为什么我们需要一个算法来校正降雨强度?
通过德克·贝克|更新:03/05/2021 |评论:0
在本文中，我将解释在测量降雨量时如何出现错误，讨论一种校正方法，并演示如何使用算法来设计高质量的翻斗式雨量器。
介绍
液体降水(雨)是机械和电子测量中最简单的一种，也是最难做好、准确和有代表性的测量之一。降雨量有两种量化方法:数量(或累积)和强度。降雨量以英寸或毫米为单位表示深度，以每小时的降雨量表示强度。降雨强度是造成降雨量测量误差最大的因素之一。
最常用的雨量计通常被称为倾卸桶。它有一个倾倒装置，位于一个漏斗的下方，当它充满一个校准体积的水时，可以来回地倾倒。
不出所料，在水流失和测量变得越来越不准确之前，跷跷板来回翻转的速度是有限制的。换句话说，降雨量测量的准确性取决于降雨的速率或强度。
一般来说，液体降水的另一个重要误差来源是风，有时会造成高达20%的损失。RainVUE™系列降水测量仪独特的沙漏形状是专门为减轻风对集水区的影响而设计的，有证据表明它是有效的。
在坎贝尔科学公司，我们开发了一种强度校正算法，并将其集成到RainVUE™系列智能降雨传感器中。在本文的其余部分中，我将描述开发和测试该算法所采用的方法。
这个过程
大多数倾卸桶雨量计都是非常简单的电子测量装置——每一个倾卸桶都会导致一个开关关闭，这些开关关闭的次数由数据记录器进行统计。这意味着强度有两个方面:
- 我们需要做的不仅仅是数小费。
- 雨量计需要添加一些东西来进行额外的测量(例如，计时)和计算。
所有这些都可以放入由数据记录器运行的程序中。但是，为了简单易用，我们在仪表中添加了一个模块来进行计算并通过SDI-12将数据传递给记录器，因此用户无需创建或维护复杂的程序。该模块还可以作为数据的备份，并继续运行一段时间的内部电池，如果通信和电力从数据记录器丢失。
推荐给你:欲了解更多信息，请观看RainVUE 20个视频． |
一种校正强度的方法是首先计算强度(每小时的量)。然后，从强度计算一个量的修正。通过测量两个尖端之间的时间(TBT)，并将其作为每个尖端的降雨量预报器，我们选择了一个更直接的路径来纠正积累或强度的数量。从TBT和数量上，通过简单的单位换算计算出强度。
数据收集和模型开发
我们使用每个RainVUE™模型的10个新的倾倒桶来收集数据。每个桶以12到16个固定的模拟降雨量(取决于模型和强度校正的目标范围)进行3次重复。通过将测量到的去离子水通过高精度喷嘴运行，就可以简单地模拟降雨。
- 对于大于100毫米/小时的速率，每个桶中都有足够的水，每次重复总共有1000个针尖。
- 对于较低的速率，每次复制至少使用330个提示。
(使用我们的测试装置，我们可以同时运行四个桶，但是对于每个rainue™模型，仅数据收集就需要大约1000个小时或更多!)
用已知的容积量和精确测量的针尖数和TBT使用CR6数据记录仪我们拥有开发修正模型所需的所有数据。利用回归分析比较了几种模型的拟合情况。示例函数模型形式包括幂律和指数衰减等。准确性是通过交叉验证和收集新数据来相互竞争模型来测试的。
下图显示了一个原始数据示例以及我们考虑的一个候选模型(例如幂律、指数衰减等):
结论
总的来说，这个项目是一个有趣的挑战，我希望本文提供一些对开发过程的深入了解，并演示用于创建最佳算法的强大方法，以增加高质量的倾卸桶式雨量器的价值。
如果你对算法有任何问题，请在下面发帖。
*引用
https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/2017WR020549
https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2017WR022421
关于作者
Dirk V. Baker博士是Campbell Scientific, Inc.环境组的应用研究科学家。万博matex网页登录感兴趣的领域包括生态学、农业和气象学等。他在科罗拉多州立大学(Colorado State University)获得了野生动物生物学学士学位和杂草科学博士学位。德克的研究生和博士后研究主要围绕测量和建模风力驱动的植物传播。
评论
请登录或注册置评。