Во услови на интензивирани глобални климатски промени, прецизното следење на врнежите станува сè поважно за контрола на поплавите и ублажување на сушата, управување со водните ресурси и метеоролошки истражувања. Опремата за следење на врнежите, како основна алатка за собирање податоци за врнежите, еволуираше од традиционални механички мерачи на дожд до интелигентни сензорски системи кои ги интегрираат технологиите на Интернет на нештата и вештачката интелигенција. Оваа статија сеопфатно ќе ги претстави техничките карактеристики и разновидните сценарија за примена на мерачите на дожд и сензорите за врнежи, и ќе ја анализира моменталната состојба на примена на глобалната технологија за следење на гасови. Посебно внимание ќе се посвети на трендовите во развојот во областа на следењето на гасови во земји како Кина и САД, презентирајќи им го на читателите најновиот напредок и идните трендови на технологијата за следење на врнежите.
Технолошката еволуција и основните карактеристики на опремата за следење на врнежите
Врнежите, како клучна алка во водниот циклус, нивното прецизно мерење е од големо значење за метеоролошката прогноза, хидролошките истражувања и раното предупредување од катастрофи. Опремата за следење на врнежите, по еден век развој, формираше комплетен технички спектар од традиционални механички уреди до високотехнолошки интелигентни сензори, задоволувајќи ги потребите за следење во различни сценарија. Сегашната главна опрема за следење на врнежите главно вклучува традиционални мерачи на дожд, мерачи на дожд со превртување и новите пиезоелектрични сензори за дожд итн. Секој од нив има свои карактеристики и покажува очигледни диференцирани карактеристики во однос на точноста, сигурноста и применливите средини.
Традиционалниот дождомер претставува најфундаментален метод за мерење на врнежите. Неговиот дизајн е едноставен, но ефикасен. Стандардните дождомери обично се изработени од не'рѓосувачки челик, со дијаметар за задржување на вода од Ф200 ± 0,6 mm. Тие можат да мерат врнежи од дожд со интензитет од ≤4 mm/мин, со резолуција од 0,2 mm (што одговара на 6,28 ml волумен на вода). Под услови на статичко тестирање во затворен простор, нивната точност може да достигне ±4%. Овој механички уред не бара надворешно напојување и работи врз основа на чисти физички принципи. Се одликува со висока сигурност и лесно одржување. Дизајнот на изгледот на дождомерот е исто така доста прецизен. Излезот за дожд е направен од лим од не'рѓосувачки челик преку целокупно печат и цртање, со висок степен на мазност, што може ефикасно да ја намали грешката предизвикана од задржување на водата. Хоризонталниот меур за прилагодување внатре им помага на корисниците да ја прилагодат опремата во најдобра работна состојба. Иако традиционалните дождомери имаат ограничувања во однос на автоматизацијата и функционалната скалабилност, авторитетот на нивните податоци за мерење ги прави сè уште референтна опрема за метеоролошките и хидролошките оддели за спроведување деловни набљудувања и споредби до ден-денес.
Сензорот за дождомер со кофа за превртување постигна скок во автоматизираното мерење и излез на податоци врз основа на традиционалниот цилиндар за дождомер. Овој тип на сензор ги претвора врнежите во електричен сигнал преку внимателно дизајниран механизам за кофа со двојно превртување - кога една од кофите ќе прими вода до однапред одредена вредност (обично 0,1 mm или 0,2 mm врнежи), таа се превртува сама по себе поради гравитацијата, а во исто време генерира пулсен сигнал 710 преку механизмот за прекинувач од магнетен челик и трска. Сензорот за дождомер FF-YL произведен од Hebei Feimeng Electronic Technology Co., Ltd. е типичен претставник. Овој уред ја користи компонентата на кофата за превртување формирана со вбризгување на инженерска пластика. Системот за потпора е добро произведен и има мал момент на отпор на триење. Затоа, е чувствителен на превртување и има стабилни перформанси. Сензорот за дождомер со кофа за превртување има добра линеарност и силна способност против пречки. Покрај тоа, инката е дизајнирана со мрежести дупки за да се спречи лисјата и другите остатоци да го блокираат течењето на дождовницата надолу, што значително ја подобрува сигурноста на работата во надворешни средини. Дождомерот од серијата TE525MM за кофи со превртување на компанијата Campbell Scientific во Соединетите Американски Држави ја подобри точноста на мерењето на секоја кофа на 0,1 mm. Покрај тоа, влијанието на силниот ветер врз точноста на мерењето може да се намали со избирање на ветробранско стакло или може да се опреми безжичен интерфејс за да се постигне далечински пренос на податоци 10.
Пиезоелектричниот сензор за дождомер претставува највисоко ниво на моментална технологија за следење на дождот. Тој целосно ги отфрла механичките подвижни делови и користи пиезоелектричен филм PVDF како уред за мерење на дождот. Ги мери врнежите со анализа на сигналот за кинетичка енергија генериран од ударот на капките дожд. Пиезоелектричниот сензор за дожд FT-Y1, развиен од Shandong Fengtu Internet of Things Technology Co., Ltd., е типичен производ на оваа технологија. Користи вградена невронска мрежа со вештачка интелигенција за да ги разликува сигналите од капките дожд и може ефикасно да избегне лажни активирања предизвикани од пречки како што се песок, прашина и вибрации 25. Овој сензор има многу револуционерни предности: интегриран дизајн без изложени компоненти и можност за филтрирање на сигналите за пречки од околината; Опсегот на мерење е широк (0-4 mm/мин), а резолуцијата е висока до 0,01 mm. Фреквенцијата на земање примероци е брза (<1 секунда) и може точно да го следи времетраењето на врнежите до секунда. И усвојува дизајн на контактна површина во форма на лак, не складира дождовница и навистина постигнува работа без одржување. Работниот температурен опсег на пиезоелектричните сензори е исклучително широк (-40 до 85℃), со потрошувачка на енергија од само 0,12W. Комуникацијата на податоци се постигнува преку RS485 интерфејсот и MODBUS протоколот, што го прави многу погоден за градење на дистрибуирана интелигентна мрежа за мониторинг.
Табела: Споредба на перформансите на главната опрема за следење на врнежите од дожд
Тип на опрема, принцип на работа, предности и недостатоци, типична прецизност, применливи сценарија
Традиционалниот дождомер директно собира дождовница за мерење, има едноставна структура, висока сигурност, нема потреба од напојување и рачно отчитување, како и единствена функција од ±4% метеоролошки референтни станици и точки за рачно набљудување.
Механизмот за кофа за дождомер на кофата за превртување ги претвора врнежите од дожд во електрични сигнали за автоматско мерење. Податоците се лесни за пренесување. Механичките компоненти може да се истрошат и да бараат редовно одржување. ±3% (интензитет на дожд 2 mm/min) автоматска метеоролошка станица, хидролошки точки за следење
Пиезоелектричниот сензор за дождомер генерира електрични сигнали од кинетичката енергија на капките дожд за анализа. Нема подвижни делови, висока резолуција, релативно висока цена против пречки и бара алгоритам за обработка на сигнали од ≤±4% за сообраќајна метеорологија, автоматски станици на терен и паметни градови.
Покрај фиксната опрема за мониторинг на земјата, технологијата за мерење на врнежи се развива и кон мониторинг на далечинско набљудување базиран на вселената и воздухот. Радарот за дожд базиран на земја го одредува интензитетот на врнежите со емитување електромагнетни бранови и анализа на расфрланите еха од облаци и честички од дожд. Може да постигне континуирано мониторирање на големи размери, но е во голема мера под влијание на оклузијата на теренот и урбаните згради. Технологијата за сателитско далечинско набљудување ги „превидува“ врнежите на Земјата од вселената. Меѓу нив, пасивното микробраново далечинско набљудување го користи интерференцијата на честичките од врнежите врз позадинското зрачење за инверзија, додека активното микробраново далечинско набљудување (како што е DPR радарот на сателитот GPM) директно емитува сигнали и прима еха, и го пресметува интензитетот на врнежите 49 преку ZR релацијата (Z=aR^b). Иако технологијата за далечинско набљудување има широка покриеност, нејзината точност сè уште зависи од калибрацијата на податоците од мерачот на дожд на земјата. На пример, проценката во сливот на реката Лаоха во Кина покажува дека отстапувањето помеѓу сателитскиот производ од врнежите 3B42V6 и набљудувањата на терен е 21%, додека отстапувањето на производот во реално време 3B42RT е дури 81%.
При изборот на опрема за следење на врнежите, потребно е сеопфатно да се земат предвид фактори како што се точноста на мерењето, прилагодливоста кон животната средина, барањата за одржување и цената. Традиционалните мерачи на дожд се погодни како референтна опрема за верификација на податоци. Мерачот на дожд со кофа за превртување воспоставува рамнотежа помеѓу цената и перформансите и е стандардна конфигурација кај автоматските метеоролошки станици. Пиезоелектричните сензори, со нивната извонредна прилагодливост кон животната средина и интелигентно ниво, постепено ја прошируваат својата примена во областа на специјалното следење. Со развојот на технологиите за Интернет на нештата и вештачка интелигенција, мултитехнолошката интегрирана мрежа за следење ќе стане тренд во иднина, постигнувајќи сеопфатен систем за следење на врнежите што ги комбинира точките и површините и ги интегрира воздухот и земјата.
Разновидни сценарија за примена на опрема за следење на врнежи од дожд
Податоците за врнежите, како фундаментален метеоролошки и хидролошки параметар, ги проширија своите полиња на примена од традиционално метеоролошко набљудување до повеќе аспекти како што се контрола на поплави во урбаните средини, земјоделско производство и управување со сообраќајот, формирајќи сеопфатен модел на примена што опфаќа важни индустрии на националната економија. Со напредокот на технологијата за следење и подобрувањето на можностите за анализа на податоци, опремата за следење на врнежите игра клучна улога во повеќе сценарија, обезбедувајќи научна основа за човечкото општество да се справи со предизвиците поврзани со климатските промени и водните ресурси.
Метеоролошки и хидролошки мониторинг и рано предупредување од катастрофи
Метеоролошкиот и хидролошкиот мониторинг е најтрадиционалната и најважната област на примена на опремата за врнежи. Во националната мрежа на метеоролошки станици за набљудување, дождомерите и дождомерите со преклопна кофа ја сочинуваат инфраструктурата за собирање податоци за врнежите. Овие податоци не се само важни влезни параметри за прогнозирање на времето, туку и основни податоци за истражување на климата. Мрежата за дождомери на MESO-скала (MESONET) воспоставена во Мумбаи ја покажа вредноста на мрежата за мониторинг со висока густина - со анализа на податоците од сезоната на монсуни од 2020 до 2022 година, истражувачите успешно пресметаа дека просечната брзина на движење на обилните дождови била 10,3-17,4 километри на час, а насоката била помеѓу 253-260 степени. Овие наоди се од големо значење за подобрување на моделот за прогнозирање на урбаните дождови. Во Кина, „14-тиот петгодишен план за хидролошки развој“ јасно наведува дека е потребно да се подобри мрежата за хидролошко мониторирање, да се зголеми густината и точноста на мониторингот на врнежите и да се обезбеди поддршка за контрола на поплавите и донесување одлуки за олеснување од суша.
Во системот за рано предупредување од поплави, податоците за следење на врнежите во реално време играат незаменлива улога. Сензорите за врнежи се широко користени во хидролошките системи за автоматско следење и известување насочени кон контрола на поплави, диспечерирање на водоснабдувањето и управување со состојбата на водата во електраните и акумулациите. Кога интензитетот на врнежите ќе го надмине претходно поставениот праг, системот може автоматски да активира предупредување за да ги потсети областите низводно да се подготват за контрола на поплави. На пример, сензорот за врнежи од дожд FF-YL со кофа за превртување има функција за хиерархиски аларм за врнежи од дожд со три периоди. Може да издава различни нивоа на звучни, светлосни и гласовни аларми врз основа на акумулираните врнежи од дожд, со што се заработува драгоцено време за спречување и ублажување на катастрофи. Решението за безжично следење на врнежите од дожд на компанијата Campbell Scientific во Соединетите Американски Држави реализира пренос на податоци во реално време преку интерфејсот од серијата CWS900, значително подобрувајќи ја ефикасноста на следењето за 10%.
Урбано управување и примена на транспорт
Изградбата на паметни градови донесе нови сценарија за примена во технологијата за следење на врнежите. При следењето на урбаните системи за одводнување, дистрибуираните распоредени сензори за врнежи можат да го опфатат интензитетот на врнежите во секоја област во реално време. Во комбинација со моделот на дренажна мрежа, тие можат да го предвидат ризикот од поплави во урбаните средини и да го оптимизираат распоредувањето на пумпните станици. Пиезоелектричните сензори за дожд, со нивната компактна големина (како што е FT-Y1) и силната прилагодливост кон животната средина, се особено погодни за скриена инсталација во урбани средини 25. Одделенијата за контрола на поплави во мегаградови како Пекинг започнаа со пилотирање на интелигентни мрежи за следење на врнежите базирани на Интернет на нештата. Преку фузија на податоци од повеќе сензори, тие имаат за цел да постигнат прецизно предвидување и брз одговор на урбаните поплави.
Во областа на управувањето со сообраќајот, сензорите за дожд станаа важна компонента на интелигентните транспортни системи. Уредите за врнежи од дожд инсталирани по автопатите и градските автопати можат да го следат интензитетот на врнежите во реално време. Кога ќе се детектираат обилни врнежи од дожд, тие автоматски ќе активираат знаци со променливи пораки за да издадат предупредувања за ограничување на брзината или да го активираат системот за одводнување во тунелот. Уште позначајно е популарноста на сензорите за дожд во автомобилите - овие оптички или капацитивни сензори, обично скриени зад предното ветробранско стакло, можат автоматски да ја прилагодат брзината на бришачите според количината на дожд што паѓа на стаклото, значително подобрувајќи ја безбедноста при возење во дождливо време. Глобалниот пазар на сензори за дожд во автомобилите е главно доминиран од добавувачи како што се Костар, Бош и Денсо. Овие прецизни уреди претставуваат најсовремена технологија за сензори за дожд.
Земјоделско производство и еколошки истражувања
Развојот на прецизното земјоделство е неразделно од следењето на врнежите на терен. Податоците за врнежите им помагаат на земјоделците да ги оптимизираат плановите за наводнување, избегнувајќи трошење вода, а воедно осигурувајќи се дека се задоволени потребите за вода на земјоделските култури. Сензорите за дожд (како што се мерачите на дожд од не'рѓосувачки челик) опремени во земјоделските и шумарските метеоролошки станици имаат карактеристики на силна отпорност на 'рѓа и одличен квалитет на изглед, и можат стабилно да работат во дива средина долго време. Во ридските и планинските области, дистрибуираната мрежа за следење на врнежите може да ги долови просторните разлики во врнежите и да обезбеди персонализирани земјоделски совети за различни парцели. Некои напредни фарми почнаа да се обидуваат да ги поврзат податоците за врнежите со автоматски системи за наводнување за да постигнат вистинско интелигентно управување со водата.
Истражувањата во екохидрологијата, исто така, се потпираат на висококвалитетни набљудувања на врнежите. Во проучувањето на шумските екосистеми, следењето на врнежите во рамките на шумата може да го анализира ефектот на пресретнување на крошната врз врнежите. Во заштитата на мочуриштата, податоците за врнежите се клучен влезен фактор за пресметка на водниот биланс; Во областа на зачувувањето на почвата и водата, информациите за интензитетот на дождот се директно поврзани со точноста на моделите на ерозија на почвата 17. Истражувачите во сливот на реката Олд Ха во Кина користеле податоци од земјените мерачи на дожд за да ја проценат точноста на сателитските производи за врнежи како што се TRMM и CMORPH, обезбедувајќи вредна основа за подобрување на алгоритмите за далечинско набљудување. Овој вид метод на следење „комбиниран простор-земја“ станува нова парадигма во екохидролошките истражувања.
Специјални области и нови апликации
Енергетската индустрија, исто така, почна да придава важност на вредноста на следењето на врнежите. Ветерните фарми користат податоци за врнежите за да го проценат ризикот од замрзнување на лопатките, додека хидроцентралите ги оптимизираат своите планови за производство на енергија врз основа на прогнозата за врнежите во сливот. Пиезоелектричниот сензор за дождомер FT-Y1 е применет во системот за следење на животната средина на ветерните фарми. Неговиот широк опсег на работна температура од -40 до 85℃ е особено погоден за долгорочен мониторинг во сурови климатски услови.
Аерокосмичката област има посебни барања за следење на врнежите. Мрежата за следење на врнежите околу аеродромската писта гарантира безбедност во воздухопловството, додека местото за лансирање на ракетите треба прецизно да ја разбере ситуацијата со врнежите за да се осигури безбедноста на лансирањето. Меѓу овие клучни апликации, високо сигурните мерачи на дожд со кофа (како што е Campbell TE525MM) често се избираат како основни сензори. Нивната точност од ±1% (под интензитет на дожд од ≤10 mm/час) и дизајнот што може да се опреми со ветроотпорни прстени ги исполнуваат строгите индустриски стандарди 10.
Областите на научно истражување и образование, исто така, ја прошируваат примената на опремата за следење на врнежите. Сензорите за врнежи се користат како наставна и експериментална опрема на студиите по метеорологија, хидрологија и еколошки науки во колеџите и техничките средни училишта за да им помогнат на учениците да го разберат принципот на мерење на врнежите. Проектите на граѓанската наука го поттикнуваат учеството на јавноста во набљудувањето на врнежите и го прошируваат опфатот на мрежата за следење со користење на нискобуџетни мерачи на дожд. Образовната програма GPM (Глобално мерење на врнежите) во Соединетите Американски Држави живописно ги демонстрира принципите и примените на технологијата за далечинско набљудување на учениците преку компаративна анализа на сателитски и копнени податоци за врнежите.
Со развојот на Интернет на нештата, големите податоци и технологиите за вештачка интелигенција, следењето на врнежите од дожд еволуира од мерење на единечни врнежи до повеќепараметарска колаборативна перцепција и интелигентна поддршка на одлуките. Идниот систем за следење на врнежите од дожд ќе биде поблиску интегриран со други сензори за животната средина (како што се влажност, брзина на ветерот, влажност на почвата итн.) за да се формира сеопфатна мрежа за перцепција на животната средина, обезбедувајќи посеопфатна и поточна поддршка на податоци за човечкото општество за справување со предизвиците со климатските промени и водните ресурси.
Споредба на моменталниот статус на примена на глобалната технологија за следење на гасот со земјите
Технологијата за следење на гасови, како и следењето на врнежите, е важна компонента во областа на перцепцијата на животната средина и игра клучна улога во глобалните климатски промени, индустриската безбедност, јавното здравје и други аспекти. Врз основа на нивните индустриски структури, политики за животна средина и технолошки нивоа, различните земји и региони претставуваат карактеристични модели на развој во истражувањето и примената на технологиите за следење на гасови. Како голема земја-производител и брзорастечки центар за технолошки иновации, Кина постигна извонреден напредок во истражувањето, развојот и примената на сензори за гасови. Соединетите Американски Држави, потпирајќи се на својата силна технолошка сила и комплетен систем за стандарди, одржуваат водечка позиција во технологијата за следење на гасови и областите со висока вредност. Европските земји ја промовираат иновацијата на технологиите за следење со строги прописи за заштита на животната средина. Јапонија и Јужна Кореја заземаат важни позиции во областите на потрошувачката електроника и сензорите за гас за автомобили.
Развој и примена на технологија за следење на гас во Кина
Технологијата за следење на гас во Кина покажа забрзан тренд на развој во последниве години и постигна извонреден напредок во повеќе области како што се индустриската безбедност, следењето на животната средина и медицинското здравје. Политичките насоки се важна движечка сила за брзата експанзија на пазарот за следење на гас во Кина. „14-тиот петгодишен план за безбедно производство на опасни хемикалии“ јасно бара од хемиските индустриски паркови да воспостават систем за следење и рано предупредување за токсични и штетни гасови со целосна покриеност и да промовираат изградба на интелигентна платформа за контрола на ризикот. Според оваа политичка позадина, опремата за следење на домашниот гас е широко применета во индустриите со висок ризик, како што се петрохемикалијата и рудниците за јаглен. На пример, електрохемиските детектори за токсичен гас и инфрацрвените детектори за запалив гас станаа стандардни конфигурации за индустриска безбедност.
Во областа на мониторингот на животната средина, Кина воспостави најголема мрежа за мониторинг на квалитетот на воздухот во светот, која опфаќа 338 градови на ниво на префектура и повеќе низ целата земја. Оваа мрежа главно следи шест параметри, имено SO₂, NO₂, CO, O₃, PM₂.₅ и PM₁₀, меѓу кои првите четири се гасовити загадувачи. Податоците од Националниот центар за мониторинг на животната средина на Кина покажуваат дека од 2024 година, постојат над 1.400 станици за мониторинг на квалитетот на воздухот на национално ниво, сите опремени со автоматски анализатори на гас. Податоците во реално време се достапни за јавноста преку „Националната платформа за објавување во реално време за квалитетот на урбаниот воздух“. Овој капацитет за мониторинг на голем обем и со висока густина обезбедува научна основа за активностите на Кина за спречување и контрола на загадувањето на воздухот.
Ве молиме контактирајте ја Honde Technology Co., LTD.
Email: info@hondetech.com
Веб-страница на компанијата:www.hondetechco.com
Тел: +86-15210548582
Време на објавување: 11 јуни 2025 година