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【摘 要】降水量之所以作为水文的基本要素，因为它与人民的生产生活关系极为密切。在人类活动的诸多方面都需掌握的降水这项基本要素。 研究降水规律，监测其在时空上的分布，为水文气象预报和水文科学研究提供科学依据。以便合理利用水资源，实现人与水环境的和谐相处。本文应用JDZ05(02)-1型翻斗式雨量传感器的雨量数据与传统自记雨量计数据进行误差分析，其误差在允许范围内，效果较好。
【关键词】翻斗式雨量传感器；降水量；营口
Tipping bucket rain sensor applications and error analysis
Guo Xiang-dong
(Hydrology and Water Resources Survey Bureau, Liaoning Province, Yingkou Branch Yingkou Liaoning 115003)
【Abstract】The reason why precipitation as basic elements of hydrology, as it and the people's production and living very close relationship. In many aspects of human activity are required to master Precipitation of the basic elements. Of precipitation patterns, to monitor its distribution in space and time for the hydro-meteorological forecasts and hydrological research to provide a scientific basis. To co- Reasonable use of water resources, achieving harmony with the water environment. In this paper, JDZ05 (02) -1 type of tipping bucket rain sensor rainfall data with the traditional self-recording rain Meter data for error analysis, the error is within the allowable range is better.
【Key words】Tipping bucket rain sensor;Precipitation;Yingkou
1. 概述
降水是地表水和地下水的来源，它与人民的生活、生产、建设的关系极为密切。因而在人类活动的许多方面需要掌握降水资料，研究降水规律。如农业生产、抗旱防汛等工作要经常了解降水情况，并通过降水资料分析旱涝规律；在水利、国防、交通、城市、工矿等各项建设中，需要降水资料作为推算径流和设计洪水的依据；在水文气象预报和水文分析研究工作中也都需要降水资料。降水量资料作为水文资料的重要组成部分，虹吸式日记型自记雨量器（以下简称自记雨量器）其整编成果用于水文分析计算。
JDZ05-1型翻斗式雨量传感器（以下简称雨量传感器）是水利部南京水利水文自动化研究所生产的降雨量测量仪器。当给雨量传感器配上雨量固态存储器后，降雨资料的收集几乎可以无人工干预；配合无线通信设备后，预报员便可以在预报中心机房了解每次降雨的全部过程。下面通过对营口地区的六个站一年的雨量遥测值进行对比分析，以总结验证该仪器在野外作业的效果。
2. 对比观测
2.1 虹吸式自记雨量计与翻斗式雨量计结构对比。
虹吸式自记雨量计，主要由承雨器、浮子室、虹吸管、自记钟、记录笔、外壳等组成。分辨力一般为 0.1mm。传感器降水强度测量范围在 0～4mm/min。当降水量累计达 10mm 时，雨量计要虹吸排水一次，虹吸时间不大于 14s。仪器走时精度：机械钟 5min/d，石英晶体钟 1min/d采用图形记录，自记笔尖在自记纸上划线应流利，不刮纸，其划线宽度不超过 0.3 mm，记录图形应完整、清晰。记录笔的调零微调机构应方便、可靠、复零位误差不超过仪器分辨力的二分之一。图形记录值与数字显示值之差应小于等于 1 个仪器分辨力。
翻斗式雨量计的主要结构，利用翻斗称重原理对液态降水量进
行连续测量。通过翻斗翻转，输出接点通断信号，远传至显示记录器，数字显示降水量，同步图型记录或雨量数据固态存贮。分辨力为 0.1、0.2、0.5、1.0mm，并分为单翻斗和双翻斗型。传感器部分由承雨器、翻斗、发讯部件、底座、外壳等组成。降水量观测仪器的分辨力一般可分为0.1mm、0.2mm、0.5mm 、1.0mm 四种，按不同地区不同采集目的，依据 1.0.5 条选用。传感器降水强度测量范围在 0～ 4mm/min，并应注明仪器允许通过的最大降水强度。传感器的测量准确度用计量误差来表示，其计算式如下：
E (%）= ［(Pi－Ps）/PS ］*100
式中：E——计量误差（%）；
Pi——仪器记录降水量（mm）；
Ps——仪器排出水量（mm）。
当降雨强度在 0.01mm/min～4.00mm/min 范围内变化时，采用
人工注水滴定检测的计量误差应在土 4％之间。降水量观测仪器的测量控制部分应保证准确采集传感器输出的物理量信号，其采集数据误差应在 3‰以内。
2.2 资料的选用与要求。
选用沙河站、望宝山站、营口站、黄土岭站、矿洞沟站、熊岳站等10个站的2008汛期(5～9月)的资料。要求遥测日报表显示值（遥测值）和水文资料整编数据比较，以水文资料整编的数据为基准来计算误差。
2.3 误差计算。
参照SL21-90《降水量观测规范》中关于测量精度的要求，以虹吸式自记雨量计观测数值作为真值，遥测值作为仪器记录水量，用相对误差来评价日雨量资料的合格率，对较大的降水用相对误差表示，即：
δ=Wr-WdWd×100
式中：δ-相对误差； Wr－遥测值；Wd－报讯值。│δ│≤4%为合格。对较小的降水，以绝对误差表示，仪器的分辨率不同，对其量测精度要求亦不一样。
按照《水文自动测报系统规范》、《降水量观测规范》规定：降水量对比分析精度标准：雨量计分辨率为0.1、0.2mm，当自身排水量≤10.0mm时允许误差不超过±0.4mm，当自身排水量>10.0mm时允许误差为±4%；雨量计分辨率为0.5mm，当自身排水量≤12.5mm时允许误差不超过±0.5mm，当自身排水量>12.5mm时允许误差为±4%；雨量计分辨率为1.0mm，当自身排水量≤25.0mm时允许误差不超过±1.0mm，当自身排水量>25.0mm时允许误差为±4%。本文选用的遥测降水资料的分辨率均为0.5mm，当降水量超过0.5 mm时，遥测记录一次，遥测存储数据误差、人工报汛数据误差、遥测接收与存储数据误差均是与水文资料整编的降水量资料比较后所计算而得的，本文选用10个站的雨量资料进行比较，其比较结果见表1、表2 。
2.4 误差分析。
通过对遥测存储数据与资料整编数据、人工报汛数据与资料整编数据、分中心遥测接收数据（11机器遥测实时数据库）与遥测存储数据三套数据的对比分析，得出结果如下：
遥测存储数据与整编数据对比分析（日）合格率为47.6～94.3%，人工观测数据与整编数据对比分析（日）合格率为91.4～100%，遥测接收与遥测存储数据对比分析（日）合格率为92.7～100%。
遥测存储数据与整编数据对比分析（旬）合格率为33.3～93.3%，人工观测数据与整编数据对比分析（旬）合格率为86.7～100%，遥测接收与遥测存储数据对比分析（旬）合格率为86.7～100%。
遥测存储数据与整编数据对比分析（月）合格率为20～100%，人工观测数据与整编数据对比分析（月）合格率为100%，遥测接收与遥测存储数据对比分析（月）合格率为60～100%。
其中周家水库、望宝山站数据对比结果较差。
选取较大几次降雨过程进行场次降雨量对比分析，遥测存储数据与整编数据对比分析（场次）合格率为0～100%，人工观测数据与整编数据对比分析（场次）合格率为100%。遥测接收与遥测存储数据对比分析（场次）合格率为80～100%。
其中：周家水库场次降雨对比全部不合格。
通过分析可以看出，人工报汛与资料整编比、遥测接收与遥测存储比的误差合格率精度较高。而遥测存储与资料整编比的误差合格率相偏低，其中：周家水库及望宝山站的误差较大。尤其是周家水库不合格的特别多。
3. 存在问题、原因
3.1 人工观测时间与遥测设备时间不同步。人工观测时，容易出现观测时间提前或滞后的现象，造成遥测数据同人工数据的差别。
3.2 个别站数据误差超标次数较多，可能由于遥测设备运转不灵敏有关，可对该站的设备进行对比校正。
3.3 水库站对比分析结果较差，与水库数据资料和报汛观测有一定关系。遥测数据与人工报讯数据有一定偏差。
3.4 当降水量较少时，遥测数据由于雨量计观测精度的原因数据偏少。
3.5 随着使用年限增加设备出现故障逐渐增多，主板、模块等主要部件逐渐出现损坏现象。需要加大维修维护工作。
4. 工作建议
4.1 做好遥测系统检查与维护，应经常检查遥测雨量计，清理承雨口和翻斗内的杂质，保持承雨口和翻斗的清洁，确保不堵塞，翻斗准确。同时告知分中心，以便处理清洗雨量计产生的数据。
4.2 对遥测设备进行校准与调试，查找误差来源。
4.3 加强报汛管理，规范操作流程，削减造成误差的因素，提高数据质量。
［文章编号］1006-7619（2011）07-18-750
注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文
【关键词】翻斗式雨量传感器；降水量；营口
Tipping bucket rain sensor applications and error analysis
Guo Xiang-dong
(Hydrology and Water Resources Survey Bureau, Liaoning Province, Yingkou Branch Yingkou Liaoning 115003)
【Abstract】The reason why precipitation as basic elements of hydrology, as it and the people's production and living very close relationship. In many aspects of human activity are required to master Precipitation of the basic elements. Of precipitation patterns, to monitor its distribution in space and time for the hydro-meteorological forecasts and hydrological research to provide a scientific basis. To co- Reasonable use of water resources, achieving harmony with the water environment. In this paper, JDZ05 (02) -1 type of tipping bucket rain sensor rainfall data with the traditional self-recording rain Meter data for error analysis, the error is within the allowable range is better.
【Key words】Tipping bucket rain sensor;Precipitation;Yingkou
1. 概述
降水是地表水和地下水的来源，它与人民的生活、生产、建设的关系极为密切。因而在人类活动的许多方面需要掌握降水资料，研究降水规律。如农业生产、抗旱防汛等工作要经常了解降水情况，并通过降水资料分析旱涝规律；在水利、国防、交通、城市、工矿等各项建设中，需要降水资料作为推算径流和设计洪水的依据；在水文气象预报和水文分析研究工作中也都需要降水资料。降水量资料作为水文资料的重要组成部分，虹吸式日记型自记雨量器（以下简称自记雨量器）其整编成果用于水文分析计算。
JDZ05-1型翻斗式雨量传感器（以下简称雨量传感器）是水利部南京水利水文自动化研究所生产的降雨量测量仪器。当给雨量传感器配上雨量固态存储器后，降雨资料的收集几乎可以无人工干预；配合无线通信设备后，预报员便可以在预报中心机房了解每次降雨的全部过程。下面通过对营口地区的六个站一年的雨量遥测值进行对比分析，以总结验证该仪器在野外作业的效果。
2. 对比观测
2.1 虹吸式自记雨量计与翻斗式雨量计结构对比。
虹吸式自记雨量计，主要由承雨器、浮子室、虹吸管、自记钟、记录笔、外壳等组成。分辨力一般为 0.1mm。传感器降水强度测量范围在 0～4mm/min。当降水量累计达 10mm 时，雨量计要虹吸排水一次，虹吸时间不大于 14s。仪器走时精度：机械钟 5min/d，石英晶体钟 1min/d采用图形记录，自记笔尖在自记纸上划线应流利，不刮纸，其划线宽度不超过 0.3 mm，记录图形应完整、清晰。记录笔的调零微调机构应方便、可靠、复零位误差不超过仪器分辨力的二分之一。图形记录值与数字显示值之差应小于等于 1 个仪器分辨力。
翻斗式雨量计的主要结构，利用翻斗称重原理对液态降水量进
行连续测量。通过翻斗翻转，输出接点通断信号，远传至显示记录器，数字显示降水量，同步图型记录或雨量数据固态存贮。分辨力为 0.1、0.2、0.5、1.0mm，并分为单翻斗和双翻斗型。传感器部分由承雨器、翻斗、发讯部件、底座、外壳等组成。降水量观测仪器的分辨力一般可分为0.1mm、0.2mm、0.5mm 、1.0mm 四种，按不同地区不同采集目的，依据 1.0.5 条选用。传感器降水强度测量范围在 0～ 4mm/min，并应注明仪器允许通过的最大降水强度。传感器的测量准确度用计量误差来表示，其计算式如下：
E (%）= ［(Pi－Ps）/PS ］*100
式中：E——计量误差（%）；
Pi——仪器记录降水量（mm）；
Ps——仪器排出水量（mm）。
当降雨强度在 0.01mm/min～4.00mm/min 范围内变化时，采用
人工注水滴定检测的计量误差应在土 4％之间。降水量观测仪器的测量控制部分应保证准确采集传感器输出的物理量信号，其采集数据误差应在 3‰以内。
2.2 资料的选用与要求。
选用沙河站、望宝山站、营口站、黄土岭站、矿洞沟站、熊岳站等10个站的2008汛期(5～9月)的资料。要求遥测日报表显示值（遥测值）和水文资料整编数据比较，以水文资料整编的数据为基准来计算误差。
2.3 误差计算。
参照SL21-90《降水量观测规范》中关于测量精度的要求，以虹吸式自记雨量计观测数值作为真值，遥测值作为仪器记录水量，用相对误差来评价日雨量资料的合格率，对较大的降水用相对误差表示，即：
δ=Wr-WdWd×100
式中：δ-相对误差； Wr－遥测值；Wd－报讯值。│δ│≤4%为合格。对较小的降水，以绝对误差表示，仪器的分辨率不同，对其量测精度要求亦不一样。
按照《水文自动测报系统规范》、《降水量观测规范》规定：降水量对比分析精度标准：雨量计分辨率为0.1、0.2mm，当自身排水量≤10.0mm时允许误差不超过±0.4mm，当自身排水量>10.0mm时允许误差为±4%；雨量计分辨率为0.5mm，当自身排水量≤12.5mm时允许误差不超过±0.5mm，当自身排水量>12.5mm时允许误差为±4%；雨量计分辨率为1.0mm，当自身排水量≤25.0mm时允许误差不超过±1.0mm，当自身排水量>25.0mm时允许误差为±4%。本文选用的遥测降水资料的分辨率均为0.5mm，当降水量超过0.5 mm时，遥测记录一次，遥测存储数据误差、人工报汛数据误差、遥测接收与存储数据误差均是与水文资料整编的降水量资料比较后所计算而得的，本文选用10个站的雨量资料进行比较，其比较结果见表1、表2 。
2.4 误差分析。
通过对遥测存储数据与资料整编数据、人工报汛数据与资料整编数据、分中心遥测接收数据（11机器遥测实时数据库）与遥测存储数据三套数据的对比分析，得出结果如下：
遥测存储数据与整编数据对比分析（日）合格率为47.6～94.3%，人工观测数据与整编数据对比分析（日）合格率为91.4～100%，遥测接收与遥测存储数据对比分析（日）合格率为92.7～100%。
遥测存储数据与整编数据对比分析（旬）合格率为33.3～93.3%，人工观测数据与整编数据对比分析（旬）合格率为86.7～100%，遥测接收与遥测存储数据对比分析（旬）合格率为86.7～100%。
遥测存储数据与整编数据对比分析（月）合格率为20～100%，人工观测数据与整编数据对比分析（月）合格率为100%，遥测接收与遥测存储数据对比分析（月）合格率为60～100%。
其中周家水库、望宝山站数据对比结果较差。
选取较大几次降雨过程进行场次降雨量对比分析，遥测存储数据与整编数据对比分析（场次）合格率为0～100%，人工观测数据与整编数据对比分析（场次）合格率为100%。遥测接收与遥测存储数据对比分析（场次）合格率为80～100%。
其中：周家水库场次降雨对比全部不合格。
通过分析可以看出，人工报汛与资料整编比、遥测接收与遥测存储比的误差合格率精度较高。而遥测存储与资料整编比的误差合格率相偏低，其中：周家水库及望宝山站的误差较大。尤其是周家水库不合格的特别多。
3. 存在问题、原因
3.1 人工观测时间与遥测设备时间不同步。人工观测时，容易出现观测时间提前或滞后的现象，造成遥测数据同人工数据的差别。
3.2 个别站数据误差超标次数较多，可能由于遥测设备运转不灵敏有关，可对该站的设备进行对比校正。
3.3 水库站对比分析结果较差，与水库数据资料和报汛观测有一定关系。遥测数据与人工报讯数据有一定偏差。
3.4 当降水量较少时，遥测数据由于雨量计观测精度的原因数据偏少。
3.5 随着使用年限增加设备出现故障逐渐增多，主板、模块等主要部件逐渐出现损坏现象。需要加大维修维护工作。
4. 工作建议
4.1 做好遥测系统检查与维护，应经常检查遥测雨量计，清理承雨口和翻斗内的杂质，保持承雨口和翻斗的清洁，确保不堵塞，翻斗准确。同时告知分中心，以便处理清洗雨量计产生的数据。
4.2 对遥测设备进行校准与调试，查找误差来源。
4.3 加强报汛管理，规范操作流程，削减造成误差的因素，提高数据质量。
［文章编号］1006-7619（2011）07-18-750
注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文