ｃ ｉ ｌ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｏ ｆ ｆ ａ ｌ ｌ ｉ ｎ ｇ ｒ ａ ｉ ｎ ｄ ｒ ｏ ｐ ｓ—Ａ ｒ ｅ ｖ ｉ ｅ ｗ． Ａｔ ｍｏ ｓ ｐ ｈ ｅ ｒ ｉ ｃ Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ．
２ ０ １ ０， ９ ７ （ ４ ） ： ４ １ ６—４ ２ ５ ．
Ｖｏ １ ． ３ ５ Ｎｏ ． ２ Ｍａ ｒ ． ２ ０１ ７
文章编号 ： １ ０ ０ ８—１ ４ ０ ２ （ ２ ０ １ ７） ０ ２—０ ２ ８ ３— ０ ２
翻 斗 式 光 学 雨 量 计 的设 计①
蔡 彦， 单 嵛琼 ， 李孝攀 ， 罗玉辉 ， 刘
（ 昭通学院物理与 电子信息工程学院 。 云南 昭通 ６ ５ ７ ０ ０ ０）
杰
摘 要 ： 对 气象站 台在 用的 降雨 量监 测仪存 在 的 问题 进行 了分析 ， 针对 问题提 出了一 种监 测设 备 改进 方案 ， 将性 能较 好 的机械 式翻 斗 雨量 计 与 光 学 Ｃ Ｃ Ｄ 图像 采 集技 术相 结合 ， 将 监 测 点 与通 信基 站进 行共 建 共享 ， 实现 降 雨量 与雨 滴谱 信 息 的远程 实时在 线 自动 监 测 ， 改进 后 的监 测仪从 构
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｔ ｈ ｉ ｓ ｐ ａ ｐ ｅ ｒ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｚ ｅ ｓ ｔ ｈ ｅ ｐ ｒ ｏ ｂ ｌ ｅ ｍｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｒ ａ ｉ ｎ ｆ ａ ｌ ｌ ｍｏ ｎ ｉ ｔ ｏ ｒ ｕ ｓ ｅ ｄ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｗ ｅ ａ ｔ ｈ ｅ ｒ ．ａ ｎ ｄ ｐ ｕ ｔ ｓ ｆ ｏ ｒ ｗａ ｒ ｄ
第３ ５卷 第 ２期
２ ０ １ ７ 年 ０ ３月
佳 木 斯 大 学 学 报 （自 然 科 学 版 ）
Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｊ ｉ ａ ｍｕ ｓ ｉ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ（ Ｎ ａ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ Ｅ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ）
２ ０ １ ７年
通 信 基 站 的场 地 、 电源 、 光端机、 光纤 等 资 源 ， 节 省 大量的重复投资建设 ， 更快的实现降雨信息 的实时
在线 自动监测 、 控制与传输。
３ 结 论
改 进 后 的翻 斗 式雨 量 计 避 免 了现 有 仪 器存 在 的不 足 ， 可 以实 现从 毛毛 雨 到 大 暴 雨 的精 确 监 测 ，
２ 雨 量 计 的改 进 方 法
针 对现 有仪 器或研 究 方法存 在 的这 些 问题 ， 需 要对 现 有雨 量计 进 行 改 进 。结 合 机 械 式 雨 量计 与
光学雨量计的优点和缺点， 逐渐探索出一种 同时使 用 力学 原理 和 光学原 理 ， 将机 械式 雨量计 中表现 较 好 的 翻斗式 雨 量 计 、 与光学雨量计 中的 Ｃ Ｃ Ｄ 图像 采集法相结合的翻斗式光学雨量计 。 这种 仪 器 避 免 了光 学 雨 量计 在 中雨 以上 的不 足、 也 弥补 了机 械式 雨量 计在 监测 小雨 以下 时 的劣 势 。该 设计 中的主要 仪 器部件 有 三角底 座 、 雨量 外 筒、 承 水器 、 激 光 器 及 其 固定 装 置 、 Ｃ Ｃ Ｄ及 其 固定 装置 、 引水 漏斗 、 翻斗 、 水平泡、 排 水漏 斗等 ， 改 进设 计 后 的仪 器装 置如 图 １ 所示。 为 了减少 土地 资源 的浪 费 ， 充分 实现 资源 共建 共享 ， 气象降雨观测站与通信运营商的通信基站可 以进 行共 建房 屋 ， 共享 土地 资源 。通 信基 站分 布广 泛， 站点 多 ， 城 区平 均布 点 间隔 ８ ０ ０米 ， 乡镇 平 均布 点 间隔 ３千米 ， 区位优 势 明显 。降雨 观测 站 的数量 目 前远少于通信基站的数量 ， 布点选择空间很大。 如上 图所 示 ， 降雨 雨 滴 首 先 通 过 Ｃ Ｃ Ｄ 图像 采 集 系统 ， 由Ｃ Ｃ Ｄ监 测系 统获 得雨 滴 直径 、 落 雨 速度 等雨滴谱 电信 号。雨滴继续 往下落 ， 落人承水器 中， 经过 过滤 网进 入 引水漏 斗 ， 然后 流人 翻斗 中 ， 由 翻斗雨量计获得单位面积 内的降雨量电信号 。 将获得的图像信号和降雨量信号传人光端机 ， 由光端机将电信号转换为光信号 ， 通过光纤传输至 远程控制台， 在远程端将光信号用光端机解调为电 信号 输 入计算 机 系统 ， 从 而 实 现 远 程监 测 降雨 量 。 与通 信基 站共 享 的最 大好 处就 在于 ， 可 以直 接共享
传 统 的机械 式雨 量计 基 于力学 原理 ， 在 测量 中
附着等 ， 可做 到数据的高速输 出， 对于小雨、 毛 毛 雨、 降雪、 冻雨 、 冰雹 的监测具有较高 的准确度 ， 且 可 以测定体现雨滴谱特征的参数即雨滴的直径、 构 成分布和降落尾速度等 。但其利用激光穿过雨滴 时 所产 生 的散射 光 或 透 射光 的频 率 和 相 位来 计 算
①
收稿 １ ３期 ： ２ ０ １ ７— ０ １—１ ７ 基金项 目： 昭通学院科学研究课题 （ ２ ０ １ ６ ｘ ｊ ２ ７ ） 。
作者简介 ： 蔡 彦（ １ ９ ８ ７一） ， 男， 云南人 ， 硕士研究生 ， 研究方 向： 大学物理实验教学与科研 。
佳 木 斯 大 学 学 报 （ 自 然 科 学 版 ） 粒 子 的大小 和 速度信 息 ， 仍不 能规 避重 叠雨 滴 的复 杂散 射 问题 ， 误 判 的概 率 比较 大 ， 故 对 于 中雨 、 大 雨、 暴雨 、 大暴 雨 、 特 大暴 雨 的等方 面 的监 ｉ 贝 ４ 准确 度 大大 降低 。
２ ０ １ ３，１ ４ （ ３ ） ： ３ １ ５—３ ２ １ ．
［ ６ ］ 刘爱英．雨滴体积光学检 测方法 的研 究 ［ Ｄ］ ．昆明 ： 昆明理
工大学 ， ２ ０ １ ４ ．
［ ７ ］ 王青梅 ， 杨艳玲 ， 谢邦力． 利用雨的光闪烁效应测量 降水 强度
［ Ｊ ］ ．量 子电子 学， １ ９ ９ ４， （ ３ ）： １ ９ ８— ２ ０ ４ ． ［ ８ ］ ＭＩ Ｋ Ｌ Ｏ Ｓ Ｓ ，Ｓ Ｕ Ｂ Ｉ Ｒ Ｋ Ｍ， Ｋ Ａ ＲＯ Ｌ Ｉ ＮＥ Ｄ， ｅ ｔ ａ １ ． Ｓ ｈ ａ ｐ ｅ ｓ ａ ｎ ｄ Ｏ Ｓ －
［ ９ ］ 岑家生 ， 王青梅 ， 罗 晖． 降水粒子的成像探测技术及仪 器初探 ［ Ｊ ］ ．大气与环境光学 学报 ， ２ ０ １ １ ， ０ ６ （ ６ ） ： ４ １ ５—４ ２ ２ ． ［ １ Ｏ ］ 舒 大兴． Ｊ Ｓ Ｐ一１型 虹吸校 正 翻斗雨 量计 ［ Ｊ ］ ．中 国计量 ，
参考 文献 ：
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（ Ｃｏ ｌ ｌ ｅ ｇ ｅ ｏ ｆ Ｐ ｈ ｙ ｓ ｉ ｃ ｓ ａ ｎ ｄ Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｃ Ｉ ｎ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ，Ｚ ｈ ａ ｏ ｔ ｏ ｎ ｇ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ １ ，Ｚ ｈ ａ ｏ ｔ ｏ ｎ ｇ ６ ５ ７ ０ ０ ０， Ｃｈ ｉ ｎ ａ ）
２ ０ ０ ９， （ ９ ） ： ６ ３—６ ４ ．
Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｏ ｆ Ｔｉ ｐｐ ｉ ｎｇ Ｂｕ ｃ ｋｅ ｔ Ｏｐｔ ｉ ｃ ａ ｌ Ｒａ ｉ ｎ Ｇａ ｕｇ ｅ
Ｃ ＡＩ Ｙ ａ ｎ， Ｓ ＨＡＮ Ｙ ｕ—ｑ ｉ ｏ ｎ ｇ， Ｌ Ｉ Ｘｉ ａ ｏ－ｐａ ｎ， ＬＵＯ Ｙ ｕ—ｈ ｕ ｉ ， ｅ
可以适应不同类型的降雨 。与通信基站共建共享 ， 真 正实 现远 程在 线实 时监 测 ， 可 以满足快 速 布点 的 需求 ， 节约 了有 限 的 土地 资 源 ， 节 省 了投 资 和 重 复 建 设 。 改进 的实验 仪 器 结 构 简单 ， 操作容易 ， 直 达 主题 ， 制造 成本 不 高 ， 易 于改 进 ， 非 常适 合在 气象 监 测站 台予 以推广 。
［ ３ ］ 闰蓉 ， 安光辉 ， 祁 淑梅． Ｓ Ｌ ３一ｌ 型双 翻斗雨量 计常 见故 障以
及 台站维护 ［ Ｊ ］ ．青海农林科技 ， ２ ０ １ ４， （ ２ ） ： ８ ３— ８ ５ ． ［ ４ ］ 江志东 ， 高太长 ， 孙海洋． 线阵 Ｃ ＭＯ Ｓ图像 采集及编码传输 的 实现 ［ Ｊ ］ ．传感技术学报 ， ２ ０ １ １ ， ２ ４ （ ４ ）： ５ ５ ４—５ ５ ８ ． ［ ５ ］ 高太长 ， 苏小勇 ， 杨树 臣．基于线 阵 Ｃ Ｃ Ｄ的光学 降水 自动测 量 系统校准方法 ［ Ｊ ］ ．解放 军理工 大学学报 （自然科学 版 ） ，
璧 型
： 。 。。
图 １ 翻 斗 式 光 学 雨 量 计
近 年来 蓬勃 发 展 的 光学 雨 量计 基 于光 学原 理
测量 ， 采 用 非接触 式 测 量 ， 规 避 了机 械 接 触 式测 量 的一些 不足 之处 ， 如承 水 器 的蒸 发 、 输 水 管水 滴 的
１ 现有雨量计存在 的问题
雨、 大雨 、 暴雨 、 大 暴雨 、 特 大暴 雨 中具有 较 高 的 准 确度 ， 但 是 在小 雨 、 毛 毛雨 、 冻雨、 冰雹 、 降雪 等方 面
准确度大大降低 ， 且无法测定雨滴谱 。这类方法仪 器 构造 简单 ， 制造 费 用低 ， 但 人 工工 作量 大 ， 无法 自 动 在线 完成 测量 。
造上就避免 了现有仪器的不足 ， 有效提 高了降雨监测的广泛性、 节约 了有限的土地资源并减少了
投 资。
关键 词 ： 降雨量 ； 雨量 计 ； 通信基 站 ； 翻 斗式９ 文献 标识 码 ： Ａ