CN104503001A - 一种利用翻斗式雨量计实时测量降雨强度的方法 - Google Patents

Abstract

一种利用翻斗式雨量计实时测量降雨强度的方法，将翻斗式雨量计装置于降雨测量区域内并初始化系统参数，雨强测量系统开始工作；循环检测翻斗是否在时间片T内发生翻转；若翻转，则利用翻斗翻转间隔时间t计算瞬时雨强E，进入下次循环；否则判断t是否超过其最大值t_max；若超过，则未发生降雨，E＝0，进入下次循环；否则判断衰减等待时间t_dec是否超过衰减时限t′_thd，超过时执行雨强衰减处理，进入下次循环。本发明方法解决了翻斗式雨量计计算雨强的准确性和实时性差的问题，有利于该型雨量计在交通等需要实时雨强测量的行业或领域大批量应用。

Description

一种利用翻斗式雨量计实时测量降雨强度的方法

技术领域

本发明属于计算机测控领域，具体涉及一种利用翻斗式雨量计实时测量降雨强度的方法。

背景技术

降雨是农林、水利、水文、采矿等许多行业或领域重要的气象监测数据，主要有降雨量(雨水积聚的水层深度，单位为毫米)和降雨强度(单位时间的降雨量，单位如毫米/天、毫米/小时等)两个测量指标。

实时雨强测量是近年来交通等许多行业或领域的重要需求。以交通运营管理为例，及时掌握各个路段的降雨情况，对于联动调节道路车流、快速应对交通气象灾害具有重要意义。现有雨强测量装置(如电热式、光电式、磁悬浮式雨强计)等均存在诸如使用寿命短、价格昂贵、安装维护复杂等一系列问题，不适宜野外大批量使用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用翻斗式雨量计实时测量降雨强度的方法，该方法能够解决现有雨强测量装置存在的使用寿命短、价格昂贵、维护复杂等问题，且能保证测量结果的准确性和实时性。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案包括以下步骤：

1)将翻斗式雨量计置于降雨测量区域内并初始化系统参数，然后开始工作；

2)循环检测翻斗是否在时间片T内发生翻转；

若发生翻转，则利用公式计算瞬时雨强E，t为此次循环的累积时间；然后根据E大小判断降雨情况；接着重设此次衰减门限时间t_thd＝t，设定此次循环中t＝0，此次循环中衰减处理等待时间t_dec＝0，完成一次循环；其中，C为每次翻斗额定雨量；n为在时间片T内的翻斗翻转次数；t＝t′+T，t′为上次循环中重设后的累积时间t，t_max为每次翻斗翻转的间隔时间最大值；

若未发生翻转，则转入步骤3)；

3)判断t是否超过t_max；

若t≤t_max，则转入步骤4)；

若t＞t_max，则未发生降雨，E＝0，完成一次循环；返回步骤2)开始下次循环；

4)判断此次循环中衰减处理等待时间t_dec是否超过上次循环的衰减门限时间t′_thd；其中，t_dec＝t′_dec+T；t′_dec为上次循环中的衰减处理等待时间；

若t_dec＞t′_thd，则按照执行雨强的衰减处理，κ为衰减因子；根据E大小判断降雨情况；然后令t_thd＝κt，且将此次循环的t_dec清零，完成一次循环，返回步骤2)开始下次循环；

若t_dec≤t′_thd或E'为反应小雨的瞬时雨强，完成此次循环，返回步骤2)开始下次循环。

所述的步骤2)中C＝0.1-5mm。

所述的T＝5～20s。

所述的t_max＝1500～2400s。

所述的步骤4)中衰减因子κ＝1.0～1.8。

所述的步骤2)到步骤4)开始下次循环前均判断是否需要继续进行测量。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明利用翻斗式雨量计测定实时测量降雨强度，由于翻斗式雨量计是目前最常用的降雨测量装置，主要由外筒、盛雨器、漏斗、翻斗等部件组成，每次翻斗翻动相当于一定额度C(C＝0.1-5毫米常见如0.1毫米、0.2毫米、0.5毫米)的降雨量，该翻斗式雨量计主要用于累计测量降雨总量，降雨量的累积趋势则间接反映了降雨强度；本发明利用将翻斗式雨量计测出的一定时间内的雨量累积换算为雨强，具有精度高、经济、后期维护方便等优点，适宜野外大范围安装。

同时，本发明还考虑到无雨时的天气状况，通过判断翻斗翻转的时间间隔Δt_m是否超过翻斗翻转的间隔时间最大值t_max来判断是否存在降雨。另外，实际中降雨的强度会随时变化，本发明通过引了衰减因子κ及衰减等待时间t_dec、衰减门限时间t_thd，在t_dec累积利到t_thd时对雨强进行衰减处理，以提高降雨逐渐停止时瞬时雨强测量的实时性(降雨强度逐渐衰减，t逐渐变长)。本发明解决了现有雨强计算准确性和实时性差的问题，有利于该型雨量计在交通等需要实时雨强测量的行业或领域大批量应用。

附图说明

图1为本发明的执行流程图；

图2为翻斗式雨量计测得的12小时雨量累计曲线以及采用常规方法和本发明方法测得的雨强计算结果；

其中，a为翻斗式雨量计测得的12小时雨量累计曲线；b为翻斗式雨量计采用常规方法1分钟周期雨强计算结果；c为翻斗式雨量计采用常规方法1小时周期雨强计算结果；d为本发明方法的瞬时雨强计算结果

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细说明。

参见图1，本发明利用翻斗式雨量计实时测量降雨强度的方法，包括以下步骤：

1)将翻斗式雨量计置于降雨测量区域内并初始化系统参数，这些参数包括t＝t_dec＝0，t_thd＝+∞，E＝0，然后开始工作；其中，t为此次循环的累积时间；t_dec表示衰减处理等待时间，t_thd表示衰减门限时间；单位均为秒；

2)循环检测翻斗是否在时间片T内发生翻转；时间片T的大小决定了系统性能及测量结果的质量，T越大则策略实时性和准确性越佳，所需系统性能开支也越大，T＝5～20s；在每个循环，均对t和t_dec进行延时累积，且t＝t′+T，t_dec＝t′_dec+T；其中，t′为上次循环中的累积时间，t′_dec为上次循环中的衰减处理等待时间；

若发生翻转，则利用公式计算瞬时雨强E，然后根据E大小判断降雨情况；接着重设此次衰减门限时间t_thd＝t，此次循环中t＝0，此次衰减处理等待时间t_dec＝0，完成一次循环，进入下次循环；其中，C为每次翻斗额定雨量；n为在时间片T内的翻斗翻转次数；n一般为1次，但在T比较大的情况下，也可能为大于1的整数；t＝t′+T，t′为上次循环中累积时间t，t_max为每次翻斗翻转的间隔时间最大值；其用于判断无雨状态；t_max＝1500～2400s，单位为秒；

若未发生翻转，则转入步骤3)；

3)判断t是否超过t_max；

若t≤t_max，则转入步骤4)；

若t＞t_max，则未发生降雨，E＝0，完成一次循环；返回步骤2)开始下次循环；

4)判断此次循环中衰减处理等待时间t_dec是否超过上次循环的衰减门限时间t′_thd；

若t_dec＞t′_thd，则按照执行雨强的衰减处理，κ为衰减因子；κ＝1.0～1.8；根据E大小判断降雨情况；然后令t_thd＝κt，且将此次循环的t_dec清零，完成一次循环，返回步骤2)开始下次循环；其中，衰减因子κ及衰减等待时间t_dec、衰减门限时间t_thd用于拟合雨势回落过程；

若t_dec≤t′_thd或E'为反应小雨的瞬时雨强，完成此次循环，返回步骤2)开始下次循环。

上述步骤2)到4)中开始下次循环前均判断是否需要继续进行测量。

该过程能够很好地实时跟踪中雨、大雨、暴雨及特大暴雨等强降雨的快速变化。通过测量出的瞬时雨强值与当地降雨级别的对应关系，还可以实时展示诸如毛毛雨、小雨、中雨、大雨、暴雨、大暴雨、特大暴雨等不同降雨情况。

下面以交通领域应用为例利用翻斗式雨量计实时测量降雨强度，本实施例中取C＝0.2mm，T＝5s，t_max＝1800s；κ＝1.2；

图2a为翻斗式雨量计测得的12小时雨量累计曲线；利用常规方法测得的雨强计算结果如图2b和2c，

其中，图2b为翻斗式雨量计采用常规方法1分钟周期雨强计算结果，由图2b可以看出测得结果实时性较好，但准确性低，降雨期间频繁出现0雨强；

图2c为翻斗式雨量计采用常规方法1小时周期雨强计算结果，由图2c可以看出测得结果实时性受损，强降雨的测量效果差；

图2d为翻斗式雨量计采用本发明方法测得的雨强计算结果，由图2d可以看出，本发明测量的雨强计算结果兼顾实时性与准确性，能准确测量强降雨。通过模拟标准降雨，还可将雨强与当地降雨级别联系起来。

Claims (6)

1.一种利用翻斗式雨量计实时测量降雨强度的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将翻斗式雨量计置于降雨测量区域内并初始化系统参数，然后开始工作；

2)循环检测翻斗是否在时间片T内发生翻转；

若发生翻转，则利用公式计算瞬时雨强E，t为此次循环的累积时间；然后根据E大小判断降雨情况；接着重设此次衰减门限时间t_thd＝t，设定此次循环中t＝0，此次循环中衰减处理等待时间t_dec＝0，完成一次循环；其中，C为每次翻斗额定雨量；n为在时间片T内的翻斗翻转次数；t＝t′+T，t′为上次循环中重设后的累积时间t，t_max为每次翻斗翻转的间隔时间最大值；

若未发生翻转，则转入步骤3)；

3)判断t是否超过t_max；

若t≤t_max，则转入步骤4)；

若t＞t_max，则未发生降雨，E＝0，完成一次循环；返回步骤2)开始下次循环；

4)判断此次循环中衰减处理等待时间t_dec是否超过上次循环的衰减门限时间t′_thd；其中，t_dec＝t′_dec+T；t′_dec为上次循环中的衰减处理等待时间；

若t_dec＞t′_thd，则按照执行雨强的衰减处理，κ为衰减因子；根据E大小判断降雨情况；然后令t_thd＝κt，且将此次循环的t_dec清零，完成一次循环，返回步骤2)开始下次循环；

若t_dec≤t′_thd或E'为反应小雨的瞬时雨强，完成此次循环，返回步骤2)开始下次循环。

2.根据权利要求1所述的利用翻斗式雨量计实时测量降雨强度的方法，其特征在于：所述的步骤2)中C＝0.1-5mm。

3.根据权利要求1所述的利用翻斗式雨量计实时测量降雨强度的方法，其特征在于：所述的T＝5～20s。

4.根据权利要求1所述的利用翻斗式雨量计实时测量降雨强度的方法，其特征在于：所述的t_max＝1500～2400s。

5.根据权利要求1所述的利用翻斗式雨量计实时测量降雨强度的方法，其特征在于：所述的步骤4)中衰减因子κ＝1.0～1.8。

6.根据权利要求1所述的利用翻斗式雨量计实时测量降雨强度的方法，其特征在于：所述的步骤2)到步骤4)开始下次循环前均判断是否需要继续进行测量。