能项目需要重点检查冬季低温电池容量以及太阳能板积雪遮挡。

4G网络异常期间边缘主机继续保存雨雪状态，恢复通信后自动补传。

设备更换、支架调整、加热阈值修改和判断算法调整均应记录版本。

项目优势与方案价值

S-RSNO能够连续区分无降水、降雨、降雪及结冰风险相关状态，相比只测温度更直接反映实际降水相态。

加热式感知面适合低温、降雪和冻融环境，有利于保持长期连续状态监测。

正常功耗典型小于0.8W，在无需加热时具有较低基础功耗。

加热功耗典型约3.5W，并可按照温度条件自动启动，减少不必要的持续加热。

-40℃级低温工作能力适合寒区道路、高山、风电场和北方户外环境。

RS485/Modbus和继电器输出便于与道路控制柜、融雪系统和边缘主机集成。

4G通信使偏远冰雪监测站可以统一接入SIYB平台。

平台同时保存雨雪状态、感知面温度、加热状态、持续时间和设备状态，使每一次天气事件具有更完整的数据依据。

应用场景

本方案适用于高速公路、国省道、桥梁、隧道口和山区道路的雨雪及结冰风险状态监测。

适用于风电场和高寒新能源场站，对降雪和结冰天气进行远程监测。

适用于光伏电站，辅助记录降雪事件、组件积雪环境和清雪运维过程。

适用于高山气象站、自动气象站和寒区环境综合在线监测。

适用于水库、水文站和寒区流域的冬季降水相态监测。

适用于林区、草地、冻土区和冰冻圈生态科研。

适用于机场、铁路、索道和其他对冰雪天气状态敏感的户外设施。

适用于需要联动加热、融雪、声光警告或自动控制设备的冰雪环境项目。

效益分析

连续监测方面，将人工判断雨雪天气扩展为全天候自动时间序列。

相态识别方面，可直接记录降雨、降雪及二者转换过程，而不是仅依靠空气温度推测。

低温适应方面，加热感知面降低积雪和结冰造成长期无效监测的风险。

远程管理方面，4G平台减少暴雪、高山和严寒环境下频繁人工巡检。

交通安全方面，雨雪状态可以与路温、雪深等数据结合，为道路冬季养护提供基础信息。

新能源运维方面，可以形成降雪、结冰、清雪和设备维护的全过程记录。

科研方面，可获得雨雪相态、低温环境和相关冰雪天气过程的连续数据。

标准规范与政策依据

降水相态及气象观测方法可根据项目用途参考World Meteorological Organization发布的WMO-No.8《Guide to Instruments and Methods of Observation》相关内容。

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-RSNO与边缘数据采集主机通信时，可参考Modbus Application Protocol Specification V1.1b3。

道路交通项目还应结合道路气象、冬季养护、融雪除冰及所在地交通主管部门现行技术要求。

风电、光伏和能源项目应根据场站安全管理、低温运行和设备维护要求确定最终报警及联动逻辑。

本方案中的结冰风险属于综合在线监测和辅助决策信息，不代表设备自动取得道路结冰认证或替代专业路面状态观测。

成功案例

成功案例应以真实实施并取得客户公开授权的项目资料为准。典型高寒道路气象项目，可在山区道路关键路段安装S-RSNO雨雪状态监测仪，并同步配置空气温湿度、路面温度和激光雪深设备。

所有设备通过边缘数据采集主机统一授时，并采用4G网络接入SIYB智能监测平台。

天气开始变化时，系统首先记录降雨状态；随着温度降低，雨雪状态逐步切换为降雪，并形成雨转雪事件。

持续降雪期间，S-RSNO持续记录降雪状态和持续时间，激光雪深设备同步记录积雪增长过程。

当路面温度进入较低范围，同时存在降雪或湿润条件时，平台可根据项目规则提高道路结冰风险关注等级。

低温天气期间设备自动执行加热，并同步保存感知面温度和加热状态。

4G暂时中断时，现场主机仍持续保存雨雪状态、温度、雪深和设备状态，网络恢复以后自动补传。

以上属于基于S-RSNO系统能力编制的典型应用流程，不作为欣仰邦既有客户名称、真实项目业绩或固定道路结冰预警准确率声明。

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] 雨雪相态、固态降水、冻雨、结冰和低温气象环境监测相关技术资料。

[5] 道路气象、路面结冰、冬季道路养护和除冰融雪相关工程技术资料。

[6] 高寒地区、风电光伏和冰冻圈雨雪环境连续观测相关研究资料。