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翻斗式雨量计翻斗旋转时间特性分析

廖敏涵 刘九夫 廖爱民 黄一昕 蔡钊 闵星 李薛刚

廖敏涵,刘九夫,廖爱民,等. 翻斗式雨量计翻斗旋转时间特性分析[J]. 水利水运工程学报,2020(4):119-126 doi:  10.12170/20190610001
引用本文: 廖敏涵,刘九夫,廖爱民,等. 翻斗式雨量计翻斗旋转时间特性分析[J]. 水利水运工程学报,2020(4):119-126 doi:  10.12170/20190610001
(LIAO Minhan, LIU Jiufu, LIAO Aimin, et al. Analysis of tipping time characteristics of tipping bucket rain gauge[J]. Hydro-Science and Engineering, 2020(4): 119-126. (in Chinese)) doi:  10.12170/20190610001
Citation: (LIAO Minhan, LIU Jiufu, LIAO Aimin, et al. Analysis of tipping time characteristics of tipping bucket rain gauge[J]. Hydro-Science and Engineering, 2020(4): 119-126. (in Chinese)) doi:  10.12170/20190610001

翻斗式雨量计翻斗旋转时间特性分析

doi: 10.12170/20190610001
基金项目: 国家自然科学基金资助项目(91647203, 51609145);国家重点研发计划资助项目(2017YFC0405700);中央级公益性科研院所基本科研业务费资助项目(Y517009)
详细信息
    作者简介:

    廖敏涵(1995—),男,江西赣州人,博士研究生,主要从事水文学及水资源方面的研究。E-mail:mhliao666@163.com

    通讯作者:

    刘九夫(E-mail:jfliu@nhri.cn

  • 中图分类号: P335+.1

Analysis of tipping time characteristics of tipping bucket rain gauge

  • 摘要: 在翻斗式雨量计的研究中,由于翻斗旋转速度较快,造成翻斗旋转时间的测量一直以来都是一个难点。利用图像处理中的帧间差分法,结合Matlab软件编程,提出了一种新的翻斗旋转时间测量方法。在此基础上,将该方法应用于4种常用的翻斗式雨量计,在不同的雨强尺度下分别进行试验研究,分析翻斗旋转的时间特性。结果表明:(1)试验中使用的4种单层翻斗式雨量计的翻斗旋转时间在小雨强下不稳定,波动较大;在大雨强下较为稳定,波动较小。(2)JDZ02和CQS·JD02的翻斗旋转时间随雨强的增大而减小,呈较好的线性关系,R2分别为0.99和0.86;JDZ05和CQS·JD05的线性关系不明显,R2均小于0.6。(3)引入数字图像处理中的帧间差分法可以有效获取翻斗旋转的时间特性,并加深对翻斗雨量计的认识。
  • 图  1  4种型号的翻斗式雨量计

    Figure  1.  Photos of four types of tipping bucket rain gauges

    图  2  智能化的翻斗式雨量计率定系统

    Figure  2.  Intelligent tipping bucket rain gauge calibration system

    图  3  帧间差分法的结果

    Figure  3.  The result of the inter-frame difference algorithm

    图  4  翻斗旋转过程的一个例子

    Figure  4.  An example of the bucket rotation

    图  5  翻斗旋转时间与雨强的关系

    Figure  5.  Relationship of rotation time of tipping bucket with rainfall intensity

    表  1  4种翻斗式雨量计的基本参数

    Table  1.   Basic characteristics of four types of tipping bucket rain gauges

    雨量计
    类型
    分辨率/
    mm
    理论单翻斗
    感应量/g
    承雨器
    面积/ cm2
    翻斗旋转的
    角度/°
    JDZ020.26.28314.226.4
    JDZ050.515.71314.239.4
    CQS·JD020.26.28314.217.5
    CQS·JD050.515.71314.225.0
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    表  2  视频帧数对比试验结果

    Table  2.   Comparison of video frame rates

    帧数/fps雨强/
    (mm·min−1)
    T1/sT2/s
    最小值最大值极差平均值标准差最小值最大值极差平均值标准差
    50 4.0 0.24 0.34 0.10 0.282 0.031 0.30 0.40 0.10 0.350 0.031
    3.0 0.26 0.36 0.10 0.300 0.027 0.32 0.42 0.10 0.367 0.030
    2.0 0.26 0.34 0.08 0.300 0.029 0.32 0.42 0.10 0.368 0.030
    1.0 0.26 0.38 0.12 0.327 0.038 0.34 0.46 0.12 0.394 0.037
    100 4.0 0.23 0.30 0.07 0.264 0.021 0.29 0.36 0.07 0.324 0.021
    3.0 0.23 0.30 0.07 0.268 0.022 0.29 0.36 0.07 0.328 0.022
    2.0 0.22 0.29 0.07 0.257 0.023 0.28 0.35 0.07 0.317 0.023
    1.0 0.25 0.32 0.07 0.280 0.032 0.31 0.38 0.07 0.340 0.032
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    表  3  4种类型的翻斗式雨量计在不同雨强下的试验结果

    Table  3.   Test results of four types of tipping bucket rain gauges under different rainfall intensities

    雨强/
    (mm·min−1)
    JDZ02翻斗式雨量计
    T1/sT2/s
    最小值最大值极差平均值标准差最小值最大值极差平均值标准差
    4.00.210.290.080.2480.0230.260.350.090.3030.027
    3.00.220.330.110.2620.0320.270.390.120.3180.036
    2.00.220.360.140.2670.0380.270.420.150.3230.041
    1.00.240.440.200.2830.0460.290.500.210.3390.050
    0.40.230.440.210.3090.0620.280.500.220.3660.067
    雨强/
    (mm·min−1)
    JDZ05翻斗式雨量计
    T1/sT2/s
    最小值最大值极差平均值标准差最小值最大值极差平均值标准差
    4.00.250.300.050.2790.0140.310.360.050.3400.015
    3.00.270.360.090.3010.0240.330.420.090.3610.024
    2.00.260.330.070.2910.0180.320.390.070.3530.018
    1.00.260.360.100.3000.0280.320.420.100.3610.028
    0.40.250.390.140.3170.0340.320.450.130.3790.034
    雨强/
    (mm·min−1)
    CQS·JD02翻斗式雨量计
    T1/sT2/s
    最小值最大值极差平均值标准差最小值最大值极差平均值标准差
    4.00.200.280.080.2400.0240.250.340.090.3000.028
    3.00.220.280.060.2500.0260.280.340.060.3110.027
    2.00.210.290.080.2570.0270.270.360.090.3190.030
    1.00.230.300.070.2690.0270.290.370.080.3310.029
    0.40.240.310.070.2750.0650.290.370.080.3350.082
    雨强/
    (mm·min−1)
    CQS·JD05翻斗式雨量计
    T1/sT2/s
    最小值最大值极差平均值标准差最小值最大值极差平均值标准差
    4.00.240.340.100.2870.0350.300.400.100.3440.037
    3.00.260.360.100.3060.0400.310.420.110.3630.043
    2.00.280.390.110.3290.0410.330.450.120.3860.043
    1.00.280.410.130.3360.0450.340.470.130.3950.045
    0.40.260.370.110.3070.0380.310.430.120.3650.040
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  • [1] 关铁生, 姚惠明, 许钦, 等. 辽河区极端暴雨特性及其天气成因分析[J]. 水利水运工程学报,2015(2):18-25. (GUAN Tiesheng, YAO Huiming, XU Qin, et al. Characteristics and weather causes of extreme rainstorms in Liaohe River region[J]. Hydro-Science and Engineering, 2015(2): 18-25. (in Chinese)
    [2] 范梦歌, 刘九夫. 基于聚类分析的水文相似流域研究[J]. 水利水运工程学报,2015(4):106-111. (FAN Mengge, LIU Jiufu. Analysis of hydrologically similar basins based on clustering analysis[J]. Hydro-Science and Engineering, 2015(4): 106-111. (in Chinese)
    [3] UPTON G J G, RAHIMI A R. On-line detection of errors in tipping-bucket raingauges[J]. Journal of Hydrology, 2003, 278(1/4): 197-212. doi:  10.1016/S0022-1694(03)00142-2
    [4] BISWAS A K. Development of rain gages[J]. Journal of the Irrigation and Drainage Division, 1967, 93(3): 99-124.
    [5] VASVÁRI V. Calibration of tipping bucket rain gauges in the Graz urban research area[J]. Atmospheric Research, 2005, 77(1/4): 18-28. doi:  10.1016/j.atmosres.2004.12.012
    [6] LANZA L, STAGI L. High resolution performance of catching type rain gauges from the laboratory phase of the WMO field intercomparison of rain intensity gauges[J]. Atmospheric Research, 2009, 94(4): 555-563. doi:  10.1016/j.atmosres.2009.04.012
    [7] COLLI M, LANZA L G, LA BARBERA P, et al. Measurement accuracy of weighing and tipping-bucket rainfall intensity gauges under dynamic laboratory testing[J]. Atmospheric Research, 2014, 144: 186-194. doi:  10.1016/j.atmosres.2013.08.007
    [8] BURT S. British rainfall 1860-1993[J]. Weather, 2010, 65(5): 121-128. doi:  10.1002/wea.603
    [9] LANZA L, LEROY M, ALEXANDROPOULOS C, et al. WMO laboratory intercomparison of rainfall intensity gauges[R]. Geneva: WMO, 2006.
    [10] HUMPHREY M D, ISTOK J D, LEE J Y, et al. A new method for automated dynamic calibration of tipping-bucket rain gauges[J]. Journal of Atmospheric and Oceanic Technology, 1997, 14(6): 1513-1519. doi:  10.1175/1520-0426(1997)014<1513:ANMFAD>2.0.CO;2
    [11] MARSALEK J. Calibration of the tipping-bucket raingage[J]. Journal of Hydrology, 1981, 53(3/4): 343-354. doi:  10.1016/0022-1694(81)90010-X
    [12] LIAO M H, LIU J F, LIAO A M, et al. Investigation of tipping-bucket rain gauges using digital photographic technology[J]. Journal of Atmospheric and Oceanic Technology, 2020, 37(2): 327-339.
    [13] 廖敏涵, 刘九夫, 廖爱民, 等. 三种JDZ型翻斗式雨量计性能比对实验研究[J]. 水文,2020,40(1):29-34. (LIAO Minhan, LIU Jiufu, LIAO Aimin, et al. Experimental investigation on comparison of three types of JDZ tipping bucket rain gauge[J]. Journal of China Hydrology, 2020, 40(1): 29-34. (in Chinese) doi:  10.1016/0022-1694(78)90013-6
    [14] OVERGAARD S, EL-SHAARAWI A H, ARNBJERG-NIELSEN K, et al. Calibration of tipping bucket rain gauges[J]. Water Science and Technology, 1998, 37(11): 139-145. doi:  10.2166/wst.1998.0454
    [15] SHEDEKAR V S, KING K W, FAUSEY N R, et al. Assessment of measurement errors and dynamic calibration methods for three different tipping bucket rain gauges[J]. Atmospheric Research, 2016, 178/179: 445-458. doi:  10.1016/j.atmosres.2016.04.016
    [16] DUCHON C, FIEBRICH C, GRIMSLEY D. Using high-speed photography to study undercatch in tipping-bucket rain gauges[J]. Journal of Atmospheric and Oceanic Technology, 2014, 31(6): 1330-1336. doi:  10.1175/JTECH-D-13-00169.1
    [17] PATHAN I, CHAUHAN C. A survey on moving object detection and tracking methods[J]. International Journal of Computer Science and Information Technologies, 2015, 6(6): 5212-5215.
    [18] LI W J, YAO J G, DONG T Z, et al. Moving vehicle detection based on an improved interframe difference and a Gaussian model[C]//Proceedings of 2015 International Congress on Image and Signal Processing. Shenyang: IEEE, 2015: 969-973.
    [19] WENG M Y, HUANG G C, DA X Y. A new interframe difference algorithm for moving target detection[C]//Proceedings of 2010 International Congress on Image and Signal Processing. Yantai: IEEE, 2010: 285-289.
    [20] SIMIĆ M, MAKSIMOVIĆ Č. Effect of the siphon control on the dynamic characteristics of a tipping bucket raingauge[J]. Hydrological Sciences Journal, 1994, 39(1): 35-46. doi:  10.1080/02626669409492718
  • [1] 张丰, 白银, 蔡跃波.  新型低温早强剂的制备与性能研究 . 水利水运工程学报, 2020, (2): 36-45. doi: 10.12170/20190320003
    [2] 王晓刚, 李云, 何飞飞, 宣国祥, 王彪.  竖缝式鱼道休息池水动力特性研究 . 水利水运工程学报, 2020, (1): 40-50. doi: 10.12170/20181130002
    [3] 姚原, 顾正华, 李云, 辜樵亚, 范子武.  森林覆盖率变化对流域洪水特性影响的数值模拟 . 水利水运工程学报, 2020, (1): 9-15. doi: 10.12170/20190501003
    [4] 余欣, 侯素珍, 李勇, 史学建.  黄河无定河流域“2017.7.26”洪水泥沙来源辨析 . 水利水运工程学报, 2019, (6): 31-37. doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2019.06.004
    [5] 杨剑, 黎冰, 杜杰.  吸力式沉箱组合基础承载特性研究 . 水利水运工程学报, 2018, (1): 73-79.
    [6] 陈红, 嵇阳, 唐立模, 吴严君.  基于PID参数自整定的河工模型尾门控制 . 水利水运工程学报, 2018, (1): 27-31.
    [7] 张幸农, 高翔宇, 窦希萍.  泥沙模型时间变态影响消减措施探讨 . 水利水运工程学报, 2018, (3): 1-7.
    [8] 简富献, 张宏伟, 张钧堂, 游克勤.  浸水时间对砂泥岩填料压缩特性影响试验研究 . 水利水运工程学报, 2016, (4): 111-117.
    [9] 丁晶晶, 陆 彦, 陆永军.  台阶式丁坝水动力特性及防冲效应 . 水利水运工程学报, 2014, (5): 67-74.
    [10] 刘 肖, 陈青生, 魏小旺.  参数率定方案对水温数值模拟结果的影响 . 水利水运工程学报, 2014, (4): 82-86.
    [11] 韩曾萃,曹颖,尤爱菊.  强涌潮河口河相关系及其验证 . 水利水运工程学报, 2009, (4): -.
    [12] 季荣耀,陆永军.  强潮河口水沙动力过程研究进展 . 水利水运工程学报, 2008, (3): -.
    [13] 国家科技支撑计划“雨洪资源利用技术研究及应用”项目进展情况汇报及专家咨询会在长春召开 . 水利水运工程学报, 2008, (1): 77-.
    [14] 罗肇森.  河口治导线放宽率的计算 . 水利水运工程学报, 2004, (2): 55-58.
    [15] 张子明,郑国芳,宋智通.  基于等效时间的早期混凝土温度裂缝分析 . 水利水运工程学报, 2004, (1): 41-44.
    [16] 华明,曹正浩,仲付维.  泵站斜式进水流道水力特性试验 . 水利水运工程学报, 2000, (4): -.
    [17] 韩同春.  水玻璃浆液的聚合时间探讨 . 水利水运工程学报, 1999, (3): 269-.
    [18] 叶铭勋.  砼孔隙率的测定 . 水利水运工程学报, 1997, (4): -.
    [19] 宓涌民,冬俊瑞.  戽式消力池的水力特性研究 . 水利水运工程学报, 1988, (1): -.
    [20] 王盛源.  强夯法加固松软地基 . 水利水运工程学报, 1985, (4): -.
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-06-10
  • 网络出版日期:  2020-08-17
  • 刊出日期:  2020-08-26

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