Кіріспе: Жауын-шашын туралы дәл деректердің маңызды рөлі
Жауын-шашынның дәл деректері қазіргі заманғы қоршаған ортаны басқару мен қоғамдық қауіпсіздіктің негізі болып табылады. Бұл ақпарат су тасқыны туралы уақтылы ескертулер беруден және ауыл шаруашылығын суаруды жоспарлаудан бастап, қалалық дренаж жүйелерін жоспарлау мен пайдалануға дейін көптеген маңызды қолданбалар үшін негіз болып табылады. Бұл деректерді жинау үшін қолданылатын құралдардың ішінде Tipping Bucket Rain Gauge (TBRG) жаһандық гидрометеорологиялық бақылау желілерінде ең кең қолданылатын құралдардың бірі болып табылады.
Оның танымалдығы қарапайым жұмыс принципіне, сандық шығысты жасаудың қарапайымдылығына және тұрақты жұмысына, әсіресе жоғары қарқынды жаңбыр кезіндегі жағдайға байланысты. Дегенмен, дәстүрлі конструкциялардың деректер сапасына нұқсан келтіруі мүмкін дәлдікке қатысты өзіндік қиындықтары бар. Бұл мақалада тексерілетін салалық стандарттарға негізделген жаңа деңгейдегі дәлдікті қамтамасыз ету үшін озық алгоритмдер мен практикалық дизайн мүмкіндіктерін пайдалана отырып, осы қиындықтарды жеңетін заманауи TBRG ғылымы қарастырылады.
1. Аударылатын шелектің мәнін түсіну: классикалық механизм
Төменгі шелек жаңбыр өлшегішінің негізгі жұмыс принципі үздіксіз физикалық процесті дискретті, саналымды оқиғаларға айналдырудың тамаша мысалы болып табылады. Процесс айқын тізбекпен дамиды:
1.Жинақ:Жаңбыр суы стандартты аулау тесігі арқылы жиналады, оның маңызды өлшемі деректерді салыстыруды қамтамасыз ету үшін диаметрі көбінесе 300 мм-ге стандартталған. Содан кейін су жапырақтар мен қоқысты кетіретін сүзгі торы арқылы воронкаға бағытталады.
2.Өлшеу:Воронкадан су екі теңдестірілген, симметриялы шелек камераларының біріне құяды. Бұл негізгі компонент - төмен үйкеліс осі бойынша айналуға арналған «механикалық бистабильді» құрылым.
3.«Кеңес»:Камерада алдын ала анықталған су көлемі жиналған кезде — жалпы салалық стандарттарға сәйкес, жауын-шашын тереңдігі 0,1 мм-ге сәйкес келетін көлемде — пайда болған гравитациялық момент шелек механизмінің тепе-теңдігін жоғалтып, аударылып кетуіне әкеледі.
4.Сигнал генерациясы:Шелек аударылып жатқанда, кішкентай магнит қамыс қосқышының жанынан өтіп, оның ішкі түйіспелерінің жабылуына және бір электрлік импульстің пайда болуына әкеледі. Бұл әрекет камераны толық босатады, сонымен бірге бос камераны воронканың астына орналастырып, келесі жинау циклін бастайды. Жетілдірілген конструкцияларда магнит шелектен арнайы «санау тербелісі механизміне» бөлінген, бұл магниттік күштердің шелектің аударылу моментіне кедергі келтіруіне жол бермейтін ақылды функция.
Дәстүрлі жүйеде әрбір электрлік импульс жауын-шашынның белгіленген мөлшерін білдіреді. Сондықтан жауын-шашынның жалпы мөлшері белгілі бір кезеңдегі импульс санын санау арқылы есептеледі.
2. Дәлдік сынағы: ішкі қателіктерді анықтау
Принцип қарапайым болғанымен, бірнеше физикалық факторлар нақты өмір жағдайларында өлшеу қателіктерін тудырады, бұл дәстүрлі өлшеуіштердің заманауи қолданбалар үшін қажетті жоғары дәлдікке жетуіне кедергі келтіреді.
«Динамикалық жоғалту» мәселесі
Өлшеу қателігінің негізгі себебі, әсіресе жоғары қарқынды жауын-шашын кезінде, «динамикалық жоғалту» деп аталатын құбылыс. Бұл қысқа сәтте, әдетте секундтың бір бөлігінде жоғалатын жаңбыр суын білдіреді - шелек механизмі қозғалыста болады, бір жағынан екінші жағына қарай ауытқиды. Бұл ауысу кезінде воронкадан ағып жатқан су екі камераға да түспейді және өлшеуден жоғалады. Бұл жоғалту жауын-шашынның қарқындылығына тікелей пропорционалды; жаңбыр неғұрлым көп болса, шелек ұштары соғұрлым тезірек түседі және ұштар арасында су соғұрлым көп жоғалады. Бұл әсер қатты дауыл кезіндегі нақты жауын-шашыннан 5%-дан 10%-ға дейін төмен өлшеулерге әкелуі мүмкін.
Басқа негізгі қателік көздері
Динамикалық жоғалтудан басқа, өлшеу белгісіздігіне бірнеше басқа факторлар ықпал етеді:
•Адгезия және булану:Аздап жаңбыр жауған кезде немесе оқиғаның басында су воронка мен шелектердің беттеріне жабысып қалады. Құрғақ немесе ыстық жағдайларда бұл ылғал өлшенбес бұрын буланып кетуі мүмкін, бұл іздік жауын-шашын мөлшерінің аз көрсетілуіне әкеледі.
•Шашырату қатесі:Жоғары жылдамдықты жаңбыр тамшылары коллектордың жиегіне соғылып, шашырауы мүмкін, ал басқалары воронканың ішкі жағына соғылып, басқа шелекке қайта шашырауы мүмкін, бұл теріс және оң қателіктерге әкелуі мүмкін.
•Механикалық тепе-теңдік және сигналды ажырату:Егер құрал мінсіз тегіс орнатылмаса, әрбір шелектің аударылу моменті тең болмайды, бұл жүйелі қателік тудырады. Сонымен қатар, қамыс қосқышының механикалық жанасуы бір ұштан бірнеше жалған сигналдар тудырып, «секіріп» кетуі мүмкін. Тиімсіз электронды серпілісті ажырату логикасы қатты жаңбыр кезінде жарамды ұштарды жіберіп алуы немесе бір ұштарды бірнеше рет санауы мүмкін.
Дәлдікті анықтау: салалық эталондар
Сенімді құрал болып саналу үшін жаңбыр өлшегіш қатаң жұмыс критерийлеріне сәйкес келуі керек. Қытайдағы HJ/T 175—2005 сияқты салалық стандарттар «жоғары дәлдік» үшін сандық негізді қамтамасыз етеді. Динамикалық жоғалтудан 5%-дан 10%-ға дейінгі қателік бұл стандарттар әлдеқайда жоғары дәлдікті талап еткен кезде айтарлықтай ауытқу болып табылады. Негізгі эталондарға мыналар жатады:
| Параметр | Техникалық талап |
| Жауын-шашынды бақылауды бастау | ≤ 0,5 мм |
| Өлшеу қателігі (жалпы жауын-шашын мөлшері ≤ 10 мм үшін) | ± 0,4 мм |
| Өлшеу қателігі (жалпы жауын-шашын мөлшері > 10 мм үшін) | ± 4% |
| Ең төменгі ажыратымдылық | 0,1 мм |
Ақылды түзету механизмінсіз дәстүрлі TBRG үшін осы стандарттарға, әсіресе қатты жаңбыр кезінде ±4% төзімділікке сәйкес келу мүмкін емес.
3. Ақылды шешім: Жетілдірілген алгоритмдермен дәлдікке қол жеткізу
Дәлдік мәселесінің заманауи шешімі күрделі механикалық жөндеуден емес, қолданыстағы берік дизайнмен жұмыс істейтін интеллектуалды бағдарламалық жасақтамадан табылады. Бұл тәсіл дәлелденген механикалық жүйеге сандық интеллект қабатын қосу арқылы ішкі қателіктерді түзетеді.
«Санаудан» «Сипаттамаға» дейін: Шелектің күші ұзақтығы
Негізгі инновация құралдың әрбір ұшты қалай өңдейтінінде жатыр. Жүйенің ішкі жоғары жиілікті сағаты импульстарды санаудың орнына әрбір қатарынан ұш арасындағы уақыт аралығын дәл өлшейді. Бұл аралық «шелек ұзақтығы» деп аталады.
Бұл өлшеу қуатты жаңа айнымалыны ұсынады. Шелек ұзақтығы мен жаңбыр қарқындылығы арасында кері байланыс бар: қысқа мерзім көп жауын-шашынды білдіреді, ал ұзақ мерзімділік аз жаңбырды білдіреді. Борттық микропроцессор бұл шелек ұзақтығын сызықтық емес динамикалық компенсация моделіне негізгі кіріс ретінде пайдаланады, ол ұшына түсетін нақты жауын-шашын мөлшері мен ұш ұзақтығы арасындағы байланысты анықтайды. Бұл байланыс түзету функциясымен көрсетілген
J = 0, құрылғыға жауын-шашынның дәл мөлшерін динамикалық түрде есептеуге мүмкіндік бередіәрбір жеке кеңесҚысқа мерзімді (жоғары қарқынды) ұшақтар үшін алгоритм жауын-шашынның сәл үлкенірек мәнін есептейді, динамикалық шығын әсерінен жоғалуы мүмкін суды тиімді түрде қосады.Бұл бағдарламалық жасақтамаға негізделген тәсіл «циклдік түзету, біртіндеп идеалды күйге жақындау» қағидатын жүзеге асырады. Бұл салмақтарға немесе бұрандаларға жалықтыратын механикалық түзетулер енгізудің орнына бағдарламалық жасақтама параметрлерін реттеу арқылы құралдың калибрлеуін дәл реттеуге және далалық жағдайда жаңартуға мүмкіндік береді. Бұл ұзақ мерзімді техникалық қызмет көрсетуді айтарлықтай жеңілдететін және тұрақты дәлдікті қамтамасыз ететін тиімділіктің айтарлықтай артуы.
4. Далалық мақсатта жасалған: практикалық ерекшеліктері мен қолданылуы
Ішкі технологиядан басқа, заманауи жаңбыр өлшегіш күрделі далалық жағдайларда сенімділік пен пайдалануды қамтамасыз ету үшін практикалық мүмкіндіктермен жасалған.
Ұзақ мерзімді сенімділікті қамтамасыз ету: ұя салуға қарсы артықшылық
1-сурет: Жаңбыр жинайтын воронка ұя салуға қарсы шыбықтармен жабдықталған, бұл бітелулердің алдын алу және далалық жағдайда деректердің ұзақ мерзімді тұтастығын қамтамасыз ету үшін маңызды функция.
Коллектордың көрнекті ерекшелігі - оның жиегінің айналасында орналасқан өткір тікенектер жиынтығы. Бұл құстардың өлшеуіш воронканың ішіне қонуына және ұя салуына жол бермейтін қарапайым және өте тиімді қорғаныс құралы. Құс ұясы далалық ақаулардың негізгі себебі болып табылады, себебі ол воронканы толығымен жауып, деректердің толық жоғалуына әкелуі мүмкін. Бұл ұя салуға қарсы функция мұндай бұғаттаулардың алдын алады, деректердің қолжетімділігін тікелей жақсартады, деректердің тұтастығын қамтамасыз етеді және техникалық қызмет көрсету үшін қымбат сайттарға баруды азайтады.
Дәлдік маңызды жерде: негізгі қолдану сценарийлері
Бұл озық өлшеуіштер беретін жоғары дәлдіктегі деректер көптеген салаларда өте маңызды:
•Метеорология және гидрология:Су айналымын бақылау, ауа райын болжау және климаттық заңдылықтарды ғылыми зерттеу үшін дәл деректерді ұсынады.
•Су тасқыны туралы ескерту және алдын алу:Ерте ескерту жүйелері үшін маңызды сенімді, нақты уақыт режиміндегі жауын-шашын қарқындылығы туралы деректерді ұсынады, өмір мен мүлікті қорғауға көмектеседі.
•Ауыл шаруашылығын басқару:Нақты жауын-шашынға негізделген дәл суару кестесін жасауға мүмкіндік береді, бұл су ресурстарын үнемдеуге және дақылдардың өнімділігін арттыруға көмектеседі.
•Қалалық су шаруашылығы:Қалалық су тасқынының алдын алу үшін қалалық дренаж желілері мен нөсер суларын басқару жүйелерін тиімді жобалауды және нақты уақыт режимінде басқаруды қолдайды.
Салыстырмалы контекст: теңгерімді шешім
Заманауи, алгоритммен түзетілген TBRG жауын-шашынды өлшеу технологияларының арасында ерекше және құнды орын алады. Басқа құралдар болғанымен, олардың әрқайсысында маңызды ымыраға келу мүмкіндігі бар:
•Салмақ өлшегіштері:Ең жоғары шикі дәлдікті ұсынады және қар сияқты қатты жауын-шашынды өлшей алады. Дегенмен, олар механикалық тұрғыдан күрделі, жел тудыратын тербелістерге өте сезімтал және өте жоғары құны бар, бұл оларды кең ауқымды желіні орналастыру үшін тиімсіз етеді.
•Сифон өлшегіштері:Жауын-шашынның үздіксіз есебін қамтамасыз етеді, бірақ механикалық ақауларға бейім, жиі техникалық қызмет көрсетуді қажет етеді және жылдам сифондау процесінде «көрінбейтін аймаққа» ие.
•Оптикалық өлшеуіштер:Қозғалмалы бөлшектері жоқ және жылдам жауап беру уақытын ұсынады, бірақ олардың дәлдігі жарықтың шашырауын жауын-шашын жылдамдығына түрлендіру үшін статистикалық модельдерге байланысты және тұман немесе линзаның ластануынан бұзылуы мүмкін.
Ақылды TBRG қымбат өлшеуіштердің көмегімен, әсіресе сұйық тұнбаға түсіру үшін дәлдік алшақтығын тиімді түрде жояды, сонымен қатар түпнұсқа дизайнды кең таралған ететін беріктік, төмен қуат тұтыну және үнемділік қасиеттерін сақтайды.
5. Қорытынды: Екі әлемнің де ең жақсысы
Заманауи жоғары дәлдіктегі еңкейтетін шелек жаңбыр өлшегіші дәстүрлі механикалық дизайнның дәлелденген беріктігі мен қарапайымдылығын интеллектуалды, бағдарламалық жасақтамамен басқарылатын түзету жүйесінің жоғары дәлдігімен сәтті үйлестіреді. Әрбір еңкейткішті тек санаудың орнына, оның ұзақтығына қарай сипаттау арқылы ол ескі модельдерге әсер ететін динамикалық жоғалтуды жеңеді, бұл оған жауын-шашын қарқындылығының барлық спектрі бойынша қатаң салалық дәлдік стандарттарына сәйкес келуге мүмкіндік береді.
Ол дәлдік пен практикалық арасындағы оңтайлы тепе-теңдікті сақтайды. Салмақ өлшегіштері бақыланатын ортада жоғары дәлдікті ұсына алса, алгоритммен түзетілген TBRG ірі көлемді желілер үшін әлдеқайда жоғары тұрақтылық пен шығындарды үнемдеумен салыстыруға болатын өнімділікті қамтамасыз етеді. Ұзақ мерзімді далалық орналастыруға арналған практикалық мүмкіндіктермен үйлесімде, ол сенімді, жоғары сапалы жауын-шашын деректерін қажет ететін кез келген маман үшін берік, дәл және аз күтімді қажет ететін шешім болып табылады.
Серверлердің толық жиынтығы және бағдарламалық жасақтама сымсыз модулі, RS485 GPRS /4g/WIFI/LORA/LORAWAN қолдайды
Жаңбыр өлшегіші туралы көбірек ақпарат алу үшін ақпарат,
Honde Technology Co., LTD компаниясына хабарласыңыз.
Email: info@hondetech.com
Компания веб-сайты:www.hondetechco.com
Тел: +86-15210548582
Жарияланған уақыты: 2025 жылғы 31 желтоқсан