CN113075368A - 智能增减雨模拟系统及其标定方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开一种智能增减雨模拟系统及其标定方法。智能增减雨模拟系统包括感应模块、控制模块以及硬件模块。感应模块包括降雨感应器，降雨感应器用于感应降雨事件，并生成降雨事件信号。控制模块与感应模块连接。硬件模块包括移动大棚以及降雨模拟系统，降雨模拟系统设于移动大棚内。控制模块与移动大棚连接，并根据降雨事件信号控制移动大棚在设定区域内移动，以为移动大棚遮挡的区域遮挡自然降雨。控制模块与降雨模拟系统连接，并根据降雨事件信号控制降雨模拟系统对设定区域进行模拟降雨。本申请提供的技术方案能够智能、自动且精确地感应降雨事件，并对设定区域进行分区增雨和减雨。

Description

智能增减雨模拟系统及其标定方法

技术领域

本申请涉及降雨模拟设备技术领域，具体而言，涉及一种智能增减雨模拟系统及其标定方法。

背景技术

降雨是地上植物水分来源之一，是引起水土流失等自然灾害的主要原因，也是研究植物水分利用、土壤侵蚀、水土流失等的关键因子。但是，由于在野外观测天然降雨周期长、成本高、数据积累慢，对生物生理学和水文学的研究有很大的局限性。而人工增减雨模拟系统—一种应用于模拟自然降雨试验中的人工增减雨设备，其不受时间和空间的限制，既可节约大量的人力物力，又可缩短试验周期，现已成为植物水分生理和土壤侵蚀研究中必不可少的重要技术手段。

目前，降雨设备虽然可调控降雨量和降雨强度，但仍然无法自动且智能的感应自然降雨事件及智能的分区增减降雨量。

发明内容

本申请提供了一种智能增减雨模拟系统及其标定方法，其能够智能、自动且精确地感应降雨事件，并对设定区域进行分区增雨和减雨。

第一方面，本发明提供一种智能增减雨模拟系统，包括：

感应模块，包括降雨感应器，降雨感应器用于感应降雨事件，并生成降雨事件信号；

控制模块，与感应模块连接，控制模块用于接收并处理降雨事件信号；以及

硬件模块，包括移动大棚以及降雨模拟系统，降雨模拟系统设于移动大棚内；

控制模块与移动大棚连接，并根据降雨事件信号控制移动大棚在设定区域内移动，以为移动大棚遮挡的区域遮挡自然降雨；

控制模块与降雨模拟系统连接，并根据降雨事件信号控制降雨模拟系统对设定区域进行模拟降雨。

上述实现的过程中，智能增减雨模拟系统能够智能、自动且精确地感应降雨事件，并对设定区域进行分区增雨和减雨。示例性地，在实际工作中，将设定区域分割为三种区域，其一者定义为自然降雨区域，其第二者定义为增雨区域，其第三者定义为减雨区域；未降雨时智能增减雨模拟系统待机，当自然降雨时，降雨事件为自然降雨事件，感应模块感应自然降雨事件而生成降雨事件信号，控制模块接收该降雨事件信号，控制模块通过内置的程序算法处理该降雨事件信号以生产控制信号，将控制信号传输至硬件模块，对移动大棚和降雨模拟系统进行控制；移动大棚在控制模块的控制下会遮挡减雨区域，此时减雨区域不受自然降雨影响，自然降雨区域和增雨区域则受自然降雨影响；待自然降雨事件结束后，硬件模块受控制模块的控制，进行分区模拟增减降雨：

模拟增雨，降雨模拟系统随移动大棚在控制模块的控制下会移动至增雨区域，基于降雨事件信号所反馈的降雨量为基准，控制模块控制降雨模拟系统对增雨区域以一定的降雨量进行模拟降雨，使得增雨区域的实际降雨量满足实际需求；

模拟减雨，降雨模拟系统在控制模块的控制下会移动至减雨区域，减雨区域未受自然降雨，控制模块控制降雨模拟系统对减雨区域进行模拟降雨，该模拟降雨的降雨量为减雨区域的实际降雨量，故可精准地对其数值进行控制，使其满足实际需求。

在可选的实施方式中，移动大棚包括大棚本体、第一轨道以及第一驱动部；

第一轨道基于设定区域设置，大棚本体可移动地设置于第一轨道，降雨模拟系统设于大棚本体；

第一驱动部与控制模块连接，并在控制模块的控制下驱使大棚本体移动。

上述实现的过程中，在控制模块的控制下，第一驱动部能够有效、准确地驱使大棚本体在设定区域内移动，对设定区域中的特定位置进行遮雨，同时，大棚本体可带着降雨模拟系统移动至设定区域中的特定位置进行模拟降雨。

在可选的实施方式中，大棚本体包括大棚骨架、第一滑轮以及有机玻璃板；

大棚骨架支撑有机玻璃板，第一滑轮设于大棚骨架并与第一轨道滑动配合；

第一驱动部包括第一电机，第一电机设于第一滑轮，用于驱使第一滑轮沿第一轨道移动。

上述实现的过程中，大棚本体结构简单，便于制造组装；大棚本体采用有机玻璃板为覆盖件进行遮挡降雨，能够保证阳光透过有机玻璃板作用于植物，保证植物的正常生长。控制模块控制第一电机的转动状态，能够准确、有效地控制大棚本体的移动距离，保证分区模拟增减降雨的顺利实施。需要说明的是，大棚骨架可采用弧形网架轻钢结构，其有效地保证大棚本体的遮雨效果，且同时保证自身质量较轻，降低第一电机的工作负荷。

在可选的实施方式中，移动大棚还包括大棚限位器；

第一轨道的两端均设有大棚限位器，用于限制大棚本体的移动行程。

上述实现的过程中，通过在第一轨道的两端设置大棚限位器，能够有效地限制大棚本体的移动行程，防止大棚本体冲出第一轨道，避免造成大棚本体移动过量，导致整个系统产生损坏的情况发生。

在可选的实施方式中，降雨模拟系统包括支撑骨架、降雨器、第二轨道以及第二驱动部；

第二轨道与移动大棚连接；

支撑骨架配置有第二滑轮，第二滑轮与第二轨道活动配合；

第二驱动部与控制模块连接，并在控制模块的控制下驱使支撑骨架沿第二轨道移动；

降雨器设于支撑骨架，降雨器包括电磁阀和降雨喷头，电磁阀连接降雨喷头并连接水源，电磁阀与控制模块连接并在控制模块的控制下降雨喷头开合。

上述实现的过程中，降雨模拟系统在控制模块的控制下，可在移动大棚内按设定指令移动，以精准、节能地进行分区模拟增减降雨，示例性地，在进行模拟减雨时，移动大棚不移动，仅控制第二驱动部驱使支撑骨架移动至减雨区域，随后控制降雨器对减雨区域降雨。同时，电磁阀能够在控制模块的控制下控制降雨喷头的降雨量，保证分区模拟增减降雨的顺利实施。示例性地，第二驱动部可以包括第二电机，第二电机设于第二滑轮，第二电机能够在控制模块的控制下精准地驱使支撑骨架移动；需要说明的是，降雨器的数量可以为多个，以提高降雨模拟系统的模拟降雨效率。需要说明的是，降雨模拟系统还可以包括供水设备，供水设备用于向降雨器供水。供水设备可包括储水箱、水泵、水管、流量计和浮球开关，储水箱固定于移动大棚，随其进行移动，水管与降雨器相连，水泵位于储水箱中，并设于水管的末端，用于为降雨器输送所需的水，流量计与水管相连，用于计量通过水管的总流量，浮球开关与储水箱的入水口相连，用于感应储水箱中的储水量。

在可选的实施方式中，降雨感应器包括翻斗式感应雨量筒。

上述实现的过程中，翻斗式感应雨量筒能够有效精准地感应自然降雨的降雨量，生产准确的降雨事件信号，保证智能增减雨模拟系统有效地进行分区模拟增减降雨工作；同时，采用翻斗式感应雨量筒利于进行人工降雨事件，向翻斗式感应雨量筒倒入定量的水，触发翻斗式感应雨量筒生成降雨事件信号，对智能增减雨模拟系统实施的模拟降雨工作进行验证标定。

在可选的实施方式中，感应模块还包括风速传感器，用于检测风速，并生成风速信号；

控制模块用于接收并处理风速信号，并基于风速信号控制降雨模拟系统。

上述实现的过程中，在进行分区模拟增减降雨时，风速传感器检测当前风速，控制模块对接收的风速信号进行处理，若当前风速超过一定级数时，控制模块会控制降雨模拟系统停止模拟降雨，保证模拟降雨的正确性，待风速小于一定级数时，控制模块会再次启动降雨模拟系统。

在可选的实施方式中，控制模块包括移动控制箱和增减雨控制箱；

移动控制箱包括数据采集器、数据储存器以及可编程控制器，数据采集器与感应模块连接，可编程控制器与数据储存器相连，可编程控制器与移动大棚连接，用于控制移动大棚移动；

增减雨控制箱包括智能数据处理器和逻辑控制器，智能数据处理器与可编程控制器相连，逻辑控制器与智能数据处理器相连，逻辑控制器用于控制降雨模拟系统。

上述实现的过程中，控制模块包含移动控制箱和增减雨控制箱，移动控制箱用于接收降雨事件信号，驱使移动大棚移动，增减雨控制箱根据移动控制箱接收的降雨事件信号，控制降雨模拟系统。

需要说明的是，可编程控制器中包含事先设定的降雨梯度、降雨位置程序算法，用于处理感应模块反馈的降雨事件信号和风速传感器反馈的风速信号。

需要说明的是，移动控制箱还可以包括第一电源开关和手动移动按钮，第一电源开关接电源，用于为移动控制箱中的各设备提供电源动力，手动移动按钮可包括移动大棚前进按钮、移动大棚后退按钮、降雨模拟系统前进按钮、降雨模拟系统后退按钮，用于人为控制移动大棚和降雨模拟系统的移动；

增减雨控制箱还可以包括第二电源开关、手动控制按钮和显示屏；第二电源开关接电源并用于为增减雨控制箱中设备提供电源动力。当降雨器有多个，且划分为多个区域时，手动控制按钮为各区域降雨器的开关按钮，显示屏用于实时显示手动控制按钮的闭合和模拟降雨信息。需要说明的是，控制模块还可以包括供电箱和远端可视化设备，供电箱包括动力电压、第一变频器和第二变频器，第一变频器与第一电机连接，第二变频器与第二电机连接。远端可视化设备包括显示器和操作系统，显示器与操作系统相连接，操作系统与可编程控制器相连，用于显示或设定实验控制的程序与算法。

第二方面，本发明提供一种智能增减雨模拟系统的标定方法，基于前述实施方式任一项智能增减雨模拟系统；

标定方法包括以下步骤：

模拟降雨量梯度设定，设定多组模拟降雨量数值，多组模拟降雨量数值呈梯度变化；

实际降雨量测定，在降雨模拟系统下方布置多个计量容器，基于多个计量容器收集的水体积计算出实际降雨量；

感应雨量和降雨精确度标定，基于每组模拟降雨量数值，重复N次模拟多组人工降雨事件，触发感应模块，以使得降雨模拟系统向多个计量容器进行模拟降雨，分别获得N组实际降雨量，感应雨量和降雨精确度的合格标准以N组实际降雨量与模拟降雨量数值的差异均小于1％为准。

在可选的实施方式中，标定方法还包括以下步骤：

降雨均匀度标定，基于每组模拟降雨量数值，重复N次模拟多组人工降雨事件，触发感应模块，以使得降雨模拟系统向多个计量容器进行模拟降雨，分别获得N组实际降雨量，降雨均匀度的合格标准以N组实际降雨量的变异系数小于1％为准。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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他相关的附图。

图1为本实施例中智能增减雨模拟系统的方框示意图；

图2为本实施例中硬件模块的正视结构图；

图3为本实施例中硬件模块的侧视结构图；

图4为本实施例中感应模块和控制模块的示意图；

图5为本实施例中智能增减雨模拟系统的运行流程图；

图6为智能增减雨模拟系统实际运行示意图；

图7为本实施例中感应雨量和降雨精确度标定结果的箱式图；

图8为本实施例中均匀度标定结果的柱状图。

图标：10-感应模块；11-翻斗式感应雨量筒；12-风速传感器；

40-控制模块；41-移动控制箱；42-增减雨控制箱；43-数据采集器；44-数据储存器；45-可编程控制器；46-智能数据处理器；47-逻辑控制器；48-第一电源开关；49-手动移动按钮；50-第二电源开关；51-手动控制按钮；52-显示屏；53-供电箱；54-远端可视化设备；55-动力电压；56-第一变频器；57-第二变频器；

70-硬件模块；71-移动大棚；72-降雨模拟系统；73-大棚本体；74-第一轨道；75-第一电机；76-大棚骨架；77-第一滑轮；78-有机玻璃板；79-大棚限位器；80-支撑骨架；81-降雨器；82-第二轨道；83-第二滑轮；84-第二电机；85-电磁阀；86-降雨喷头；87-供水设备；88-储水箱；89-水泵；90-水管；91-流量计；92-浮球开关；93-降雨限位器。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本申请实施例的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

在本申请实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将结合附图，对本申请中的技术方案进行描述。

本实施例提供一种智能增减雨模拟系统。智能增减雨模拟系统能够智能、自动且精确地感应降雨事件，并对设定区域进行分区增雨和减雨。

请参见图1-图5，图1为本实施例中智能增减雨模拟系统的方框示意图，图2为本实施例中硬件模块70的正视结构图，图3为本实施例中硬件模块70的侧视结构图，图4为本实施例中感应模块10和控制模块40的示意图，图5为本实施例中智能增减雨模拟系统的运行流程图。

智能增减雨模拟系统包括感应模块10、控制模块40以及硬件模块70。

感应模块10包括降雨感应器，降雨感应器用于感应降雨事件，并生成降雨事件信号。控制模块40与感应模块10连接，控制模块40用于接收并处理降雨事件信号。硬件模块70包括移动大棚71以及降雨模拟系统72，降雨模拟系统72设于移动大棚71内。

控制模块40与移动大棚71连接，并根据降雨事件信号控制移动大棚71在设定区域内移动，以为移动大棚71遮挡的区域遮挡自然降雨。控制模块40与降雨模拟系统72连接，并根据降雨事件信号控制降雨模拟系统72对设定区域进行模拟降雨。

上述实现的过程中，智能增减雨模拟系统能够智能、自动且精确地感应降雨事件，并对设定区域进行分区增雨和减雨。示例性地，在实际工作中，将设定区域分割为三种区域，其一者定义为自然降雨区域，其第二者定义为增雨区域，其第三者定义为减雨区域；智能增减雨模拟系统待机，当自然降雨时，降雨事件为自然降雨事件，感应模块10感应自然降雨事件而生成降雨事件信号，控制模块40接收该降雨事件信号，控制模块40通过内置的程序算法处理该降雨事件信号以生产控制信号，将控制信号传输至硬件模块70，对移动大棚71和降雨模拟系统72进行控制；移动大棚71在控制模块40的控制下会遮挡减雨区域，此时减雨区域不受自然降雨影响，自然降雨区域和增雨区域则受自然降雨影响；待自然降雨事件结束后，硬件模块70受控制模块40的控制，进行分区模拟增减降雨：

模拟增雨，降雨模拟系统72随移动大棚71在控制模块40的控制下会移动至增雨区域，基于降雨事件信号所反馈的降雨量为基准，控制模块40控制降雨模拟系统72对增雨区域以一定的降雨量进行模拟降雨，使得增雨区域的实际降雨量满足实际需求；

模拟减雨，降雨模拟系统72在控制模块40的控制下会移动至减雨区域，减雨区域未受自然降雨，控制模块40控制降雨模拟系统72对减雨区域进行模拟降雨，该模拟降雨的降雨量为减雨区域的实际降雨量，故可精准地对其数值进行控制，使其满足实际需求。

需要说明的是，降雨感应器感应的降雨事件可包括降雨量、降雨时长和降雨强度。

本公开中，如图2和图3，移动大棚71包括大棚本体73、第一轨道74以及第一驱动部。

第一轨道74基于设定区域设置，大棚本体73可移动地设置于第一轨道74，降雨模拟系统72设于大棚本体73。第一驱动部与控制模块40连接，并在控制模块40的控制下驱使大棚本体73移动。

上述实现的过程中，在控制模块40的控制下，第一驱动部能够有效、准确地驱使大棚本体73在设定区域内移动，对设定区域中的特定位置(如上文描述的减雨区域)进行遮雨，同时，大棚本体73可带着降雨模拟系统72移动至设定区域中的特定位置(如上文描述的增雨区域和减雨区域)进行模拟降雨。

本公开中，如图2和图3，大棚本体73包括大棚骨架76、第一滑轮77以及有机玻璃板78。大棚骨架76支撑有机玻璃板78，第一滑轮77设于大棚骨架76并与第一轨道74滑动配合。第一驱动部包括第一电机75，第一电机75设于第一滑轮77，用于驱使第一滑轮77沿第一轨道74移动。

上述实现的过程中，大棚本体73结构简单，便于制造组装；大棚本体73采用有机玻璃板78为覆盖件进行遮挡降雨，其具有一定厚度，以保证自身强度，同时有机玻璃的透光性良好，能够保证阳光透过有机玻璃板78作用于植物，保证植物的正常生长。控制模块40控制第一电机75的转动状态，能够准确、有效地控制大棚本体73的移动距离，保证分区模拟增减降雨的顺利实施。需要说明的是，大棚骨架76可采用弧形网架轻钢结构，其有效地保证大棚本体73的遮雨效果，且同时保证自身质量较轻，降低第一电机75的工作负荷。

本公开中，移动大棚71还包括大棚限位器79；第一轨道74的两端均设有大棚限位器79，用于限制大棚本体73的移动行程。

上述实现的过程中，通过在第一轨道74的两端设置大棚限位器79，能够有效地限制大棚本体73的移动行程，防止大棚本体73冲出第一轨道，避免造成大棚本体73移动过量，导致整个系统产生损坏的情况发生。需要说明的是，大棚限位器79可以为物理限位结构，例如挡块；或者说大棚限位器79可以为电子感应设备，当大棚本体73触发大棚限位器79时，大棚限位器79会将触发信号反馈至控制模块40，控制模块40控制大棚主体停止移动。

参见图2和图3，降雨模拟系统72包括支撑骨架80、降雨器81、第二轨道82以及第二驱动部。

第二轨道82与移动大棚71连接。支撑骨架80配置有第二滑轮83，第二滑轮83与第二轨道82活动配合。

第二驱动部与控制模块40连接，并在控制模块40的控制下驱使支撑骨架80沿第二轨道82移动。降雨器81设于支撑骨架80，降雨器81包括电磁阀85和降雨喷头86，电磁阀85连接降雨喷头86并连接水源，电磁阀85与控制模块40连接并在控制模块40的控制下降雨喷头86开合。

上述实现的过程中，降雨模拟系统72在控制模块40的控制下，可在移动大棚71内按设定指令移动，以精准、节能地进行分区模拟增减降雨，示例性地，在进行模拟减雨时，移动大棚71不移动，仅控制第二驱动部驱使支撑骨架80移动至减雨区域，随后控制降雨器81对减雨区域降雨。同时，电磁阀85能够在控制模块40的控制下控制降雨喷头86的降雨量，保证分区模拟增减降雨的顺利实施。示例性地，第二驱动部可以包括第二电机84，第二电机84设于第二滑轮83，第二电机84能够在控制模块40的控制下精准地驱使支撑骨架80移动；需要说明的是，降雨器81的数量可以为多个，以提高降雨模拟系统72的模拟降雨效率。

需要说明的是，降雨模拟系统72还可以包括供水设备87，供水设备87用于向降雨器81供水。供水设备87可包括储水箱88、水泵89、水管90、流量计91和浮球开关92，储水箱88固定于移动大棚71，随其进行移动，水管90与降雨器81相连，水泵89位于储水箱88中，并设于水管90的末端，用于为降雨器81输送所需的水，流量计91与水管90相连，用于计量通过水管90的总流量，浮球开关92与储水箱88的入水口相连，用于感应储水箱88中的储水量。

需要说明的是，降雨模拟系统72还包括降雨限位器93，两个降雨限位器93设于第二轨道82的两端，用于限制降雨器81的移动行程，防止降雨器81冲出第二轨道82。

本公开中，感应模块10还包括风速传感器12(亦称为风速风向传感器)，用于检测风速，并生成风速信号。控制模块40用于接收并处理风速信号，并基于风速信号控制降雨模拟系统72。

上述实现的过程中，在进行分区模拟增减降雨时，风速传感器12检测当前风速，控制模块40对接收的风速信号进行处理，若当前风速超过一定级数时，控制模块40会控制降雨模拟系统72停止模拟降雨，保证模拟降雨的正确性，待风速小于一定级数时，控制模块40会再次启动降雨模拟系统72。

本公开中，降雨感应器包括翻斗式感应雨量筒11(亦称为翻斗式雨量筒)。

上述实现的过程中，翻斗式感应雨量筒11能够有效精准地感应自然降雨的降雨量，生产准确的降雨事件信号，保证智能增减雨模拟系统有效地进行分区模拟增减降雨工作；同时，采用翻斗式感应雨量筒11利于进行人工降雨事件，向翻斗式感应雨量筒11倒入定量的水，触发翻斗式感应雨量筒11生成降雨事件信号，对智能增减雨模拟系统实施的模拟降雨工作进行验证标定。

上述实现的过程中，翻斗式感应雨量筒11能够有效精准地感应自然降雨的降雨量，生产准确的降雨事件信号，保证智能增减雨模拟系统有效地进行分区模拟增减降雨工作；同时，采用翻斗式感应雨量筒11利于进行人工降雨事件，向翻斗式感应雨量筒11倒入定量的水，触发翻斗式感应雨量筒11生成降雨事件信号，对智能增减雨模拟系统实施的模拟降雨工作进行验证标定。

请参见图4，控制模块40包括移动控制箱41和增减雨控制箱42。

移动控制箱41包括数据采集器43、数据储存器44以及可编程控制器45，数据采集器43与感应模块10连接，可编程控制器45与数据储存器44相连，可编程控制器45与移动大棚71连接，用于控制移动大棚71移动。

增减雨控制箱42包括智能数据处理器46和逻辑控制器47，智能数据处理器46与可编程控制器45相连，逻辑控制器47与智能数据处理器46相连，逻辑控制器47用于控制降雨模拟系统72。

上述实现的过程中，控制模块40包含移动控制箱41和增减雨控制箱42，移动控制箱41用于接收降雨事件信号，驱使移动大棚71移动，增减雨控制箱42根据移动控制箱41接收的降雨事件信号，控制降雨模拟系统72。

需要说明的是，可编程控制器45中包含事先设定的降雨梯度、降雨位置程序算法，用于处理感应模块10反馈的降雨事件信号和风速传感器12反馈的风速信号。

需要说明的是，移动控制箱41还可以包括第一电源开关48和手动移动按钮49，第一电源开关48接电源，用于为移动控制箱41中的各设备提供电源动力，手动移动按钮49可包括移动大棚71前进按钮(G1)、移动大棚71后退按钮(B1)、降雨模拟系统72前进按钮(G2)、降雨模拟系统72后退按钮(B2)，用于人为控制移动大棚71和降雨模拟系统72的移动。

增减雨控制箱42还可以包括第二电源开关50、手动控制按钮51和显示屏52；第二电源开关50接电源并用于为增减雨控制箱42中设备提供电源动力。当降雨器81有多个，且划分为多个区域时，手动控制按钮51为各区域降雨器81的开关按钮(结合下文，手动控制按钮51可分别控制12个降雨器81的开关)，显示屏用于实时显示手动控制按钮51的闭合和模拟降雨信息。需要说明的是，控制模块40还可以包括供电箱53和远端可视化设备54，供电箱53包括动力电压55、第一变频器56和第二变频器57，第一变频器56与第一电机75连接，第二变频器57与第二电机84连接。远端可视化设备54包括显示器和操作系统(例如电脑)，显示器与操作系统相连接，操作系统与可编程控制器45相连，用于显示或设定实验控制的程序与算法。

需要说明的是，请结合图5和上文，智能增减雨模拟系统的一种运行流程包括：

步骤S1，感应模块感应降雨事件：翻斗式感应雨量筒11感应并生成降雨事件信号，其中翻斗式感应雨量筒11可被自然或人工模拟的降雨事件触发；

步骤S2，数据采集器采集信号并储存于数据储存器：数据采集器43采集翻斗式感应雨量筒11的降雨事件信号并储存于数据储存器44中；

步骤S3，可编程处理器经逻辑控制器将信号传递移动大棚使其移动至指定位置进行遮雨：可编程处理器经逻辑控制器47将降雨事件信号，经第一变频器56传递至移动大棚71的第一电机75，使移动大棚71移动至特定位置进行遮雨；

步骤S4，自然降雨结束后，可编程处理器经智能数据处理器将信号按设定程序转化后传递至降雨模拟系统：降雨事件结束后，智能数据处理器46将数据采集器43采集的降雨事件信号，按可编程处理器预先设定的程序算法转化后，传递至降雨模拟系统72的第二电机84；

步骤S5，降雨模拟系统接收信号并移动到设定的不同增减雨量的相应位置：降雨模拟系统72中的第二电机84接收可编程控制器45发出的程序信号，驱使降雨器81移动到可编程控制器45设定的不同增减雨量的相应位置；

步骤S6，供水设备和降雨器按可编程处理器信号逐一分区降雨：降雨模拟系统72中的电磁阀85，配合供水设备87中的水泵89和流量计91，按可编程控制器45设定的程序信号开始逐一分区降雨，若在分区模拟增减降雨的途中，风速传感器12检测到实际风速大于一定级数时，降雨器81停止降雨，待风速小于设定级数时再进行降雨，直至降雨事件结束。

为清楚解释上述提供的智能增减雨模拟系统的流程，参见图6，图6为智能增减雨模拟系统实际运行示意图，下文配合图6进行说明：

智能增减雨模拟系统设置于中国科学院沙坡头野外站的某一处。移动大棚71高度为7m、长度为23m、跨距为20m，移动大棚71的顶部覆盖10mm厚双层有机玻璃板78(PC板)，透光率最高可达89％，降雨模拟系统72包括12个独立的降雨器81组成(结合下文可知，一个降雨器81对应一个实验小区)，距离地面高度4m，每个降雨器81的降雨面积为7m²并呈圆形。

设定区域包含36个实验小区，将该36个实验小区划分为五个区域，命名为A、B、C、D和E，每个实验小区中种植两株灌木。

基于沙坡头的自然降雨事件进行模拟增减雨事件，其中A区域的降雨量为自然降雨量(即不增雨也不减雨)，B区域的降雨量为A区降雨量的1.5倍，C区域的降雨量设定为A区降雨量的0.1倍，D区域的降雨量为A区域降雨量的2倍；E区域的降雨量为A区降雨量的0.5倍。观察到沙坡头某次自然降雨事件，其降雨量为10mm，即各区的降雨量为A：10mm、B：15mm、C：1mm、D：20mm、E：5mm。

当翻斗式感应雨量筒11感应到降水后，将降雨事件信号传输到数据采集器43，数据采集器43采集降雨事件信号并储存于数据储存器44中，控制模块40中的可编程处理器，经逻辑控制器47将降雨事件信号经第一变频器56传递至移动大棚71的第一电机75，使移动大棚71自动移动到C和E区的正上方，遮挡该区的自然降水。

待自然降雨结束后，智能数据处理器46将数据采集器43采集的降雨事件信号经过可编程处理器内预先设定的程序算法转化后，传递至移动大棚71和降雨模拟系统72，移动大棚71继续向前移动到B和D区上方，而降雨模拟系统72接收信号并移动至B和D区的正上方，由于自然降雨期间B和D区未遮挡，因此根据设定，B和D区的降雨量应该在自然降雨的基础上再分别增加降雨5和10mm，若风速风向传感器当前检测的风速小于六级(10.8m/s)时，则B和D上方的降雨器81开始降雨，当降雨量达到5mm时，B区正上方的4个降雨器81停止降雨，D区的8个降雨器81直到降雨量达到10mm时结束；紧接着降雨模拟系统72向后移动至C和E区的正上方，由于自然降雨期间C和E区进行了遮挡，因此根据设定，C和E区应该分别降雨1和5mm，同理，的降雨模拟系统72进行降雨，当降雨量达到1mm时，C区正上方的4个降雨器81停止降雨，D区的8个降雨器81继续降雨直到降雨量达到5mm时结束。最后，移动大棚71和降雨模拟系统72向后移动至初始位置，至此模拟降雨事件全部完成，增雨区域和减雨区域分别得到了不同的降雨量，达到了本实验的目的。

需要说明的是，本公开还提供一种智能增减雨模拟系统的标定方法，以测试智能增减雨模拟系统的准确和可靠度。

标定方法包括以下步骤：

模拟降雨量梯度设定，设定多组模拟降雨量数值，多组模拟降雨量数值呈梯度变化；

实际降雨量测定，在降雨模拟系统72下方布置多个计量容器，基于多个计量容器收集的水体积计算出实际降雨量；

感应雨量和降雨精确度标定，基于每组模拟降雨量数值，重复N次模拟多组人工降雨事件，触发感应模块10，以使得降雨模拟系统72向多个计量容器进行模拟降雨，分别获得N组实际降雨量，感应雨量和降雨精确度的合格标准以N组实际降雨量与模拟降雨量数值的差异均小于1％为准；

降雨均匀度标定，基于每组模拟降雨量数值，重复N次模拟多组人工降雨事件，触发感应模块10，以使得降雨模拟系统72向多个计量容器进行模拟降雨，分别获得N组实际降雨量，降雨均匀度的合格标准以N组实际降雨量的变异系数小于1％为准。

下文将对智能增减雨模拟系统的标定方法进行说明，智能增减雨模拟系统的标定方法可基于上文提供的智能增减雨模拟系统的运行流程，配合图5理解：

在模拟降雨量梯度设定步骤中，模拟降雨量数值设定为0.5、1、2、5、10、15、20、35和50mm，其中，0.5和1mm定义为微雨，2、5和10mm定义为小雨，15和20mm定义为中雨，35和50mm定义为大雨。

在实际降雨量测定步骤中，计量容器为已知内径的不锈钢杯子，其个数为13个。

在感应雨量和降雨精确度标定步骤中：

人为地在翻斗式感应雨量筒11中加入0.5、1、2、5、10、15、20、35和50mm的水作为触发降雨量，分别触发降雨器81，每次加入的触发降雨量后，增减雨模拟系统将自动的完成上文提供的S2、S3、S4、S5和S6步骤，13个已知内径的不锈钢杯子收集降雨器81的降雨，每次降雨完成后及时地称量不锈钢杯子中收集的水的重量(g)，并将其通过水的密度(1g/cm³)转化为体积(cm³)，再通过不锈钢杯子的内径面积(cm²)将其转化为降雨量(mm)，每组模拟降雨量数值重复13次，求其降雨量均值，以箱线图呈现平均降雨量间的离散程度，并在箱线图中绘制的测试合格的标准上下限，即实际降雨量不大于或不小于触发降雨量的1％，也就是以1％的触发降雨量为上下限，观察并检验箱线图是否全部落在上下限之内，如果是，则表示该触发降雨量下的降雨量能够达到的智能增减雨模拟系统的降雨精度要求。如图7所示，图7为本实施例中感应雨量和降雨精确度标定结果的箱式图。基于上文提供的智能增减雨模拟系统，实际进行的标定方法而获得数据：两根虚线表示测试合格的标准上下限，即触发降雨量的1％，在0.5mm的触发降雨量的箱式图中，还包括两根虚线，其位于外侧，为触发降雨量的2％的上下限。0.5mm的触发降雨量下大多数实际降雨均在其2％之内，而1、2和5mm的触发降雨量下90％的实际降雨量在其要求的标准(±1％的触发降雨量)之内，其基本符合精度要求，而其他触发降雨量(10、15、20、35和50mm)下其实际降雨量均处于1％的触发降雨量的上下限之内，即满足所要求的降雨精度；因此，本系统的精确度除了微雨0.5mm之外，其他触发降雨量均达到了要求，能够在野外条件下或者人工模拟降雨中推广使用。

在降雨均匀度标定步骤中：

人为地在翻斗式感应雨量筒11中加入0.5、1、2、5、10、15、20、35和50mm的水作为触发降雨量，分别触发降雨器81，每次加入的触发降雨量后，增减雨模拟系统将自动的完成的S2、S3、S4、S5和S6步骤，每次降雨完成后，及时地称量不锈钢杯子中收集雨水的重量(g)，然后根据将水的密度(1g/cm³)和不锈钢杯子的内径面积(cm²)将其转化为降雨量(mm)，再计算13个实际降雨量的变异系数(标准差/均值*100％)，每个触发降雨量重复13次，最后求其变异系数的均值，观察并检验其变异系数是否小于1％。

如图8所示，图8为本实施例中均匀度标定结果的柱状图，需要说明的是，在图8中，横坐标显示的“触发雨量(mm)”即触发降雨量(mm)。基于上文提供的智能增减雨模拟系统，实际进行的标定方法而获得数据：虚线表示变异系数为1％的界线，0.5和1mm的触发降雨量的变异系数较大，而触发降雨量越大(20、35和50mm)其变异系数越小，表明触发降雨量越大，其实际降雨量的均匀度越好；此外，所有触发降雨量下的实际降雨量的变异系数均小于1％，即表明其降雨均匀度达到降雨器81运行的要求，能够在野外条件下或者人工模拟降雨中推广使用。

以上仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种智能增减雨模拟系统，其特征在于，包括：

感应模块，包括降雨感应器，所述降雨感应器用于感应降雨事件，并生成降雨事件信号；

控制模块，与所述感应模块连接，所述控制模块用于接收并处理所述降雨事件信号；以及

硬件模块，包括移动大棚以及降雨模拟系统，所述降雨模拟系统设于所述移动大棚内；

所述控制模块与所述移动大棚连接，并根据所述降雨事件信号控制所述移动大棚在设定区域内移动，以为所述移动大棚遮挡的区域遮挡自然降雨；

所述控制模块与所述降雨模拟系统连接，并根据所述降雨事件信号控制所述降雨模拟系统对所述设定区域进行模拟降雨。

2.根据权利要求1所述的智能增减雨模拟系统，其特征在于，

所述移动大棚包括大棚本体、第一轨道以及第一驱动部；

所述第一轨道基于所述设定区域设置，所述大棚本体可移动地设置于所述第一轨道，所述降雨模拟系统设于所述大棚本体；

所述第一驱动部与所述控制模块连接，并在所述控制模块的控制下驱使所述大棚本体移动。

3.根据权利要求2所述的智能增减雨模拟系统，其特征在于，

所述大棚本体包括大棚骨架、第一滑轮以及有机玻璃板；

所述大棚骨架支撑所述有机玻璃板，所述第一滑轮设于所述大棚骨架并与所述第一轨道滑动配合；

所述第一驱动部包括第一电机，所述第一电机设于所述第一滑轮，用于驱使所述第一滑轮沿所述第一轨道移动。

4.根据权利要求2所述的智能增减雨模拟系统，其特征在于，

所述移动大棚还包括大棚限位器；

所述第一轨道的两端均设有大棚限位器，用于限制所述大棚本体的移动行程。

5.根据权利要求1所述的智能增减雨模拟系统，其特征在于，

所述降雨模拟系统包括支撑骨架、降雨器、第二轨道以及第二驱动部；

所述第二轨道与所述移动大棚连接；

所述支撑骨架配置有第二滑轮，所述第二滑轮与所述第二轨道活动配合；

所述第二驱动部与所述控制模块连接，并在所述控制模块的控制下驱使所述支撑骨架沿所述第二轨道移动；

所述降雨器设于所述支撑骨架，降雨器包括电磁阀和降雨喷头，所述电磁阀连接所述降雨喷头并连接水源，所述电磁阀与所述控制模块连接并在所述控制模块的控制下所述降雨喷头开合。

6.根据权利要求1所述的智能增减雨模拟系统，其特征在于，

所述降雨感应器包括翻斗式感应雨量筒。

7.根据权利要求1所述的智能增减雨模拟系统，其特征在于，

所述感应模块还包括风速传感器，用于检测风速，并生成风速信号；

所述控制模块用于接收并处理所述风速信号，并基于所述风速信号控制所述降雨模拟系统。

8.根据权利要求1-7任一项所述的智能增减雨模拟系统，其特征在于，

所述控制模块包括移动控制箱和增减雨控制箱；

所述移动控制箱包括数据采集器、数据储存器以及可编程控制器，所述数据采集器与所述感应模块连接，所述可编程控制器与所述数据储存器相连，所述可编程控制器与所述移动大棚连接，用于控制所述移动大棚移动；

所述增减雨控制箱包括智能数据处理器和逻辑控制器，所述智能数据处理器与所述可编程控制器相连，所述逻辑控制器与所述智能数据处理器相连，所述逻辑控制器用于控制所述降雨模拟系统。

9.一种智能增减雨模拟系统的标定方法，其特征在于，基于权利要求1-8任一项所述智能增减雨模拟系统；

所述标定方法包括以下步骤：

模拟降雨量梯度设定，设定多组模拟降雨量数值，所述多组模拟降雨量数值呈梯度变化；

实际降雨量测定，在所述降雨模拟系统下方布置多个计量容器，基于所述多个计量容器收集的水体积计算出实际降雨量；

感应雨量和降雨精确度标定，基于每组模拟降雨量数值，重复N次模拟多组人工降雨事件，触发感应模块，以使得所述降雨模拟系统向所述多个计量容器进行模拟降雨，分别获得N组实际降雨量，感应雨量和降雨精确度的合格标准以N组所述实际降雨量与所述模拟降雨量数值的差异均小于1％为准。

10.根据权利要求9所述的智能增减雨模拟系统的标定方法，其特征在于，

所述标定方法还包括以下步骤：

降雨均匀度标定，基于每组模拟降雨量数值，重复N次模拟多组人工降雨事件，触发感应模块，以使得所述降雨模拟系统向所述多个计量容器进行模拟降雨，分别获得N组实际降雨量，降雨均匀度的合格标准以N组所述实际降雨量的变异系数小于1％为准。

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