CN111538110B - 一种雨量在线监测系统和监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种雨量在线监测系统和监测方法，涉及降水监测技术领域。本发明的雨量在线监测系统，包括接水单元、雨水盛接单元、自排水冲洗单元、液面高度传感器、控制单元和通信单元；接水单元的底部与雨水盛接单元的顶部相导通；自排水冲洗单元连接于雨水盛接单元的侧部，用于排出雨水盛接单元中的雨水；液面高度传感器设于雨水盛接单元的底部；液面高度传感器、自排水冲洗单元和通信单元均与控制单元连接，通信单元用于与外部进行数据交互。本发明在防止系统阻塞的同时，也解决了大降雨强度下降雨量以及降雨强度的连续、准确测量问题，从而解决了从小雨到特大暴雨的长期在线、稳定可靠、高精度雨量监测问题。

Description

一种雨量在线监测系统和监测方法

技术领域

本发明涉及降水监测技术领域，尤其涉及一种雨量在线监测系统和监测方法。

背景技术

降雨量信息是水文、气象和农业部门关注的重点，通过准确监测降雨量，确定不同地区降雨强度是水资源利用、洪水预警、生态水文调节和指导农业生产等的先决条件。

现有雨量计的种类较多，包括有国标要求的翻斗式雨量计，这种雨量计依据分辨率分为0.1mm、0.2mm、0.5mm和1mm等几种，我国气象部门多使用0.1mm双翻斗雨量计，水文部门多使用0.2mm单翻斗雨量计。翻斗式雨量计结构较为简单，但是在降雨较强和较弱时测量误差都比较大，且容易阻塞，机械翻转结构易损坏。另有一种虹吸式雨量计适合于人工观测，但是需要经常排空储水容器，操作较为复杂，且排空时会产生误差，也容易发生阻塞。压电式雨量传感器是一种新型的雨量计，但是很容易受风速风向影响，测量误差大，测量结果不可靠。

在现阶段，缺少长期在线、稳定可靠、高精度测量降雨的方法和设备，亟需新的雨量在线监测系统来满足我国水文、气象和农业部门的高精度、快速响应的降雨测量要求。因此，有必要提供一种雨量在线监测系统和监测方法，以解决上述技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种雨量在线监测系统和监测方法，用以克服上述背景技术中的技术问题。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明提供一种雨量在线监测系统，包括接水单元、雨水盛接单元、自排水冲洗单元、液面高度传感器、控制单元和通信单元；所述接水单元用于接纳雨水，所述雨水盛接单元用于收集所述接水单元接纳到的雨水，所述接水单元的底部与所述雨水盛接单元的顶部相导通；所述自排水冲洗单元连接于所述雨水盛接单元的侧部，所述自排水冲洗单元用于排出所述雨水盛接单元中的雨水；所述液面高度传感器设于所述雨水盛接单元的底部，用于探测所述雨水盛接单元内的雨水液面高度信号；所述液面高度传感器、所述自排水冲洗单元和所述通信单元均与所述控制单元连接，所述通信单元用于与外部进行数据交互。

进一步地，所述接水单元包括接水装置、异物过滤网和雨水导流装置；所述接水装置为具有预设深度的敞口装置，所述接水装置的底部与所述雨水导流装置的顶部连成一体且相互导通；所述异物过滤网设于所述接水装置的底部；所述雨水导流装置的底部设有收口部，所述收口部紧靠所述雨水盛接单元的内壁。

进一步地，所述雨水盛接单元包括雨水导接容器、底部盛接容器和盲区隔离装置；所述收口部紧靠所述雨水导接容器的顶端内壁，所述雨水导接容器的底部与所述底部盛接容器的顶部连成一体且相互导通，所述底部盛接容器的底部与所述盲区隔离装置固定连接；所述液面高度传感器安装于所述盲区隔离装置的下方。

进一步地，所述雨水导接容器呈倒锥体型，所述倒锥体型的底部形状与所述底部盛接容器的顶部形状相匹配。

进一步地，所述自排水冲洗单元包括自排水装置和连接于所述底部盛接容器的侧壁的自排水冲洗口装置，所述自排水冲洗口装置的一端与所述底部盛接容器的侧壁连通，所述自排水冲洗口装置的另一端连接所述自排水装置，所述底部盛接容器的顶部所在平面的高度低于所述自排水冲洗口装置的另一端所在平面的高度。

进一步地，所述控制单元根据所述液面高度传感器的实时液面信号计算液面高度，并根据所述液面高度和所述雨水盛接单元的尺寸，计算降雨量和降雨强度。

进一步地，所述控制单元根据所述降雨强度和所述液面高度，控制所述自排水冲洗单元开启排水。

进一步地，所述控制单元根据所述自排水冲洗单元的排水时长计算排水量，并根据所述排水量对所述降雨量和所述降雨强度进行修正。

进一步地，所述控制单元根据连续测量的液面高度和所述自排水冲洗单元的排水量，判断所述自排水冲洗单元是否发生阻塞；当所述自排水冲洗单元发生阻塞时，所述控制单元控制所述通信单元发出报警。

本发明还提供一种基于上述的雨量在线监测系统的雨量在线监测方法，包括以下步骤：

获取液面高度传感器的实时液面信号、雨水盛接单元的尺寸信息；

根据所述实时液面信号计算液面高度，根据所述液面高度和所述雨水盛接单元的尺寸信息，计算降雨量和降雨强度；

根据所述降雨强度和所述液面高度，控制所述自排水冲洗单元开启排水；

根据所述自排水冲洗单元的排水时长计算排水量，并根据所述排水量对所述降雨量和所述降雨强度进行修正。

实施本发明，具有如下有益效果：

1、本发明的雨量在线监测系统和监测方法，通过自排水冲洗单元排出雨水以及雨水盛接单元内的小颗粒沉淀，在防止系统阻塞的同时，也解决了大降雨强度下的连续、准确测量问题，从而有效解决了从小雨到特大暴雨范围的长期在线、稳定可靠、高精度的雨量监测的问题，在气象、水利、农业等行业具有较好的应用前景；

2、本发明的接水单元和雨水盛接单元，能够有效解决因雨水坠落溅出导致的测量不准确的问题，可高精度测量、计算当前容器内的液面高度，从而能够准确计算一定时间段内的大气降雨量以及降雨强度，有利于提高监测结果准确度；

3、本发明通过控制单元自动识别系统阻塞，并在系统发生阻塞时通过通信单元报警，且自动上报监测信息，进一步保证了从小雨到特大暴雨范围内的长期在线雨量监测的稳定可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案和优点，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。

图1是本发明实施例的雨量在线监测系统的结构示意图；

图2是本发明实施例的雨量在线监测系统的原理框图；

图3是本发明实施例的接水单元的结构示意图；

图4是本发明实施例的雨水盛接单元的结构示意图。

其中，图中附图标记对应为：1-接水单元、11-接水装置、12-异物过滤网、13-雨水导流装置、2-雨水盛接单元、21-雨水导接容器、22-底部盛接容器、23-盲区隔离装置、24-自排水冲洗口装置、3-自排水冲洗单元、4-液面高度传感器、5-控制单元、6-通信单元、7-电源模块、8-安装壳体。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施例对本发明作进一步地详细描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例

本实施例提供了一种雨量在线监测系统，参阅图1-2，本实施例的雨量在线监测系统包括接水单元1、雨水盛接单元2、自排水冲洗单元3、液面高度传感器4、控制单元5和通信单元6；接水单元1用于接纳雨水，雨水盛接单元2用于收集接水单元1接纳到的雨水，接水单元1的底部与雨水盛接单元2的顶部相导通；自排水冲洗单元3连接于雨水盛接单元2的侧部，自排水冲洗单元3用于排出雨水盛接单元2中的雨水；液面高度传感器4设于雨水盛接单元2的底部，用于探测雨水盛接单元2内的雨水液面高度信号；液面高度传感器4、自排水冲洗单元3和通信单元6均与控制单元5连接，通信单元6用于与外部进行数据交互。

本实施例的雨量在线监测系统，通过自排水冲洗单元排出雨水以及雨水盛接单元内的小颗粒沉淀，在防止系统阻塞的同时，也解决了大降雨强度下的连续、准确测量问题，从而有效解决了从小雨到特大暴雨范围的长期在线、稳定可靠、高精度雨量监测的问题，在气象、水利、农业等行业具有较好的应用前景。

作为一种具体的实施方式，参阅图3，接水单元1包括接水装置11、异物过滤网12和雨水导流装置13；接水装置11为具有预设深度的敞口装置，设置预设深度的作用是防止雨水落下后溅出导致的测量不准确问题，从而提高了测量准确度和测量精度，接水装置11的底部与雨水导流装置13的顶部连成一体且相互导通；异物过滤网12设于接水装置11的底部，用于防止大颗粒度的树枝、树叶、泥块等异物落入雨水盛接单元2造成的阻塞，异物过滤网12可单独取出和更换，使用较为方便，由于设置了异物过滤网，使得接水单元1同时具有接纳雨水和过滤雨水的作用；雨水导流装置13的底部设有收口部，收口部紧靠雨水盛接单元2的内壁，由于设置了收口部，雨水导流装置13呈倒锥形，且锥角紧靠雨水盛接单元2的内壁，将过滤后的雨水沿着雨水盛接单元2的内壁导流至雨水盛接单元2内，采用导流的方式，能够有效防止因雨水坠落溅出导致的测量不准确的问题，有利于提高测量准确度和测量精度。

进一步地，为了防止在线监测系统因异物落入导致的阻塞，异物过滤网12的滤网孔径小于雨水盛接单元的排水口孔径，且小于自排水冲洗单元本身的阻塞孔径。

作为一种具体的实施方式，参阅图4，雨水盛接单元2包括雨水导接容器21、底部盛接容器22和盲区隔离装置23；收口部紧靠雨水导接容器的顶端内壁，使得雨水自雨水导接容器21的边沿流入，雨水导接容器21的底部与底部盛接容器22的顶部连成一体且相互导通，底部盛接容器22的底部与盲区隔离装置23固定连接；液面高度传感器4安装于盲区隔离装置23的下方。

进一步地，雨水导接容器21可以设置为倒锥体型，倒锥体型的底部形状与底部盛接容器22的顶部形状相匹配，以利于雨水流入后容器液面的快速升高，减小测量误差，雨水沿着倒锥体型的雨水导接容器21内壁流下，还可以防止雨水直接垂落导致液面高度测量不准确的问题，该结构的雨水导接容器，可以同时提高测量准确度和测量精度。

本实施例中的雨量在线监测系统，考虑到雨水坠落溅出导致的测量不准确，对接水单元1和雨水盛接单元2在结构上进行了相应的改进，能够有效解决因雨水坠落溅出导致的测量不准确的问题，可高精度测量、计算当前雨水盛接单元内的液面高度，从而能够准确计算一定时间段内的大气降雨量以及降雨强度，提高了测量准确度和测量精度。

作为一种具体的实施方式，自排水冲洗单元3包括自排水装置和连接于底部盛接容器22的侧壁的自排水冲洗口装置24，自排水冲洗口装置24的一端与底部盛接容器22的侧壁连通，自排水冲洗口装置24的另一端连接自排水装置，底部盛接容器22可盛接少量雨水，当底部盛接容器22恰好装满雨水时，液面高度传感器4的测量结果能够满足最低探测精度要求。底部盛接容器22的顶部所在平面的高度低于自排水冲洗口装置24的另一端所在平面的高度。当底部盛接容器22中刚好装满雨水时，雨水不会通过自排水冲洗口装置24的另一端溢出。自排水冲洗单元3可以抽取排出雨水盛接单元2中的雨水、小颗粒灰尘和异物，也可以冲洗雨水盛接单元2中沉淀的小颗粒灰尘和异物，起到冲洗雨水盛接单元2的作用，通过自排水冲洗单元3的排水冲洗作用，有利于解决大降雨强度下的连续、准确测量问题。在系统不需要排水冲洗时，自排水冲洗单元3停止冲洗和排水，能够阻隔雨水盛接单元2中的雨水流出。

进一步地，盲区隔离装置23用于安装液面高度传感器4，盲区隔离装置23具有一定厚度，起到隔离传感器探测盲区的作用，其厚度根据液面高度传感器4的性能确定。

进一步地，自排水装置可以通过可正反转的微型水泵实现冲洗和排水的目的。

作为一种具体的实施方式，在采用上述微型水泵作为自排水装置时，控制单元5通过微型水泵的工作时间和微型水泵的转速，计算排水量。

需要说明的是，自排水冲洗单元3不限于上述的微型水泵，在其他的一些实施方式中，也可以采用其他类型的排水装置，只要能够实现相同的功能即可。

作为一种具体的实施方式，液面高度传感器4可以是一种超声传感器探头，超声传感器探头通过发射超声信号，接收液体反射信号，并传输给控制单元。

作为一种可选的实施方式，液面高度传感器4还可以是一种雷达传感器探头，雷达传感器探头通过发射雷达信号，接收取液体反射信号，并传输给控制单元。当然，在其他的一些实施方式中，还可以采用其他类型的传感器，只要能够实现与本实施例中相同的功能即可。

进一步地，液面高度传感器4可以固定安装在雨水盛接单元2下方的盲区隔离装置23处。

作为一种可选的实施方式，液面高度传感器4还可以安装在雨水盛接单元2上方一定高度处，以实现盲区隔离和液面探测的作用。

需要说明的是，液面高度传感器4的安装位置不限于如上所述，可以根据雨水盛接单元各部件的具体结构进行相应地调节，只要能够实现与本实施例中相同的功能即可。

作为一种具体的实施方式，控制单元5根据液面高度传感器4的实时液面信号计算液面高度，具体地，控制单元5控制液面高度传感器4发射信号，并接收反射信号，对反射信号滤波、放大，利用飞行时间差，计算液面高度。

进一步地，控制单元5根据液面高度和雨水盛接单元物理尺寸，计算当前蓄水量，通过连续测量，获取一定时间段内的降雨量；并进一步地通过降雨量和接水装置的接水面积，计算降雨强度。

进一步地，控制单元5根据当前降雨强度和液面高度，控制自排水冲洗单元3开启冲洗排水，保证雨水不会从雨水盛接单元2上方溢出，从而保证在线监测结果的准确性。

进一步地，控制单元5根据自排水冲洗单元3的排水时长计算排水量，根据连续测量的液面高度和雨水盛接单元物理尺寸计算当前蓄水量，对降雨量和降雨强度进行修正，解决了降雨量超出雨水盛接单元最大蓄水量情况下的连续准确测量问题。

进一步地，控制单元5根据连续测量的液面高度和自排水冲洗单元的排水量，判断自排水冲洗单元3是否发生阻塞，具体地，控制单元5根据连续测量的液面高度判断降雨趋势，通过自排水冲洗单元3的排水量和当前液面高度，判断自排水冲洗单元3是否发生阻塞。当自排水冲洗单元3发生阻塞时，控制单元5还可以控制通信单元6发出报警，从而保证了该雨量在线监测系统长期在线监测结果的稳定可靠性。

进一步地，控制单元5将液面高度、降雨量和降雨强度值，以及系统工作状态信息等信息发送给通信单元6，并控制通信单元6对外交互信息。通信单元6接受控制单元5控制，通过无线或者有线通信的方式和外界交互信息。

本实施例中，通过控制单元自动识别系统阻塞，并在系统发生阻塞时通过通信单元报警，且自动上报监测信息，有效解决了从小雨到特大暴雨范围的长期在线、稳定可靠、高精度雨量监测问题。

进一步地，通信单元6还接收上级控制系统下发的控制指令，并将控制指令发送至控制单元5，由控制单元5执行指令要求，并通过通信单元6反馈执行结果。

作为一种具体的实施方式，本实施例中的雨量在线监测系统还包括电源模块7，电源模块7可以为内置式电源模块，还可以外接交流电源、直流电源等外接式电源模块为在线监测系统供电，特别是用作野外连续监测系统时，可外接太阳能或风能作为电源模块为监测系统供电。

作为一种具体的实施方式，上述各单元模块均安装于一安装壳体8内，通过安装壳体8实现监测系统的固定安装，连接和使用都较为方便可靠。

本发明另一实施例还提供一种基于上述实施例中的雨量在线监测系统的雨量在线监测方法，包括以下步骤：

获取液面高度传感器的实时液面信号、雨水盛接单元的尺寸信息；

根据实时液面信号计算液面高度，根据液面高度和雨水盛接单元的尺寸信息，计算降雨量和降雨强度；

根据降雨强度和液面高度，控制自排水冲洗单元开启排水；

根据自排水冲洗单元的排水时长计算排水量，并根据排水量对降雨量和降雨强度进行修正。

作为一种具体的实施方式，在根据自排水冲洗单元的排水时长计算排水量，并根据排水量对降雨量和降雨强度进行修正之后，还包括：根据连续测量的液面高度和自排水冲洗单元的排水量，判断自排水冲洗单元是否发生阻塞；当自排水冲洗单元发生阻塞时，则发出报警。

本发明的上述实施例，具有如下有益效果：

1、本发明的雨量在线监测系统和监测方法，通过自排水冲洗单元排出雨水以及雨水盛接单元内的小颗粒沉淀，在防止系统阻塞的同时，也解决了大降雨强度下的连续、准确测量问题，从而有效解决了从小雨到特大暴雨范围的长期在线、稳定可靠、高精度的雨量监测的问题，在气象、水利、农业等行业具有较好的应用前景；

2、本发明的接水单元和雨水盛接单元，能够有效解决因雨水坠落溅出导致的测量不准确的问题，可高精度测量、计算当前容器内的液面高度，从而能够准确计算一定时间段内的大气降雨量以及降雨强度，有利于提高监测结果准确度；

3、本发明通过控制单元自动识别系统阻塞，并在系统发生阻塞时通过通信单元报警，且自动上报监测信息，进一步保证了从小雨到特大暴雨范围内的长期在线雨量监测的稳定可靠性。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种雨量在线监测系统，其特征在于，包括接水单元(1)、雨水盛接单元(2)、自排水冲洗单元(3)、液面高度传感器(4)、控制单元(5)和通信单元(6)；

所述接水单元(1)用于接纳雨水，所述雨水盛接单元(2)用于收集所述接水单元(1)接纳到的雨水，所述接水单元(1)的底部与所述雨水盛接单元(2)的顶部相导通；

所述自排水冲洗单元(3)连接于所述雨水盛接单元(2)的侧部，所述自排水冲洗单元(3)用于抽取排出所述雨水盛接单元(2)中的雨水、小颗粒灰尘和异物，还用于冲洗所述雨水盛接单元(2)；

所述液面高度传感器(4)设于所述雨水盛接单元(2)的底部，用于探测所述雨水盛接单元(2)内的雨水液面高度信号；

所述液面高度传感器(4)、所述自排水冲洗单元(3)和所述通信单元(6)均与所述控制单元(5)连接，所述通信单元(6)用于与外部进行数据交互；

所述雨水盛接单元(2)包括雨水导接容器(21)、底部盛接容器(22)和盲区隔离装置(23)；

所述自排水冲洗单元(3)包括自排水装置和连接于所述底部盛接容器(22)的侧壁的自排水冲洗口装置(24)，所述自排水冲洗口装置(24)的一端与所述底部盛接容器(22)的侧壁连通，所述自排水冲洗口装置(24)的另一端连接所述自排水装置，所述底部盛接容器(22)的顶部所在平面的高度低于所述自排水冲洗口装置(24)的另一端所在平面的高度。

2.根据权利要求1所述的雨量在线监测系统，其特征在于，所述接水单元(1)包括接水装置(11)、异物过滤网(12)和雨水导流装置(13)；

所述接水装置(11)为具有预设深度的敞口装置，所述接水装置(11)的底部与所述雨水导流装置(13)的顶部连成一体且相互导通；所述异物过滤网(12)设于所述接水装置(11)的底部；所述雨水导流装置(13)的底部设有收口部，所述收口部紧靠所述雨水盛接单元(2)的内壁。

3.根据权利要求2所述的雨量在线监测系统，其特征在于，所述收口部紧靠所述雨水导接容器(21)的顶端内壁，所述雨水导接容器(21)的底部与所述底部盛接容器(22)的顶部连成一体且相互导通，所述底部盛接容器(22)的底部与所述盲区隔离装置(23)固定连接；所述液面高度传感器(4)安装于所述盲区隔离装置(23)的下方。

4.根据权利要求3所述的雨量在线监测系统，其特征在于，所述雨水导接容器(21)呈倒锥体型，所述倒锥体型的底部形状与所述底部盛接容器(22)的顶部形状相匹配。

5.根据权利要求1所述的雨量在线监测系统，其特征在于，所述控制单元(5)根据所述液面高度传感器(4)的实时液面信号计算液面高度，并根据所述液面高度和所述雨水盛接单元(2)的尺寸，计算降雨量和降雨强度。

6.根据权利要求5所述的雨量在线监测系统，其特征在于，所述控制单元根据所述降雨强度和所述液面高度，控制所述自排水冲洗单元开启排水。

7.根据权利要求6所述的雨量在线监测系统，其特征在于，所述控制单元(5)根据所述自排水冲洗单元(3)的排水时长计算排水量，并根据所述排水量对所述降雨量和所述降雨强度进行修正。

8.根据权利要求6所述的雨量在线监测系统，其特征在于，所述控制单元(5)根据连续测量的液面高度和所述自排水冲洗单元(3)的排水量，判断所述自排水冲洗单元(3)是否发生阻塞；

当所述自排水冲洗单元(3)发生阻塞时，所述控制单元(5)控制所述通信单元(6)发出报警。

9.一种基于权利要求1-8任一项所述的雨量在线监测系统的雨量在线监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取液面高度传感器的实时液面信号、雨水盛接单元的尺寸信息；

根据所述实时液面信号计算液面高度，根据所述液面高度和所述雨水盛接单元的尺寸信息，计算降雨量和降雨强度；

根据所述降雨强度和所述液面高度，控制所述自排水冲洗单元开启排水；

根据所述自排水冲洗单元的排水时长计算排水量，并根据所述排水量对所述降雨量和所述降雨强度进行修正。

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