Berlatarbelakangkan perubahan iklim global yang dipergiatkan, pemantauan kerpasan yang tepat telah menjadi semakin penting untuk kawalan banjir dan bantuan kemarau, pengurusan sumber air dan penyelidikan meteorologi. Peralatan pemantauan hujan, sebagai alat asas untuk mengumpul data kerpasan, telah berkembang daripada tolok hujan mekanikal tradisional kepada sistem penderia pintar yang mengintegrasikan Internet Perkara dan teknologi kecerdasan buatan. Artikel ini akan memperkenalkan secara menyeluruh ciri teknikal dan pelbagai senario aplikasi tolok hujan dan penderia hujan, dan menganalisis status aplikasi semasa teknologi pemantauan gas global. Perhatian khusus akan diberikan kepada trend pembangunan dalam bidang pemantauan gas di negara-negara seperti China dan Amerika Syarikat, mempersembahkan kemajuan terkini dan trend masa depan teknologi pemantauan kerpasan kepada pembaca.
Evolusi teknologi dan ciri teras peralatan pemantauan hujan
Kerpasan, sebagai penghubung utama dalam kitaran air, ukuran yang tepat adalah sangat penting untuk ramalan meteorologi, penyelidikan hidrologi dan amaran awal bencana. Peralatan pemantauan hujan, selepas satu abad pembangunan, telah membentuk spektrum teknikal yang lengkap daripada peranti mekanikal tradisional kepada penderia pintar berteknologi tinggi, memenuhi keperluan pemantauan dalam senario yang berbeza. Peralatan pemantauan hujan arus perdana semasa terutamanya termasuk tolok hujan tradisional, tolok hujan baldi tipping dan penderia hujan piezoelektrik yang muncul, dsb. Setiap daripadanya mempunyai ciri tersendiri dan menunjukkan ciri yang jelas berbeza dari segi ketepatan, kebolehpercayaan dan persekitaran yang boleh digunakan.
Tolok hujan tradisional mewakili kaedah pengukuran kerpasan yang paling asas. Reka bentuknya ringkas tetapi berkesan. Tolok hujan standard biasanya diperbuat daripada keluli tahan karat, dengan diameter penahan air Ф200±0.6mm. Mereka boleh mengukur hujan dengan keamatan ≤4mm/min, dengan resolusi 0.2mm (bersamaan dengan 6.28ml isipadu air). Di bawah keadaan ujian statik dalaman, ketepatannya boleh mencapai ±4%. Peranti mekanikal ini tidak memerlukan bekalan kuasa luaran dan beroperasi berdasarkan prinsip fizikal tulen. Ia mempunyai kebolehpercayaan yang tinggi dan penyelenggaraan yang mudah. Reka bentuk tolok hujan juga agak teliti. Saluran keluar hujan diperbuat daripada kepingan keluli tahan karat melalui pengecapan dan lukisan keseluruhan, dengan tahap kelancaran yang tinggi, yang boleh mengurangkan ralat yang disebabkan oleh pengekalan air dengan berkesan. Set gelembung pelarasan mendatar di dalam membantu pengguna melaraskan peralatan kepada keadaan kerja terbaik. Walaupun tolok hujan tradisional mempunyai had dari segi automasi dan kebolehskalaan fungsi, kewibawaan data pengukuran mereka menjadikannya sebagai peralatan penanda aras untuk jabatan meteorologi dan hidrologi untuk menjalankan pemerhatian dan perbandingan perniagaan sehingga hari ini.
Sensor tolok hujan baldi tipping telah mencapai lonjakan dalam pengukuran automatik dan output data berdasarkan silinder tolok hujan tradisional. Penderia jenis ini menukar kerpasan kepada isyarat elektrik melalui mekanisme baldi tipping berganda yang direka dengan teliti – apabila salah satu baldi menerima air ke nilai yang telah ditetapkan (biasanya 0.1mm atau 0.2mm kerpasan), ia terbalik dengan sendirinya disebabkan graviti, dan pada masa yang sama menghasilkan isyarat nadi 710 melalui mekanisme keluli magnet dan suis buluh. Penderia tolok hujan FF-YL yang dihasilkan oleh Hebei Feimeng Electronic Technology Co., Ltd. ialah wakil biasa. Peranti ini menggunakan komponen baldi tipping yang dibentuk oleh pengacuan suntikan plastik kejuruteraan. Sistem sokongan dihasilkan dengan baik dan mempunyai momen rintangan geseran yang kecil. Oleh itu, ia sensitif kepada flipping dan mempunyai prestasi yang stabil. Sensor tolok hujan baldi tipping mempunyai kelinearan yang baik dan keupayaan anti-gangguan yang kuat. Selain itu, corong direka bentuk dengan lubang jejaring untuk menghalang daun dan serpihan lain daripada menghalang air hujan daripada mengalir ke bawah, yang meningkatkan kebolehpercayaan kerja dalam persekitaran luar. Tolok hujan baldi tipping siri TE525MM Syarikat Campbell Scientific di Amerika Syarikat telah meningkatkan ketepatan pengukuran setiap baldi kepada 0.1mm. Selain itu, pengaruh angin kencang pada ketepatan pengukuran boleh dikurangkan dengan memilih cermin depan, atau antara muka wayarles boleh dilengkapi untuk mencapai penghantaran data jauh 10.
Sensor tolok hujan piezoelektrik mewakili tahap tertinggi teknologi pemantauan hujan semasa. Ia membuang sepenuhnya bahagian mekanikal yang bergerak dan menggunakan filem piezoelektrik PVDF sebagai peranti pengesan hujan. Ia mengukur kerpasan dengan menganalisis isyarat tenaga kinetik yang dihasilkan oleh kesan titisan hujan. Penderia hujan piezoelektrik FT-Y1 yang dibangunkan oleh Shandong Fengtu Internet of Things Technology Co., Ltd. ialah produk tipikal teknologi ini. Ia menggunakan rangkaian neural AI terbenam untuk membezakan isyarat titisan hujan dan boleh mengelakkan pencetus palsu yang disebabkan oleh gangguan seperti pasir, habuk dan getaran secara berkesan 25. Penderia ini mempunyai banyak kelebihan revolusi: reka bentuk bersepadu tanpa komponen terdedah dan keupayaan untuk menapis isyarat gangguan alam sekitar; Julat ukuran adalah lebar (0-4mm/min), dan resolusi setinggi 0.01mm. Kekerapan pensampelan adalah pantas (<1 saat), dan ia boleh memantau tempoh hujan dengan tepat hingga saat. Dan ia menggunakan reka bentuk permukaan sentuhan berbentuk arka, tidak menyimpan air hujan, dan benar-benar mencapai tanpa penyelenggaraan. Julat suhu operasi penderia piezoelektrik adalah sangat luas (-40 hingga 85 ℃), dengan penggunaan kuasa hanya 0.12W. Komunikasi data dicapai melalui antara muka RS485 dan protokol MODBUS, menjadikannya sangat sesuai untuk membina rangkaian pemantauan pintar teragih.
Jadual: Perbandingan Prestasi Peralatan Pemantauan Hujan Arus Perdana
Jenis peralatan, prinsip kerja, kelebihan dan kekurangan, ketepatan tipikal, senario yang berkenaan
Tolok hujan tradisional secara langsung mengumpul air hujan untuk pengukuran, menampilkan struktur ringkas, kebolehpercayaan yang tinggi, tidak memerlukan bekalan kuasa dan bacaan manual, dan satu fungsi ±4% stesen rujukan meteorologi dan titik pemerhatian manual
Mekanisme baldi tipping baldi tolok hujan menukar hujan kepada isyarat elektrik untuk pengukuran automatik. Data mudah dihantar. Komponen mekanikal mungkin haus dan memerlukan penyelenggaraan yang kerap. ±3%(2mm/min intensiti hujan) stesen cuaca automatik, titik pemantauan hidrologi
Sensor tolok hujan piezoelektrik menjana isyarat elektrik daripada tenaga kinetik titisan hujan untuk analisis. Ia tidak mempunyai bahagian bergerak, resolusi tinggi, kos anti-gangguan yang agak tinggi, dan memerlukan algoritma pemprosesan isyarat ≤±4% untuk meteorologi trafik, stesen automatik di lapangan dan bandar pintar
Selain peralatan pemantauan tetap berasaskan darat, teknologi pengukuran kerpasan juga sedang berkembang ke arah pemantauan penderiaan jauh berasaskan angkasa dan udara. Radar hujan berasaskan tanah menyimpulkan keamatan kerpasan dengan memancarkan gelombang elektromagnet dan menganalisis gema awan dan zarah hujan yang bertaburan. Ia boleh mencapai pemantauan berterusan berskala besar, tetapi banyak dipengaruhi oleh oklusi rupa bumi dan bangunan bandar. Teknologi penderiaan jauh satelit "terlepas pandang" kerpasan Bumi dari angkasa. Antaranya, penderiaan jauh gelombang mikro pasif menggunakan gangguan zarah kerpasan pada sinaran latar belakang untuk penyongsangan, manakala penderiaan jauh gelombang mikro aktif (seperti radar DPR satelit GPM) secara langsung mengeluarkan isyarat dan menerima gema, dan mengira keamatan kerpasan 49 melalui hubungan ZR (Z=aR^b). Walaupun teknologi penderiaan jauh mempunyai liputan yang luas, ketepatannya masih bergantung pada penentukuran data tolok hujan tanah. Sebagai contoh, penilaian di Lembangan Sungai Laoha di China menunjukkan bahawa sisihan antara produk kerpasan satelit 3B42V6 dan cerapan tanah ialah 21%, manakala sisihan produk masa nyata 3B42RT adalah setinggi 81%.
Pemilihan peralatan pemantauan hujan perlu mempertimbangkan secara menyeluruh faktor-faktor seperti ketepatan pengukuran, kebolehsuaian alam sekitar, keperluan penyelenggaraan dan kos. Tolok hujan tradisional sesuai sebagai peralatan rujukan untuk pengesahan data. Tolok hujan baldi tipping mencapai keseimbangan antara kos dan prestasi dan merupakan konfigurasi standard dalam stesen cuaca automatik. Penderia piezoelektrik, dengan kebolehsuaian persekitaran yang luar biasa dan tahap pintarnya, secara beransur-ansur mengembangkan aplikasinya dalam bidang pemantauan khas. Dengan pembangunan Internet of Things dan teknologi kecerdasan buatan, rangkaian pemantauan bersepadu berbilang teknologi akan menjadi trend masa depan, mencapai sistem pemantauan kerpasan komprehensif yang menggabungkan titik dan permukaan serta menyepadukan udara dan tanah.
Mempelbagaikan senario aplikasi peralatan pemantauan hujan
Data kerpasan, sebagai parameter meteorologi dan hidrologi asas, telah meluaskan bidang aplikasinya daripada pemerhatian meteorologi tradisional kepada pelbagai aspek seperti kawalan banjir bandar, pengeluaran pertanian dan pengurusan trafik, membentuk corak aplikasi menyeluruh meliputi industri penting ekonomi negara. Dengan kemajuan teknologi pemantauan dan peningkatan keupayaan analisis data, peralatan pemantauan hujan memainkan peranan penting dalam lebih banyak senario, menyediakan asas saintifik bagi masyarakat manusia untuk menangani perubahan iklim dan cabaran sumber air.
Pemantauan meteorologi dan hidrologi dan amaran awal bencana
Pemantauan meteorologi dan hidrologi adalah bidang aplikasi peralatan hujan yang paling tradisional dan penting. Dalam rangkaian stesen cerapan meteorologi nasional, tolok hujan dan tolok hujan baldi tipping merupakan infrastruktur untuk pengumpulan data hujan. Data ini bukan sahaja parameter input penting untuk ramalan cuaca, tetapi juga data asas untuk penyelidikan iklim. Rangkaian tolok hujan skala MESO (MESONET) yang ditubuhkan di Mumbai telah menunjukkan nilai rangkaian pemantauan berketumpatan tinggi - dengan menganalisis data musim tengkujuh dari 2020 hingga 2022, penyelidik berjaya mengira bahawa purata kelajuan bergerak hujan lebat ialah 10.3-17.4 kilometer sejam, dan arahnya adalah antara 26025 darjah. Penemuan ini sangat penting untuk menambah baik model ramalan ribut hujan bandar. Di China, "Rancangan Lima Tahun untuk Pembangunan Hidrologi Ke-14" dengan jelas menyatakan bahawa adalah perlu untuk menambah baik rangkaian pemantauan hidrologi, meningkatkan ketumpatan dan ketepatan pemantauan kerpasan, dan menyediakan sokongan untuk kawalan banjir dan membuat keputusan bantuan kemarau.
Dalam sistem amaran awal banjir, data pemantauan hujan masa nyata memainkan peranan yang tidak boleh ditukar ganti. Penderia hujan digunakan secara meluas dalam sistem pemantauan dan pelaporan automatik hidrologi yang bertujuan untuk kawalan banjir, penghantaran bekalan air, dan pengurusan keadaan air stesen janakuasa dan takungan. Apabila intensiti hujan melebihi ambang pratetap, sistem secara automatik boleh mencetuskan amaran untuk mengingatkan kawasan hiliran supaya membuat persediaan untuk mengawal banjir. Contohnya, penderia hujan baldi tipping FF-YL mempunyai fungsi penggera hierarki hujan tiga tempoh. Ia boleh mengeluarkan tahap bunyi, cahaya dan penggera suara yang berbeza berdasarkan jumlah hujan terkumpul, sekali gus membeli masa yang berharga untuk pencegahan dan mitigasi bencana. Penyelesaian pemantauan hujan tanpa wayar Syarikat Campbell Scientific di Amerika Syarikat merealisasikan penghantaran data masa nyata melalui antara muka siri CWS900, meningkatkan kecekapan pemantauan sebanyak 10.
Aplikasi pengurusan dan pengangkutan bandar
Pembinaan bandar pintar telah membawa senario aplikasi baharu kepada teknologi pemantauan hujan. Dalam pemantauan sistem perparitan bandar, penderia taburan hujan yang diedarkan boleh memahami intensiti hujan di setiap kawasan dalam masa nyata. Digabungkan dengan model rangkaian saliran, mereka boleh meramalkan risiko banjir bandar dan mengoptimumkan penghantaran stesen pam. Penderia hujan piezoelektrik, dengan saiz padatnya (seperti FT-Y1) dan kebolehsuaian persekitaran yang kukuh, amat sesuai untuk pemasangan tersembunyi di persekitaran bandar 25. Jabatan kawalan banjir di bandar mega seperti Beijing telah mula merintis rangkaian pemantauan hujan pintar berdasarkan Internet of Things. Melalui gabungan data berbilang sensor, mereka menyasarkan untuk mencapai ramalan yang tepat dan tindak balas pantas terhadap banjir bandar.
Dalam bidang pengurusan trafik, penderia hujan telah menjadi komponen penting dalam sistem pengangkutan pintar. Peranti hujan yang dipasang di sepanjang lebuh raya dan lebuh raya bandar boleh memantau intensiti kerpasan dalam masa nyata. Apabila hujan lebat dikesan, mereka secara automatik akan mencetuskan tanda mesej berubah-ubah untuk mengeluarkan amaran had laju atau mengaktifkan sistem saliran terowong. Apa yang lebih mengagumkan ialah populariti penderia hujan kereta – penderia optik atau kapasitif ini, biasanya tersembunyi di belakang cermin depan, boleh melaraskan kelajuan pengelap secara automatik mengikut jumlah hujan yang jatuh pada kaca, meningkatkan keselamatan pemanduan dalam cuaca hujan. Pasaran sensor hujan automotif global didominasi terutamanya oleh pembekal seperti Kostar, Bosch, dan Denso. Peranti ketepatan ini mewakili tahap canggih teknologi pengesan hujan.
Pengeluaran pertanian dan penyelidikan ekologi
Pembangunan pertanian ketepatan tidak dapat dipisahkan daripada pemantauan kerpasan pada skala lapangan. Data hujan membantu petani mengoptimumkan rancangan pengairan, mengelakkan pembaziran air sambil memastikan keperluan air tanaman dipenuhi. Penderia hujan (seperti tolok hujan keluli tahan karat) yang dilengkapi di stesen meteorologi pertanian dan perhutanan mempunyai ciri-ciri keupayaan anti-karat yang kuat dan kualiti penampilan yang sangat baik, dan boleh berfungsi dengan stabil dalam persekitaran liar untuk masa yang lama. Di kawasan berbukit dan pergunungan, rangkaian pemantauan taburan hujan yang diedarkan boleh menangkap perbezaan spatial dalam kerpasan dan memberikan nasihat pertanian yang diperibadikan untuk plot yang berbeza. Beberapa ladang termaju telah mula cuba menghubungkan data hujan dengan sistem pengairan automatik untuk mencapai pengurusan air pintar yang sebenar.
Penyelidikan ekohidrologi juga bergantung pada pemerhatian kerpasan berkualiti tinggi. Dalam kajian ekosistem hutan, pemantauan hujan dalam hutan boleh menganalisis kesan pemintasan kanopi terhadap kerpasan. Dalam perlindungan tanah lembap, data pemendakan adalah input utama untuk pengiraan keseimbangan air; Dalam bidang pemuliharaan tanah dan air, maklumat intensiti hujan berkait secara langsung dengan ketepatan model hakisan tanah 17. Penyelidik di Lembangan Sungai Ha Lama China menggunakan data tolok hujan tanah untuk menilai ketepatan produk pemendakan satelit seperti TRMM dan CMORPH, menyediakan asas yang berharga untuk menambah baik algoritma penderiaan jauh. Kaedah pemantauan "gabungan angkasa lepas" semacam ini menjadi paradigma baharu dalam penyelidikan eko-hidrologi.
Bidang khas dan aplikasi baru muncul
Industri tenaga dan tenaga juga telah mula mementingkan nilai pemantauan hujan. Ladang angin menggunakan data hujan untuk menilai risiko aising bilah, manakala stesen janakuasa hidro mengoptimumkan pelan penjanaan kuasa mereka berdasarkan ramalan kerpasan lembangan. Sensor tolok hujan piezoelektrik FT-Y1 telah digunakan dalam sistem pemantauan alam sekitar ladang angin. Julat suhu operasinya yang luas dari -40 hingga 85 ℃ amat sesuai untuk pemantauan jangka panjang di bawah keadaan iklim yang teruk.
Bidang aeroangkasa mempunyai permintaan khas untuk pemantauan hujan. Rangkaian pemantauan hujan di sekitar landasan lapangan terbang menyediakan jaminan untuk keselamatan penerbangan, manakala tapak pelancaran roket perlu memahami situasi hujan dengan tepat untuk memastikan keselamatan pelancaran. Antara aplikasi utama ini, tolok hujan baldi tipping yang sangat boleh dipercayai (seperti Campbell TE525MM) sering dipilih sebagai penderia teras. Ketepatan ±1% (di bawah intensiti hujan ≤10mm/jam) dan reka bentuk yang boleh dilengkapi dengan gelang kalis angin memenuhi piawaian industri yang ketat 10.
Bidang penyelidikan dan pendidikan saintifik juga memperluaskan aplikasi peralatan pemantauan hujan. Penderia hujan digunakan sebagai peralatan pengajaran dan eksperimen dalam jurusan meteorologi, hidrologi dan sains alam sekitar di kolej dan sekolah menengah teknikal untuk membantu pelajar memahami prinsip pengukuran kerpasan. Projek sains rakyat menggalakkan penyertaan orang ramai dalam pemerhatian kerpasan dan meluaskan liputan rangkaian pemantauan dengan menggunakan tolok hujan kos rendah. Program pendidikan GPM (Global Precipitation Measurement) di Amerika Syarikat menunjukkan dengan jelas prinsip dan aplikasi teknologi penderiaan jauh kepada pelajar melalui analisis perbandingan data hujan satelit dan tanah.
Dengan pembangunan Internet of Things, data besar dan teknologi kecerdasan buatan, pemantauan taburan hujan berkembang daripada pengukuran kerpasan tunggal kepada persepsi kolaboratif berbilang parameter dan sokongan keputusan pintar. Sistem pemantauan hujan masa hadapan akan disepadukan lebih rapat dengan penderia alam sekitar yang lain (seperti kelembapan, kelajuan angin, kelembapan tanah, dll.) untuk membentuk rangkaian persepsi alam sekitar yang komprehensif, menyediakan sokongan data yang lebih komprehensif dan tepat untuk masyarakat manusia untuk menangani perubahan iklim dan cabaran sumber air.
Perbandingan status aplikasi semasa teknologi pemantauan gas global dengan negara
Teknologi pemantauan gas, seperti pemantauan hujan, adalah komponen penting dalam bidang persepsi alam sekitar dan memainkan peranan penting dalam perubahan iklim global, keselamatan industri, kesihatan awam dan aspek lain. Berdasarkan struktur perindustrian, dasar alam sekitar dan tahap teknologi mereka, negara dan wilayah yang berbeza menampilkan corak pembangunan tersendiri dalam penyelidikan dan aplikasi teknologi pemantauan gas. Sebagai sebuah negara pembuatan utama dan pusat inovasi teknologi yang pesat membangun, China telah mencapai kemajuan yang luar biasa dalam penyelidikan dan pembangunan serta aplikasi penderia gas. Amerika Syarikat, bergantung pada kekuatan teknologinya yang kukuh dan sistem standard yang lengkap, mengekalkan kedudukan utama dalam teknologi pemantauan gas dan bidang aplikasi bernilai tinggi. Negara-negara Eropah mempromosikan inovasi teknologi pemantauan dengan peraturan perlindungan alam sekitar yang ketat. Jepun dan Korea Selatan menduduki jawatan penting dalam bidang elektronik pengguna dan penderia gas automotif.
Pembangunan dan Aplikasi Teknologi Pemantauan Gas di China
Teknologi pemantauan gas China telah menunjukkan trend pembangunan yang semakin pesat dalam beberapa tahun kebelakangan ini dan telah mencapai kemajuan yang luar biasa dalam pelbagai bidang seperti keselamatan industri, pemantauan alam sekitar dan kesihatan perubatan. Panduan dasar ialah daya penggerak yang penting untuk pengembangan pesat pasaran pemantauan gas China. "Rancangan Lima Tahun Ke-14 untuk Pengeluaran Keselamatan Bahan Kimia Berbahaya" jelas memerlukan taman industri kimia untuk mewujudkan sistem pemantauan dan amaran awal gas toksik dan berbahaya liputan penuh serta menggalakkan pembinaan platform kawalan risiko pintar. Di bawah latar belakang dasar ini, peralatan pemantauan gas domestik telah digunakan secara meluas dalam industri berisiko tinggi seperti petrokimia dan lombong arang batu. Sebagai contoh, pengesan gas toksik elektrokimia dan pengesan gas mudah terbakar inframerah telah menjadi konfigurasi standard untuk keselamatan industri.
Dalam bidang pemantauan alam sekitar, China telah menubuhkan rangkaian pemantauan kualiti udara terbesar di dunia, meliputi 338 bandar peringkat wilayah dan ke atas di seluruh negara. Rangkaian ini terutamanya memantau enam parameter, iaitu SO₂, NO₂, CO, O₃, PM₂.₅ dan PM₁₀, antaranya empat yang pertama adalah semua bahan pencemar gas. Data daripada Pusat Pemantauan Alam Sekitar Kebangsaan China menunjukkan bahawa sehingga 2024, terdapat lebih 1,400 stesen pemantauan kualiti udara peringkat kebangsaan, semuanya dilengkapi dengan penganalisis gas automatik. Data masa nyata disediakan kepada orang ramai melalui "Platform Keluaran Masa Nyata Kualiti Udara Bandar Negara". Kapasiti pemantauan berskala besar dan berketumpatan tinggi ini menyediakan asas saintifik bagi tindakan China untuk mencegah dan mengawal pencemaran udara.
Sila hubungi Honde Technology Co., LTD.
Email: info@hondetech.com
Laman web syarikat:www.hondetechco.com
Tel: +86-15210548582
Masa siaran: Jun-11-2025