三个雨量传感器融合系统
阅读说明：本技术 三个雨量传感器融合系统 (Three rainfall sensor fusion system ) 是由 张鑫 李昌兴 雷勇 邵楠 张雪芬 汪洲 黄剑钊 宋树礼 严国威 张明 庞文静 于 2020-12-30 设计创作，主要内容包括：本发明公开了三个雨量传感器融合系统,在雨量融合计算中,所有与雨量相关变量的取值均用传感器输出脉冲数代替,对于0.1mm的雨量传感器,融合计算式中变量取值除以10才是雨量要素值；S1：分钟雨量融合值初步计算,根据三个雨量传感器当前分钟降水量观测值的相互关系,计算分钟降水量融合的初始取值；S2：计算三个雨量传感器分钟值与分钟融合初始取值的差值；S3：计算三个雨量传感器的累积雨量偏差；S4：分钟雨量融合值修正量计算；S5：融合值和累积雨量偏差值的修正,其值为B；S6：传感器状态判断；S7：环境因素对修正的值进一步修正,其值为A。同时,减少了人工数据处理及维护的工作量,为地面气象观测业务自动化提供良好的基础。(The invention discloses a fusion system of three rainfall sensors, wherein in rainfall fusion calculation, values of all variables related to rainfall are replaced by the number of sensor output pulses, and for a rainfall sensor with the thickness of 0.1mm, the value of the variable in a fusion calculation formula is divided by 10 to obtain a rainfall element value; s1: preliminarily calculating a minute rainfall fusion value, and calculating an initial value of the minute rainfall fusion according to the mutual relation of the current minute rainfall observation values of the three rainfall sensors; s2: calculating the difference value between the minute value and the minute fusion initial value of the three rainfall sensors; s3: calculating the accumulated rainfall deviation of the three rainfall sensors; s4: calculating the correction quantity of the minute rainfall fusion value; s5: correcting the fusion value and the accumulated rainfall deviation value, wherein the value is B; s6: judging the state of the sensor; s7: the environmental factor further modifies the modified value, which is a. Meanwhile, the workload of manual data processing and maintenance is reduced, and a good foundation is provided for the automation of ground meteorological observation service.)
技术领域
本发明涉及降水数据处理领域，更具体地说，涉及三个雨量传感器融合系统。
背景技术
目前，地面气象观测业务中使用的雨量传感器分为翻斗式和称重式两种。
翻斗式雨量传感器由承水器(口径为20cm，面积为314cm2)收集的降水通过漏斗进入上翻斗，当雨量累积到一定量时，由于降水本身重力作用使上翻斗翻转，降水进入汇集漏斗。降水从汇集漏斗的节流管注入计量翻斗时，当计量翻斗承受的降水量为0.1mm时，计量翻斗把降水倾倒到计数翻斗，使计数翻斗翻转一次。计数翻斗在翻转时，与它相关的磁钢对干簧管扫描一次。干簧管因磁化而瞬间闭合一次。这样，降水量每次达到0.1mm时，送出一个开关信号，采集器自动对该信号进行采集存储。
只有一个雨量传感器采集降水量，一旦仪器发生故障、堵塞、雷击或者环境影响等造成观测数据缺测或异常，影响数据的完整性，不能准确获取降水量信息。
发明内容
1.要解决的技术问题
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供三个雨量传感器融合系统，它通过采集三个翻斗式雨量传感器的降水量值，即使其中的一个传感器故障、堵塞等异常情况，其它正常工作雨量传感器通过智能融合算法获取融合降水量信息，并且能根据温度湿度进行数据的校准，更为准确。
2.技术方案
为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。
在雨量融合计算中，所有与雨量相关变量的取值均用传感器输出脉冲数代替，对于0.1mm的雨量传感器，融合计算式中变量取值除以10才是雨量要素值；
S1：分钟雨量融合值初步计算，根据三个雨量传感器当前分钟降水量观测值的相互关系，计算分钟降水量融合的初始取值；
S2：计算三个雨量传感器分钟值与分钟融合初始取值的差值；
S3：计算三个雨量传感器的累积雨量偏差；
S4：分钟雨量融合值修正量计算；
S5：融合值和累积雨量偏差值的修正，其值为B；
S6：传感器状态判断；
S7：环境因素对修正的值进一步修正，其值为A。
在一些实施例中，所述环境因素包括温度、相对湿度和海拔高度，温度由T表示，相对湿度由RH表示，海拔高度由H表示。
在一些实施例中，所述主采集器的输出端连接综合集成硬件控制器的输入端。
在一些实施例中，满足A＝|a|B，且a＝(T/25-1)×(H/800-1)×(RH/0.3-1)。
在一些实施例中，所述最高湿度为上一年度当月的最高湿度。
在一些实施例中，RH＝绝对湿度/最高湿度。
在一些实施例中，满足A＝|a|B，且a＝(T/20-1)×(H/400-1)×(RH/0.4-1)。
3.有益效果
相比于现有技术，本发明的优点在于：
(1)本方案由于采集三个式雨量传感器的降水量值，应用智能融合算法，有效的解决单一传感器数据缺失，保障观测数据的完整性、连续性；较好的剔除仪器堵塞或故障时产生的分钟降水量异常值，为业务、服务、科研提供更加准确的降水资料。同时，减少了人工数据处理及维护的工作量，为地面气象观测业务自动化提供良好的基础。
(2)降水采集融合控制模块采集三个翻斗式雨量传感器的降水量值，通过写入的智能融合算法程序进行运算处理，并且对最终输出的数据进行校正处理，从而获得更为准确的降水值。
附图说明
图1为本发明雨量传感器检测系统示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1，在雨量融合计算中，所有与雨量相关变量的取值均用传感器输出脉冲数代替，对于0.1mm的雨量传感器，融合计算式中变量取值除以10才是雨量要素值；
S1：分钟雨量融合值初步计算，根据三个雨量传感器当前分钟降水量观测值的相互关系，计算分钟降水量融合的初始取值；
S2：计算三个雨量传感器分钟值与分钟融合初始取值的差值；
S3：计算三个雨量传感器的累积雨量偏差；
S4：分钟雨量融合值修正量计算；
S5：融合值和累积雨量偏差值的修正，其值为B；
S6：传感器状态判断；
S7：环境因素对修正的值进一步修正，其值为A。
所述环境因素包括温度、相对湿度和海拔高度，温度由T表示，相对湿度由RH表示，海拔高度由H表示。
所述主采集器的输出端连接综合集成硬件控制器的输入端。
所述最高湿度为上一年度当月的最高湿度。
RH＝绝对湿度/最高湿度。
满足A＝|a|B，且a＝(T/20-1)×(H/400-1)×(RH/0.4-1)。
设该分钟三个雨量传感器的输出脉冲数分别为R1、R2、R3,若三个雨量传感器输出值完全一样，则R取R1或R2或R3的值；如果只有两个雨量传感器输出值一样，则R取相同的两个雨量传感器的值；如果三个雨量传感器输出值均不相同，则R取三个雨量传感器输出值的中值，即：
若R1＝R2＝R3，则R＝R1；
若R1＝R2≠R3，则R＝R1；
若R2＝R3≠R1，则R＝R2；
若R3＝R1≠R2，则R＝R3；
若R1≠R2≠R3，则R＝R1、R2、R3的中值。
第二步：计算三个雨量传感器分钟值与分钟融合初始取值的差值
D1＝R1–R
D2＝R2–R
D3＝R3–R
式中D1、D2和D3分别三个雨量传感器本分钟输出值与本分钟融合初始取值的偏差。
第三步：计算三个雨量传感器的累积雨量偏差
D1R＝D1R+D1
D2R＝D2R+D2
D3R＝D3R+D3
式中，等号右边的D1R、D2R和D3R分别为三个雨量传感器的历史累积雨量偏差(不含本分钟)，其值加上本分钟的偏差值(第二步计算结果)即到各传感器含本分钟的累积雨量偏差(等号左边的D1R、D2R和D3R)。
第四步：分钟雨量融合值修正量计算
对三个雨量传感器的累积雨量偏差值进行判断，如果有两个雨量传感器的偏差值均大于等于1，则修正值取二者中较小的一个；如果有两个雨量传感器的偏差值均小于等于-1，则修正值取二者中较大的一个；否者修正值取0,即:
若D1R>＝1,D2R>1＝,则DR＝MIN(D1R,D2R)；
若D2R>＝1,D3R>＝1,则DR＝MIN(D2R,D3R)；
若D3R>＝1,D1R>＝1,则DR＝MIN(D3R,D1R)；
若D1R<＝-1,D2R<＝-1,则DR＝MAX(D1R,D2R)；
若D2R<＝-1,D3R<＝-1,则DR＝MAX(D2R,D3R)；
若D3R<＝-1,D1R<＝-1,则DR＝MAX(D3R,D1R)；
其余情况下：DR＝0
式中，DR为分钟降水量融合值的修正量，其值为正代表的是在融合过程中有两个雨量传感器都有一次以上的翻转(输出脉冲，含本分钟内的输出脉冲)没有计入分钟雨量融合，应补计入本分钟的分钟雨量融合值；反之，DR值为负代表的是有两个雨量传感器都有一次以上的翻转(输出脉冲，含本分钟内的输出脉冲)提前计入了分钟雨量融合值，应在本分钟雨量融合值中扣除。
第五步：融合值和累积雨量偏差值的修正
分钟降水量融合值在初步计算的融合值基础上加上修正值，而三个量传感器的累积降水量偏差则是在原偏差值的基础上分别减去修正值。即：
R＝R+DR
D1R＝D1R-DR
D2R＝D2R-DR
D3R＝D3R-DR
式中，等号左边的R为修正后的分钟降水量融合值，如果R为0，则结果标识为无修正，如果R≠0，则结果标示为有修正；等号左边的D1R、D2R和D3R分别三个雨量传感器的历史累积降水量偏差(含本分钟)，用于下一分钟融合修正值的计算。
第六步：传感器状态判断
如果某个量传感器分钟值与分钟融合值的偏差绝对值大于2，则该传感器本分钟状态标记为存疑，否则标记为正常(缺测除外)；当累积降降水量<＝10mm时,如果某个雨量传感器的累积偏差超过0.4mm，该雨量传感器的累积降降水量状态标记为存疑，否者标记为正常。
实施例1：
当在海拔为800及其以上时，当月平均温度为25℃及其以上时，相对湿度为30％以上，且相对湿度为40％以下，满足A＝|a|B，且a＝(T/25-1)×(H/800-1)×(RH/0.3-1)，最终输出的降水量为A。
实施例2：
当在海拔为800以下，当月平均温度为25℃以下时，相对湿度为40％以上，满足A＝|a|B，且a＝(T/20-1)×(H/400-1)×(RH/0.4-1)，输出最终的降水量为A。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式；但本发明的保护范围并不局限于此。任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围。
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