CN111897032B - 基于单位时间内的翻斗式水量传感器未知精度校正方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于单位时间内的翻斗式水量传感器未知精度校正方法，记录翻斗式水量传感器在不同水流量的情况下，单位时间翻斗翻转次数和单位时间流经水体积，建立线性函数关系式，计算单位时间内测量的水量体积，建立校正后的单位时间段水量体积公式，计算全时间段内各个单位时间段的单位时间段水量体积，本发明突破了传统翻斗式雨量传感器精度有限和监测目标单一的问题。使得监测人员根据监测对象来进行自行设计翻斗大小和承水器口径，既扩大了监测对象又保证了数据准确。

Description

基于单位时间内的翻斗式水量传感器未知精度校正方法

技术领域

本发明涉及气象、水文监测数据采集领域，尤其涉及一种基于单位时间内的翻斗式水量传感器未知精度校正方法。

背景技术

传统的翻斗式雨量传感器主要应用于测量自然界中的降雨，能够自动将数据记录和保存下来供监测人员使用。但是缺点也是比较明显的，每次降雨过后和人工数据比较发现其精度差，特别是遇到大暴雨后误差能达到10%甚至更多。同时基于减少水流冲击力的影响，承雨器的出水口较细，这样容易造成堵塞。这样的构造原理很难扩展应用到收集水杂质较多的树干径流、林内穿透雨、地表径流等水文监测项目。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供基于单位时间内的翻斗式水量传感器未知精度校正方法。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

基于单位时间内的翻斗式水量传感器未知精度校正方法，包括以下步骤：

步骤1、在不同的单位时间内使用不同水流量依次测试翻斗式水量传感器，记录翻斗式水量传感器在不同水流量的情况下，单位时间翻斗翻转次数和单位时间流经水体积，单位时间流经水体积是指单位时间内翻斗式水量传感器排出的水的体积；

步骤2、根据单位时间翻转次数与翻斗量程精度建立线性函数关系式：

当x=1时，y=e；

当x=2时，y=2×f；

当x>2时，y=a×x+b；

其中，y表示翻斗量程精度，x表示单位时间翻转次数，e为当x=1时的情况下的翻斗量程精度，f为当x=2时的情况下的翻斗量程精度，a和b均为拟合常数；

步骤3、计算单位时间内测量的水量体积；

当x=1时，水量体积为e；

当x=2时，水量体积为2×f；

当x>2时，水量体积为 (ax + b)×x；

步骤4、翻斗式水量传感器放置野外测试，计算单位时间段的各个翻转次数对应的测量的水量体积和人工数据的差值，获得偏差系数k₁～k_x；

则校正后的单位时间段水量体积公式为：

当x=1时，体积V1=e×k₁；

当x=2时，体积V2=2f×k₂；

当x>2时，体积V3=k_x×(ax+b)×x；

步骤5、利用上述校正后的单位时间段水量体积公式，计算全时间段内各个单位时间段的单位时间段水量体积，将全时间段内各个单位时间段的单位时间段水量体积累加获得全时间段的水量体积。

重复步骤1-4直至计算的校正后的单位时间段水量体积与人工数据之间的误差小于2%。

本发明相对于现有技术，具有以下有益效果：

本发明通过单位时间内建立翻斗次数和翻斗水量精度变化的函数关系，建立不同单位时间翻转次数下的线性函数关系式，计算单位时间内测量的水量体积，将计算的水量体积与人工数据按照误差系数不断调整优化。本发明突破了传统翻斗式雨量传感器精度有限和监测目标单一的问题。使得监测人员根据监测对象来进行自行设计翻斗大小和承水器口径，既扩大了监测对象又保证了数据准确。

附图说明

图1为本发明的流程图；

图2为单位时间翻转次数与翻斗量程精度建立线性函数关系式示意图。

具体实施方式

为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供一种基于单位时间内的翻斗式水量传感器未知精度校正方法，如图1所示，主要包括以下步骤：

根据不同监测对象设计和制作不同尺寸的翻斗，进行组装通用型翻斗式水量传感器。

步骤1.1、在不同的单位时间内使用不同水流量依次测试翻斗式水量传感器，记录翻斗式水量传感器在不同水流量的情况下，单位时间翻斗翻转次数和单位时间流经水体积，单位时间流经水体积是指单位时间内翻斗式水量传感器排出的水的体积。

例如，单位时间设定为每5分钟一次测试一个水流梯度经过翻斗式水量传感器，记录单位时间翻转次数和单位时间流经水体积，单位时间流经水体积除以单位时间翻转次数得出翻斗量程精度。数据如下：5分钟翻转次数：1、2、3、7、15、25、35、45、52、57；对应的翻斗量程精度（ml）：10.5、11、11.95、12.05、12.3、12.6、12.9、13.2、13.4、13.55。

步骤1.2、根据单位时间翻转次数与翻斗量程精度建立线性函数关系式。本发明用y表示翻斗量程精度，x表示单位时间翻转次数，则翻斗量程精度y与单位时间翻转次数x的线性关系可以表示为：

当x=1时，y=e； 公式1

当x=2时，y=2×f； 公式2

当x>2时，y=a×x+b； 公式3

上述公式中的a和b都为拟合常数。在实际应用中，对于不同型号大小的翻斗，其翻斗量程精度y与单位时间翻转次数x的线性关系中的a和b取值不同。根据步骤1.1中具体数据实例，翻斗翻转次数1和2单独列出，翻转3次以上符合线性关系，本实施例中，经过计算公式表达如下（图2）：

Y=0.0298x+ 11.853 （x>2）

R²=0.9999

步骤1.3、根据以下公式计算单位时间内的通过翻斗式水量传感器测量的水量体积：

当x=1时，翻斗量程精度为e，水量体积为e； 公式4

当x=2时，翻斗量程精度为f，水量体积为2f； 公式5

当x>2时，水量体积为 (ax + b)×x； 公式6

步骤1.4、翻斗式水量传感器放置野外测试，计算单位时间段的各个翻转次数对应的翻斗式水量传感器测量的水量体积和人工数据之比，获得偏差系数k₁～k_x，其中，k₁是单位时间翻转次数x为1对应的偏差系数，k₂是单位时间翻转次数x为2对应的偏差系数，k_x是单位时间翻转次数x大于2时对应的偏差系数，

则校正后的单位时间段水量体积公式为：

当x=1时，固定翻斗精度e，体积V1=e×k₁ 公式7

当x=2时，固定翻斗精度f，体积V2=2f×k₂ 公式8

当x>2时，体积V3=k_x×(ax+b)×x 公式9

步骤1.5、利用上述校正后的单位时间段水量体积公式，计算全时间段内各个单位时间段的单位时间段水量体积，将全时间段内各个单位时间段的单位时间段水量体积累加获得全时间段的水量体积。

步骤1.6、步骤1-4直至计算的校正后的单位时间段水量体积与人工数据之间的误差小于2%。

本发明根据设计不同翻斗型号大小，生成与各个翻斗可变精度相对应的线性关系，并利用这种线性关系校正方法对不同型号的翻斗式水量传感器精度进行可变校正，有效的提高野外监测数据准确性和扩大了同类原理的监测范围。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (1)

1.基于单位时间内的翻斗式水量传感器未知精度校正方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、在不同的单位时间内使用不同水流量依次测试翻斗式水量传感器，记录翻斗式水量传感器在不同水流量的情况下，单位时间翻斗翻转次数和单位时间流经水体积，单位时间流经水体积是指单位时间内翻斗式水量传感器排出的水的体积，单位时间流经水体积除以单位时间翻斗翻转次数得出翻斗量程精度；

步骤2、根据单位时间翻转次数与翻斗量程精度建立线性函数关系式：

当x=1时，y=e；

当x=2时，y=f；

当x>2时，y=a×x+b；

其中，y表示翻斗量程精度，x表示单位时间翻转次数，e为当x=1时的情况下的翻斗量程精度，f为当x=2时的情况下的翻斗量程精度，a和b均为拟合常数；

步骤3、计算单位时间内测量的水量体积；

当x=1时，水量体积为e；

当x=2时，水量体积为2×f；

当x>2时，水量体积为 (ax + b)×x；

步骤4、翻斗式水量传感器放置野外测试，计算单位时间段的各个翻转次数对应的测量的水量体积和人工数据的差值，获得偏差系数k₁～k_x；

则校正后的单位时间段水量体积公式为：

当x=1时，体积V1=e×k₁；

当x=2时，体积V2=2f×k₂；

当x>2时，体积V3=k_x×(ax+b)×x；

步骤5、利用上述校正后的单位时间段水量体积公式，计算全时间段内各个单位时间段的单位时间段水量体积，将全时间段内各个单位时间段的单位时间段水量体积累加获得全时间段的水量体积，

重复步骤1-4直至计算的校正后的单位时间段水量体积与人工数据之间的误差小于2%。

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