卡尔曼滤波降雨量与压电式蒸发量一体化检测装置
阅读说明：本技术 卡尔曼滤波降雨量与压电式蒸发量一体化检测装置 (Kalman filtering rainfall and piezoelectric evaporation integrated detection device ) 是由 赵志浩 杨启良 周平 张健 苗为伟 于 2021-09-18 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种卡尔曼滤波降雨量与压电式蒸发量一体化检测装置,其包括机架机构、蒸发计、雨量计、雨水传感器；所述机架机构包括步进电机、机壳、斜拉索牵引线、支撑板Ⅰ、支撑板Ⅱ、机架挡板、滑杆；本发明将雨量计和蒸发计整合为结构紧凑、运行可靠的一体化检测装置,能根据天气变化自动切换有雨和无雨检测状态,有效降低了降雨天气对水面蒸发量检测的影响；能快速准确检测小雨及以上等级的降雨开始和停止信号；选用高精度压力传感器连续准确测量降雨量和水面蒸发量,并实现了远程监测。(The invention discloses a Kalman filtering rainfall and piezoelectric evaporation integrated detection device, which comprises a frame mechanism, an evaporometer, a rain gauge and a rain sensor, wherein the frame mechanism is used for detecting rainfall and piezoelectric evaporation; the frame mechanism comprises a stepping motor, a shell, a stay cable traction wire, a support plate I, a support plate II, a frame baffle and a slide rod; the rain gauge and the evaporometer are integrated into the integrated detection device which is compact in structure and reliable in operation, the states of rain detection and no-rain detection can be automatically switched according to weather changes, and the influence of rainfall weather on water surface evaporation capacity detection is effectively reduced; the rainfall starting and stopping signals of light rain and above levels can be rapidly and accurately detected; the high-precision pressure sensor is selected to continuously and accurately measure the rainfall capacity and the water surface evaporation capacity, and remote monitoring is realized.)
技术领域
本发明属于节水灌溉、精准灌溉技术领域，具体涉及一种卡尔曼滤波降雨量与压电式蒸发量一体化检测装置。
背景技术
降雨量是指一段时间内从天空降落到地面上的液态降水，未经蒸发、渗透、流失而在水平面上积聚的水深。土壤蒸发量是指一段时段内土壤水分从土壤表面蒸发进入大气的水量。雨后的农田土壤蒸发过程可以分为3个阶段，即土壤蒸发强度接近水面蒸发强度的稳定蒸发率阶段、土壤蒸发强度随含水率变化的蒸发率递减阶段和土壤水分以汽态形式向表土扩散的水汽扩散阶段。而水面蒸发量是指一段时间内地表自由水体未经渗透和流失而蒸发掉的水深。国内外已有众多学者利用水面蒸发构建农田土壤蒸发的数学模型，实现了农田土壤蒸发量的间接检测，具有操作简单易行、检测结果准确、运行稳定可靠等优点。
长期以来，国内外通常采用蒸发计和雨量计分别检测水面蒸发量和降雨量，但存在数据处理复杂、自动化程度低、检测误差累积等问题。因此，研究降雨量和水面蒸发量一体化远程监测装置的已引起众多学者关注。
在当前设施农业的监测系统中，降雨量与水面蒸发量的一体化远程监测存在下述4点不足：
(1)缺少轻量型便携式检测装置。现阶段对降雨量与水面蒸发量的观测，大多选用雨量计和大型蒸发器直接检测或组建一体化检测系统，主要应用于气象站或水文站；缺少适用于设施农业的轻量型便携式降雨量与水面蒸发量一体化检测装置；
(2)降雨天气对水面蒸发量检测的影响较大。现有蒸发器水面蒸发过程往往会受降雨天气影响，检测结果误差较大；而加盖挡雨监测水面蒸发被认为是能有效减小降雨天气对水面蒸发量检测影响的方式之一，但却少有应用；
(3)难以精准检测降雨起止信号。选用加盖挡雨方法观测蒸发器水面蒸发量时，能否准确检测降雨起止信号是影响加盖、去盖及时性的关键。传统雨水传感器对降雨停止响应滞后、检测灵敏度低，仅当传感器表面雨水自然风干后才能响应降雨停止，且金属表面易被氧化，使用寿命短；
(4)未实现手机远程在线监测。现阶段运用的降雨量与水面蒸发量一体化检测系统虽然能远程传输数据，但未实现用手机随时随地查看数据；
目前未见与本
发明内容
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针对现有技术的不足，本发明提供了一种卡尔曼滤波降雨量与压电式蒸发量一体化检测装置，本装置工作效率高，操作简单，成本低，可以满足降雨量和蒸发量国家标准的检测精度要求，提高了生产的质量，大大节省了人力。
本发明卡尔曼滤波降雨量与压电式蒸发量一体化检测装置包括机架机构、蒸发计、雨量计、雨水传感器；所述机架机构包括步进电机、机壳、斜拉索牵引线、支撑板Ⅰ、支撑板Ⅱ、机架挡板、滑杆，4根滑杆一端通过卧式支撑座固定在机壳内中部，另一端通过卧式支撑座固定在机架挡板上，机壳下部内腔设置为储水槽；支撑板Ⅰ一端固定在机架挡板一侧上，另一端通过斜拉索牵引线与机架挡板固连，蒸发计放置于支撑板Ⅰ上；支撑板Ⅱ一端固定在机架挡板另一侧上，另一端通过斜拉索牵引线与机架挡板固连，雨量计放置于支撑板Ⅱ上；步进电机固定在机壳上，步进电机的输出轴通过紧固套筒与传动丝杆一端连接，传动丝杆另一端固定在机架挡板上；机壳中部左右两侧开口，当支撑板Ⅰ在机壳内时，支撑板Ⅱ位于机壳外；机壳顶部一侧固定有雨水防溅栅且位于雨量计上方一侧，雨水传感器设置在机壳顶部，雨水传感器包括底座、螺旋圆锥导线Ⅰ、螺旋圆锥导线Ⅱ，螺旋圆锥导线Ⅰ和螺旋圆锥导线Ⅱ交替缠绕在底座上；蒸发计底部通过软管Ⅰ与潜水泵连通，潜水泵设置在储水槽内，软管Ⅰ上设置有电磁阀Ⅰ，雨量计底部出口通过软管Ⅱ与电磁阀Ⅱ连通，压力传感器Ⅰ设置在蒸发计底部，压力传感器Ⅱ设置在雨量计底部。
所述机壳上设置有透明观察门，所述机壳底部设置有固定底座。
本装置还包括单片机，单片机分别与步进电机、雨水传感器、压力传感器Ⅰ、压力传感器Ⅱ、电磁阀Ⅰ、电磁阀Ⅱ连接；单片机包括卡尔曼滤波模块、液位控制模块、步进电机控制模块；
卡尔曼滤波模块用于采集雨水传感器输出的电信号，然后利用卡尔曼滤波算法进行滤波处理，去除电信号噪声，给出准确的降雨起止信号；利用卡尔曼滤波算法去除电信号噪声采用常规的方法和流程；
雨水接通螺旋圆锥导线Ⅰ和螺旋圆锥导线Ⅱ后，雨水检测电路的回路电阻较大，电阻热噪声呈白噪声特点，采用卡尔曼滤波模块降低白噪声干扰；用卡尔曼滤波器对连续变化的雨水检测信号进行采样，采样周期为1s，根据检测信号k-1时刻的电信号估计值和k时刻的检测值，通过递归估计获得k时刻的最优估计值，实现信号优化，算法流程如图6所示；
卡尔曼滤波模块根据k-1时刻的电信号估计值预测k时刻的电信号估计值计算方程为：
P(k|k-1)＝U·P(k-1|k-1)·UT+Q；
式中：U为状态转移矩阵，因相邻时刻的雨水检测信号变化不大，则U＝1；V为控制矩阵，u(k-1)为状态控制量，u(k-1)＝0；Q为过程激励噪声的协方差，P(k|k-1)为k时刻电信号估计值对应的协方差，P(k-1|k-1)为k-1时刻最优电信号估计值对应的协方差，其中P(0|0)＝0；UT为矩阵的转置；
(2)卡尔曼滤波模块采用k时刻的电信号检测值z(k)修正时刻k的电信号估计值从而得出k时刻的电信号值计算方程为：
λ(k)＝P(k|k-1)·HT·[H·P(k|k-1)·HT+R]-1
P(k|k)＝[1-λ(k)·H]·P(k|k-1)；
式中：λ(k)为电信号在k时刻的卡尔曼增益；P(k|k)为k时刻电信号最优估计值对应的协方差；H为测量矩阵；R为测量噪声的协方差，HT为测量矩阵的转置；
由于状态转移矩阵确定，参数Q越小且不为零时的滤波收敛稳定性越好，参数R过小或过大时的取值越小滤波收敛稳定性越差，但R值越小滤波收敛越快；结合卡尔曼滤波模块对雨水检测信号的滤波效果测试结果，设置参数Q＝10-4，R＝10；重复上述预测过程和修正过程，递归得出单个雨水检测信号的卡尔曼滤波信号，能有效降低检测过程中产生的电阻热噪声对雨水检测信号的干扰，实现平滑滤波；
为提高降雨起止信号判别容错性，采用3块以上相同参数雨水感应模块同时检测降雨，并用3个以上卡尔曼滤波模块分别处理，得到3组以上卡尔曼滤波信号i(i＝1,2,3，...)在k时刻的值为由于单个卡尔曼滤波器运行1次耗时约0.2ms，因此可将顺序运行的3个以上卡尔曼滤波模块视为同时运行；按下述步骤对3个以上卡尔曼滤波信号进行分析，可实现降雨起止信号的判别；
(1)获取判别基准值。每间隔Δt同时采集得到各卡尔曼滤波的信号值分别作为各卡尔曼滤波信号在k时刻的判别基准值，其中k/Δt表示整除取商；系统每间隔Δt对各卡尔曼滤波信号的判别基准值进行周期性采样，并以间隔时间Δt对卡尔曼滤波信号进行周期性判别，故将Δt确定为判别周期；
(2)计算判别信号值。将判别周期内k时刻的各卡尔曼滤波信号值减去对应判别基准值，得到k时刻的判别信号值，计算公式为：
式中yi(k)为k时刻卡尔曼滤波信号i的判别信号值；为卡尔曼滤波信号i在k时刻的值；为卡尔曼滤波信号i在k时刻对应的判别基准值；
(3)确定阈值上下限。将k时刻的判别信号值yi(k)分别与阈值上限K+、下限K-对比分析，可以动态判别各卡尔曼滤波信号的上升拐点和下降拐点，从而判定降雨起止信号；由于降雨开始或停止时的信号值会快速下降或上升，此阶段的卡尔曼滤波信号值每秒变化梯度至少为1，即降雨开始或停止时的判别周期Δt内，卡尔曼滤波信号值变化幅度至少为判别周期值，因此K+取Δt的正值，K-取Δt的负值；
(4)判定降雨起止信号。若在k时刻至少有2个卡尔曼滤波信号满足yi(k)＜K-，判定信号从k时刻进入下降拐点，此刻向步进电机控制模块传输降雨开始信号；若在k时刻至少有2个卡尔曼滤波信号满足yi(k)＞K+，判定信号从k时刻进入上升拐点，此刻向步进电机控制模块传输降雨停止信号；避免了连续多次判定降雨开始或停止，即系统判定的1次降雨过程中，仅传输降雨开始和停止信号各1次。
重复上述步骤即可完成整个降雨过程的动态分析，判定出降雨起止电信号。
所述步进电机控制模块收到卡尔曼滤波模块给出的降雨起始信号，用于驱动步进电机将蒸发计移入机壳，雨量计移出机壳；收到卡尔曼滤波模块给出的降雨终止信号，用于驱动步进电机将蒸发计移出机壳，雨量计移入机壳；
液位控制模块用于蒸发计和雨量计内的液位检测，并计算蒸发量和降雨量，控制蒸发计和雨量计中液体的添加和排放。
所述单片机还包括无线传输模块，用于将单片机数据传输至手机或电脑中。
上述装置使用时，将装置固定在待监测的田间，装置通电后系统初始化，单片机驱动步进电机将雨量计完全移入机壳内，蒸发计随之移出机壳外，启动潜水泵向蒸发计注入初始水量，并记录蒸发计和雨量计中的初始液位高度，进入无雨检测状态；若雨水传感器未检测到降雨天气，系统始终保持无雨检测状态，一段时间后，通过检测蒸发计中的液位高度，分析判定液位减少值后输出时间段内的水面蒸发量；若雨水传感器检测到降雨开始，驱动步进电机将雨量计完全移出机壳腔体外，蒸发计随之移入机壳腔体内，同时进入有雨检测状态，在雨水传感器检测到降雨停止后，检测雨量计中的液位高度，分析判定液位增加值后输出降雨量。降雨停止后，系统打开电磁阀Ⅱ将雨量计中的液体排入储水槽进行存储，进入无雨检测状态。蒸发计和雨量计中的液位高度采用压力传感器检测，利用压电效应，将蒸发计和雨量计中的水压转换为电信号输出，通过电压信号拟合成容器内的液位高度，从而判定装置内的液位情况，利用液位高度差值可以得出降雨量或水面蒸发量。
本发明的有益效果是：动态连续监测、结构紧凑、运行平稳、安装简单，能自动连续检测降雨量与水面蒸发量，将雨量计和蒸发计整合为结构紧凑、运行可靠的一体化检测装置，能根据天气变化自动切换有雨和无雨检测状态，有效降低了降雨天气对水面蒸发量检测的影响；能快速准确检测小雨及以上等级的降雨开始和停止信号；选用高精度称重式液位传感器连续准确测量降雨量和水面蒸发量，并实现了手机远程监测。
附图说明
图1为本发明装置结构示意图；
图2为本发明装置部分结构示意图；
图3为本发明装置机架机构部分结构示意图；
图4为本发明装置机架机构部分结构示意图；
图5为雨水感应器结构示意图；
图6为卡尔曼滤波模块算法流程示意图；
图7为本发明装置控制流程示意图；
图8为本发明装置卡尔曼滤波信号处理结果示意图；
图中：1-雨水感应器；2-蒸发计；3-步进电机；4-传动丝杆；5-机壳；6-雨量计；7-雨水防溅栅；8-透明观察门；9-固定活页Ⅰ；10-固定活页Ⅱ；11-固定底座；12-储水槽；13-卧式支撑座；14-斜拉索牵引线；15-支撑板Ⅰ；16-软管Ⅰ；17-电磁阀Ⅰ；18-潜水泵；19-紧固套筒；20-电磁阀Ⅱ；21-软管Ⅱ；22-支撑板Ⅱ；23-机架挡板；24-蒸发皿承雨口；25-转换接头Ⅰ；26-压力传感器Ⅰ；27-滑杆；28-转换接头Ⅱ；29-压力传感器Ⅱ；30-雨量桶承雨口；31-螺旋圆锥导线Ⅰ；32-螺旋圆锥导线Ⅱ。
具体实施方式
下面通过附图和实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明保护范围不局限于所述内容，实施例中如无特殊说明的方法均为常规方法；单片机控制方式或方法如无特殊说明的均为常规方法；
实施例1：如图1-5所示，本卡尔曼滤波降雨量与压电式蒸发量一体化检测装置机架机构、蒸发计2、雨量计6、3个雨水传感器1；所述机架机构包括步进电机3、机壳5、斜拉索牵引线14、支撑板Ⅰ15、支撑板Ⅱ22、机架挡板23、滑杆27，4根滑杆27一端通过卧式支撑座13、螺栓固定在机壳5内中部，另一端通过卧式支撑座、螺栓固定在机架挡板23上，机壳5下部内腔设置为储水槽12，机壳5中部左右两侧开口，机壳5上通过固定活页Ⅰ9、固定活页Ⅱ10安装有透明观察门8；支撑板Ⅰ15一端固定在机架挡板23一侧上，另一端通过2根斜拉索牵引线14与机架挡板23固连，蒸发计2放置于支撑板Ⅰ15上，蒸发计2包括蒸发皿承雨口24，压力传感器Ⅰ26设置在蒸发2底部；支撑板Ⅱ22一端固定在机架挡板23另一侧上，另一端通过2根斜拉索牵引线与机架挡板23固连，雨量计6放置于支撑板Ⅱ22上，雨量计6包括雨量桶承雨口30，压力传感器Ⅱ29设置在雨量计底部；步进电机3固定在机壳5上，步进电机3的输出轴通过紧固套筒19与传动丝杆4一端连接，传动丝杆4另一端固定在机架挡板23上；当支撑板Ⅰ15在机壳5内时，支撑板Ⅱ22位于机壳5外；机壳5顶部一侧固定有雨水防溅栅7且位于雨量计6上方一侧，雨水传感器1设置在机壳5顶部，雨水传感器1包括底座、螺旋圆锥导线Ⅰ31、螺旋圆锥导线Ⅱ32，螺旋圆锥导线Ⅰ31和螺旋圆锥导线Ⅱ32交替平行缠绕在底座的导线槽内，互不接触；蒸发计2底部通过转换接头Ⅰ25、软管Ⅰ16与潜水泵18连通，潜水泵18设置在储水槽12内，软管Ⅰ16上设置有电磁阀Ⅰ17，雨量计6底部出口通过转换接头Ⅱ28、软管Ⅱ21与电磁阀Ⅱ20连通；机壳5底部设置有8个固定底座11，通过其固定在地面上；雨水防溅栅7采用高密度聚丙交酯制得；蒸发计2和雨量计6采用304型不锈钢制成。
实施例2：本实施例装置结构同实施例1，不同在于还包括括单片机，单片机分别与步进电机3、雨水传感器1、压力传感器Ⅰ26、压力传感器Ⅱ29、电磁阀Ⅰ、电磁阀Ⅱ连接；单片机包括3个卡尔曼滤波模块、液位控制模块、步进电机控制模块、无线传输模块；所述卡尔曼滤波模块用于采集雨水传感器输出的电信号，然后利用卡尔曼滤波算法进行滤波处理，去除电信号噪声，给出准确的降雨起止信号；步进电机控制模块收到卡尔曼滤波模块给出的降雨起始信号，用于驱动步进电机将蒸发计移入机壳，雨量计移出机壳；收到卡尔曼滤波模块给出的降雨终止信号，用于驱动步进电机将蒸发计移出机壳，雨量计移入机壳；液位控制模块用于蒸发计和雨量计内的液位检测，并计算蒸发量和降雨量，控制蒸发计和雨量计中液体的添加和排放；无线传输模块用于将单片机数据传输至手机或电脑中。
如图7所示，上述装置使用时，将本装置机壳5通过固定底座11与待测地水平地面固连，装置通电后系统初始化，单片机驱动步进电机3将雨量计6完全移入机壳5内，蒸发计2随之移出机壳外，启动潜水泵18向蒸发计注入初始水量，并记录蒸发计和雨量计中的初始液位高度，进入无雨检测状态；若雨水传感器未检测到降雨天气，系统始终保持无雨检测状态，一段时间后，通过检测蒸发计中的液位高度，分析判定液位减少值后输出时间段内的水面蒸发量；若雨水传感器检测到降雨开始，驱动步进电机3将雨量计完全移出机壳腔体外，蒸发计随之移入机壳腔体内，同时进入有雨检测状态，在雨水传感器1检测到降雨停止后，检测雨量计中的液位高度，分析判定液位增加值后输出降雨量。降雨停止后，系统打开电磁阀Ⅱ将雨量计中的液体排入储水槽进行存储，进入无雨检测状态。
蒸发计和雨量计中的液位高度采用压力传感器检测，利用压电效应，将蒸发计和雨量计中的水压转换为电信号输出，通过电压信号拟合成容器内的液位高度，从而判定装置内的液位情况，利用液位高度差值可以得出降雨量或水面蒸发量；
(1)系统启动液位检测前，通过潜水泵18使蒸发计内的液位达到设定值；通过电磁阀Ⅱ20使雨量计内的液位达到最低值；
(2)系统启动液位检测后，根据蒸发计的液位变化可以计算出水面蒸发量为
EW＝LEI-LEA-(LRI-LRT)
式中EW为水面蒸发量，mm；LEI为启动液位检测前的蒸发皿液位，mm；LEA为达到定时时间后的蒸发皿液位，mm；LRI为降雨开始时的蒸发皿液位，mm；LRT为蒸发皿完全移入机壳腔体后的液位，mm。
根据雨量计的液位变化可以计算出降雨量为
RP＝LRB-LRA+(LRI-LRT)
式中RP为降雨量，mm；LRB为降雨开始时的雨量桶液位，mm；LRA为降雨停止时的雨量桶液位，mm。
单片机输出1个脉冲信号，步进电机旋转1个步距角(1.8°)，因此，步进电机要完成360°角位移，则需要单片机输出200个脉冲信号。在导程为14mm的传动丝杆带动下，步进电机转动1圈(360°角位移)，传动丝杆带动机架挡板14mm；将支架从机壳腔体最左端到最右端，位移量为265mm，步进电机需要转动265/14＝18.9圈，需要步进电机输出200×18.9＝3780个脉冲；装置通电后，驱动步进电机正转，将支架向左移动，当支架触发限位开关时步进电机停止转动，实现支架复位。当降雨开始时，驱动步进电机反转，将机架挡板移至机壳内最右侧；当降雨停止时，驱动步进电机正转，将机架挡板移至机壳内最左侧。
降雨量与水面蒸发量模拟检测试验：
设定模拟降雨量和水面蒸发量液位的观测范围分别设置为15～170mm、10～70mm；将模拟降雨量和水面蒸发液位均设置为11个水平，试验方案如表1所示；模拟降雨强度为小雨，模拟无降雨、降雨持续、降雨停止3个连续阶段各进行10min；
表1降雨蒸发一体化装置的准确性试验方案
按下述步骤进行试验，每组试验重复3次，共11组33次试验；
(1)无降雨阶段，0s至降雨前时刻，导线Ⅰ和Ⅱ之间为断开状态，分压端输出5V电源电压；图8中0s至降雨开始前时刻，雨水检测信号值保持在1023且平稳；根据实验方案设置本发明装置的蒸发计初始液位系统值，复位系统后，蒸发计通过电磁阀Ⅰ和潜水泵从储水槽自动加水到设定液位值；
(2)降雨开始阶段，雨水将导线Ⅰ和Ⅱ接通，上拉电阻开始分压，分压端输出电压降低，图8中雨水检测信号值从1023陡然减小，信号出现下降拐点时即为降雨开始时刻，装置将雨量计移出机壳。根据试验方案用雨量计专用量筒量取对应量的自来水然后用喷头模拟小雨，在试验过程中本发明装置的蒸发计完全移入机壳腔体前，随机向蒸发计加入少量水，并将剩余水量缓慢加入雨量计，模拟降雨过程中雨水溅入遮蔽的蒸发计的情况；
(3)降雨持续阶段，雨水传感器底座的导线槽积水使得导线Ⅰ和Ⅱ间的电阻接近最小值；图8中雨水检测信号值趋近最小，但雨滴击溅会改变积水量，从而改变导线Ⅰ和Ⅱ间的电阻值，导致信号有小幅度波动和检测值噪声；图8中浅色曲线为真实检测电信号值，图8中黑色实线曲线为卡尔曼滤波后的电信号值；
(4)降雨停止阶段，雨水传感器底座的导线槽积水排出，导线Ⅰ和Ⅱ间的电阻值增大，分压端输出电压升高，图8中雨水检测信号值短时快速增大，信号出现上升拐点时即为降雨停止时刻，装置将蒸发计移出机壳，随后积水排出速率减小，雨水检测信号值缓慢增大并趋近最大值1023；用滴管从发明装置的蒸发计中取出2mm水量，模拟水面蒸发过程；
(5)通过手机显示降雨量和水面蒸发量的检测值，统计分析本发明装置的降雨量与水面蒸发量接收成功率、检测误差和检测稳定性，测试装置运行准确性和稳定性。
试验结果见表2，结果表明，降雨量和水面蒸发量系统值的标准差偏差变化不明显，其标准差范围分别为0.06～0.38、0.01～0.09s，说明该装置检测结果较稳定。降雨量与水面蒸发量检测误差的范围为-0.73～0.71、-2.50～2.00％；
表2降雨蒸发一体化装置的模拟检测试验结果
大田试验
为验证本发明装置对室外环境的适应性，于2020年12月1日-2021年3月1日在昆明理工大学现代农业工程学院三七田进行大田试验，试验期间正值昆明旱季，室外平均温度11.2℃，平均湿度为18.3％，风力主要为1～2级，降雨天气以小雨为主。将试验装置平稳固定在大田周围无遮挡的露天环境；
试验开始前，将本发明装置的蒸发计初试液位系统值设置为20mm，并量取20mm自来水注入传统蒸发皿；每天08:00用量筒测前24h时间段的日降雨量和日水面蒸发量；
为检验本发明装置的性能，筛选出发生降雨天气的9d试验数据，将该装置检测结果与人工检测结果进行对比分析，分析结果如表3所示；
装置检测的降雨量均比人工检测结果偏高，降雨量检测结果的相对误差随降雨量的增大而减小，相对误差范围为1.42～11.11％，这可能是由于该装置采用无漏斗式承雨，减少了承雨器对雨水的截持。
装置检测的水面蒸发量均比人工检测结果偏低，水面蒸发量检测结果的相对误差随降雨量的增大而增大，相对误差范围为-5.20～-1.34％，这可能是传统雨量器检测结果偏小，导致扣除降雨量后的水面蒸发量人工检测值偏大，同时存在人工读数误差。
综合上述分析，说明该装置能适应大田检测环境，能较稳定地远程监测降雨量和水面蒸发量，检测结果较准确。
表3降雨蒸发自动化监测一体化装置与人工检测结果的对比
总之，本发明装置运行状态切换成功率为100％，启动切换有雨和无雨检测状态的延时均值范围分别为8.3～14.7s、11～23s，状态切换延时的极差范围分别为1～4s、2～5s，符合《降雨自动监测仪技术要求及检测方法》行业标准对自动挡雨装置应在60s内完成挡雨、5min内取消挡雨的要求，说明装置运行可靠；降雨量和水面蒸发量模拟检测结果表明，在33次模拟降雨和水面蒸发测试过程中，降雨量和水面蒸发量检测误差的范围分别为-0.73～0.71％、-2.50～2.00％，其标准偏差范围分别为0.06～0.38mm、0.01～0.09mm，符合《降水观测仪器》和《水面蒸发器》国家标准对降雨量和水面蒸发量检测误差不大于±3％的要求，说明该装置检测结果较准确且稳定；降雨量和水面蒸发量大田试验结果表明，该装置检测的降雨量均比人工检测结果偏高，相对误差范围为1.42～11.11％；该装置检测的水面蒸发量均比人工检测结果偏低，相对误差范围为-5.20～-1.34％，说明该装置能适应大田检测环境，能较稳定地远程监测降雨量和水面蒸发量，检测结果较准确。
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