基于斗数和斗时长的精确降雨数据的获得方法技术

本发明专利技术提出一种基于斗数和斗时长的精确降雨数据的获得方法，其特征在于，基于翻斗式雨量传感器，包括以下步骤：步骤S1：在试验环境可确定的总降雨量下，提供多次不同强度的降雨试验，对所述翻斗式雨量传感器进行测试，并根据测试结果构建斗数‑斗时长函数；并根据斗数‑斗时长函数，以及雨强恒定时成立的关系式，获得即时雨量函数。本发明专利技术颠覆了现有通过翻斗式雨量传感器获得降雨量数据的方法，且做到了在精度越高的情况下，误差越小的打破常规的效果，在不对常规的翻斗式雨量传感器的主体构件进行改动的情况下，引入了对翻斗两次翻转的时间间隔的采集，结合翻斗式雨量传感器的特征属性，构建了一套全新的获得精确降雨量的解决方案。

【技术实现步骤摘要】
基于斗数和斗时长的精确降雨数据的获得方法
本专利技术涉及气象数据采集领域，尤其涉及一种基于斗数和斗时长的精确降雨数据的获得方法。
技术介绍
降水数据作为一项重要的气象数据指标，具有广泛的应用和必要的意义。当前，降水数据一般以统计一段时期内的总降雨量为主，主要通过雨量传感器(雨量计)等装置实现实时降水数据的采集并上传至气象监控终端进行汇总和统计。当前的主流雨量传感器为翻斗式雨量传感器。翻斗式雨量传感器是一种水文、气象仪器，用以测量自然界降雨量，同时将降雨量转换为以开关量形式表示的数字信息量输出，以满足信息传输、处理、记录和显示等的需要。传统的翻斗式雨量传感器一般只能做到±4％的误差，对于气象的历史记录、数据分析越来越不能满足要求。对于现有的翻斗式雨量传感器而言，基本均为通过预设的精度(与会导致翻斗翻转的水量正相关)以及翻斗翻转触发的干簧管的开关次数(开关量)来获得最终的总降雨量。如果该种计算方式存在误差，则都是通过误差修正的方式来进行调整，使最终输出的开关量能够尽可能接近理想开关量从而减小误差。然而，随着当前对降雨数据精度越来越高的要求之下，几乎所有的采用的误差校正方案并不一定能够很妥善地消除误差的影响，甚至可能引入新的误差，如双翻斗的雨量传感器虽然能够消除动态损失(由于降雨是连续的过程，在一侧翻斗在承接雨水达到翻斗力矩阈值开始翻转，至另一侧翻斗开始承接雨水的过程中，有一部分雨水因为没有被翻斗承接从而未纳入翻斗式雨量传感器的计量范围所造成的会导致误差的损失)，但引入了新的随机误差，又或是因加工精度所限，在成本和技术能力的范围内无法实现误差的消除，再或是修正误差的操作过程繁琐，费时费力。
技术实现思路
为了解决现有技术存在的缺陷和不足的问题，本专利技术采用全新的问题分析和方案设计思路，在不对翻斗式雨量传感器的主体构件进行改动的情况下，具体采用以下技术方案：一种基于斗数和斗时长的精确降雨数据的获得方法，其特征在于：基于翻斗式雨量传感器，包括以下步骤：步骤S1：在试验环境可确定的总降雨量H0下，提供多次不同强度的降雨试验，对所述翻斗式雨量传感器进行测试，并根据测试结果构建斗数-斗时长函数：E(t,y)＝0；其中，斗数y为翻斗翻转总次数；斗时长t为翻斗两次翻转的间隔时间，单位为s；并根据斗数-斗时长函数，以及雨强恒定时成立的关系式：获得即时雨量函数：J(h,t)＝0；其中，h为即时雨量，单位为mm；总降雨量H0的单位为mm。优选地，在步骤S1中，对所述翻斗式雨量传感器进行测试，并根据测试结果构建斗数-斗时长函数的具体方法为：在试验环境可确定的总降雨量H0下，提供多次不同恒定雨强的降雨试验，测出每次降雨过程中翻斗式雨量传感器的斗数y值，以及对应的y个斗时长t值：t1，t2，t3，……，ty；并建立t和y的映射对应关系。优选地，在步骤S1中，对所述翻斗式雨量传感器进行测试，并根据测试结果构建斗数-斗时长函数的具体方法为：在试验环境可确定的总降雨量H0下，提供多次不同恒定雨强的降雨试验，对所述翻斗式雨量传感器进行测试，根据测试结果通过拟合的方式获得待定斗数-斗时长函数：所述待定斗数-斗时长函数包括n个(n≥2)拟合参数，所述拟合参数的值通过以下方法获得：在试验环境可确定的总降雨量H0下，提供n次不同恒定雨强的降雨试验，对所述翻斗式雨量传感器进行测试，测出每次降雨过程中翻斗式雨量传感器的斗数y值，以及对应的y个斗时长t值：t1，t2，t3，……，ty；将获得的y值和t值的结果带入所述待定斗数-斗时长函数，由此确定n个拟合参数的值。优选地，步骤S1的具体步骤为：步骤S11：根据在试验环境可确定的总降雨量H0下多次不同强度的降雨试验，对所述翻斗式雨量传感器进行测试获得的多组试验值数据的拟合或根据翻斗式雨量传感器建立的数学模型构建待定斗数-斗时长函数：所述待定斗数-斗时长函数在y>0，t>0的区间内可表示成如下形式：所述待定斗数-斗时长函数包括n个(n≥2)拟合参数；步骤S12：在试验环境可确定的总降雨量H0下，设定n次不同强度的降雨试验，对所述翻斗式雨量传感器进行测试，在每次降雨试验中，测出y值，以及对应的y个斗时长t值；获得n组试验值；步骤S13：将n组试验值带入待定斗数-斗时长函数，计算获得n个拟合参数，并依此确定即时雨量函数：J(h,t)＝0；步骤S14：基于确定的即时雨量函数，采用与步骤S12相同的试验条件对所述翻斗式雨量传感器进行测试，根据测得的即时雨量h和翻斗式雨量传感器的精度ε获得翻斗式雨量传感器输出的开关量z，在每次降雨试验中，测出对应的开关量z的值，获得n个开关量z；步骤S15：将n个开关量z值与理想开关量D进行比较运算，获得n个修正值，其中：ε为翻斗式雨量传感器的精度，如果某一z值落在理想开关量D所确定的误差范围内，则对应的修正值为0；当所有的修正值为0时，则结束构建；只要有一个修正值不为零，则继续执行步骤S16；步骤S16：采用n个所述修正值分别对n组试验值中的y值进行修正，获得修正后的n组试验值；步骤S17：将所述修正后的n组试验值带入待定斗数-斗时长函数，计算获得n个拟合参数，并依此重新确定斗数-斗时长函数：E(t,y)＝0以及即时雨量函数：J(h,t)＝0；并回到步骤S14。优选地，还包括：步骤S2：在降雨持续期间内，根据所述即时雨量函数和斗时长t的值，获得即时雨量h；步骤S3：根据总雨量统计期间内的所有即时雨量h的值，获得总降雨量H。优选地，所述翻斗式雨量传感器包括：承水器、设置在所述承水器下方的漏斗、设置在所述漏斗下方的翻斗、由所述翻斗驱动的磁钢、以及包括干簧管的计数电路模块；所述斗时长t为干簧管产生的相邻两个开关脉冲之间的时间间隔。优选地，所述计数电路模块带有时钟电路；所述斗时长t通过干簧管相邻两次被触发的时间间隔获得，并通过设置在所述计数电路模块中的时钟电路提供的时钟信号计算准确值。优选地，在步骤S3中，所述总降雨量H通过计算监控终端接收到翻斗式雨量传感器输出的开关量的个数获得，所述开关量通过即时雨量h和翻斗式雨量传感器的精度ε获得；所述开关量通过即时雨量h的累加值与翻斗式雨量传感器的精度ε相除获得或通过即时雨量h与翻斗式雨量传感器的精度ε相除后进行累加获得。优选地，在步骤S2中：所述干簧管每次开闭产生的电子信号均实时传输至监控终端，斗时长t的值在监控终端计算获得。优选地，在步骤S1之后，根据即时雨量函数和的关系式，获得等效雨强函数：G(u,t)＝0；其中，斗时长t的等效雨强u的单位为mm/min。本专利技术及其优选方案颠覆了现有通过翻斗式雨量传感器获得降雨量数据的方法，且做到了在精度越高的情况下，误差越小的打破常规的效果，在不对常规的翻斗式雨量传感器的主体构件进行改动的情况下，引入了对翻斗两次翻转的时间间隔的采集，结合翻斗式雨量传感器的特征属性，构建了一套全新的获得精确降雨量的解决方案。该种方法完全超脱了现有技术中对翻斗式雨量传感器的误差分析和消除的方法论。本专利技术优选方案构建过程当中，对试验测试的条件要求低，在无需控制精确而恒定的雨强且无需知晓精确雨强值的情况下也能够完成对计算模型的精确构建，具备良好的普适性。同时，本专利技术提供的方案还给出了无需对现有常规设备进行改动，或无需对本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于斗数和斗时长的精确降雨数据的获得方法，其特征在于：基于翻斗式雨量传感器，包括以下步骤：步骤S1：在试验环境可确定的总降雨量H0下，提供多次不同强度的降雨试验，对所述翻斗式雨量传感器进行测试，并根据测试结果构建斗数‑斗时长函数：E(t,y)＝0；其中，斗数y为翻斗翻转总次数；斗时长t为翻斗两次翻转的间隔时间，单位为s；并根据斗数‑斗时长函数，以及雨强恒定时成立的关系式：

【技术特征摘要】
1.一种基于斗数和斗时长的精确降雨数据的获得方法，其特征在于：基于翻斗式雨量传感器，包括以下步骤：步骤S1：在试验环境可确定的总降雨量H0下，提供多次不同强度的降雨试验，对所述翻斗式雨量传感器进行测试，并根据测试结果构建斗数-斗时长函数：E(t,y)＝0；其中，斗数y为翻斗翻转总次数；斗时长t为翻斗两次翻转的间隔时间，单位为s；并根据斗数-斗时长函数，以及雨强恒定时成立的关系式：获得即时雨量函数：J(h,t)＝0；其中，h为即时雨量，单位为mm；总降雨量H0的单位为mm。2.根据权利要求1所述的基于斗数和斗时长的精确降雨数据的获得方法，其特征在于，在步骤S1中，对所述翻斗式雨量传感器进行测试，并根据测试结果构建斗数-斗时长函数的具体方法为：在试验环境可确定的总降雨量H0下，提供多次不同恒定雨强的降雨试验，测出每次降雨过程中翻斗式雨量传感器的斗数y值，以及对应的y个斗时长t值：t1，t2，t3，……，ty；并建立t和y的映射对应关系。3.根据权利要求1所述的基于斗数和斗时长的精确降雨数据的获得方法，其特征在于：在步骤S1中，对所述翻斗式雨量传感器进行测试，并根据测试结果构建斗数-斗时长函数的具体方法为：在试验环境可确定的总降雨量H0下，提供多次不同恒定雨强的降雨试验，对所述翻斗式雨量传感器进行测试，根据测试结果通过拟合的方式获得待定斗数-斗时长函数：所述待定斗数-斗时长函数包括n个(n≥2)拟合参数，所述拟合参数的值通过以下方法获得：在试验环境可确定的总降雨量H0下，提供n次不同恒定雨强的降雨试验，对所述翻斗式雨量传感器进行测试，测出每次降雨过程中翻斗式雨量传感器的斗数y值，以及对应的y个斗时长t值：t1，t2，t3，……，ty；将获得的y值和t值的结果带入所述待定斗数-斗时长函数，由此确定n个拟合参数的值。4.根据权利要求1所述的基于斗数和斗时长的精确降雨数据的获得方法，其特征在于，步骤S1的具体步骤为：步骤S11：根据在试验环境可确定的总降雨量H0下多次不同强度的降雨试验，对所述翻斗式雨量传感器进行测试获得的多组试验值数据的拟合或根据翻斗式雨量传感器建立的数学模型构建待定斗数-斗时长函数：所述待定斗数-斗时长函数在y>0，t>0的区间内可表示成如下形式：所述待定斗数-斗时长函数包括n个(n≥2)拟合参数；步骤S12：在试验环境可确定的总降雨量H0下，设定n次不同强度的降雨试验，对所述翻斗式雨量传感器进行测试，在每次降雨试验中，测出y值，以及对应的y个斗时长t值；获得n组试验值；步骤S13：将n组试验值带入待定斗数-斗时长函数，计算获得n个拟合参数，并依此确定即时雨量函数：J(h,t)＝0；步骤S...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶滋杰，陈建树，
申请(专利权)人：福州小草科技有限公司，
类型：发明
国别省市：福建,35