En el context de la intensificació del canvi climàtic global, el control precís de les precipitacions ha esdevingut cada cop més important per al control d'inundacions i l'alleujament de les sequeres, la gestió dels recursos hídrics i la recerca meteorològica. Els equips de monitorització de la pluja, com a eina fonamental per a la recollida de dades de precipitació, han evolucionat des dels pluviòmetres mecànics tradicionals fins a sistemes de sensors intel·ligents que integren tecnologies de la Internet de les Coses i la intel·ligència artificial. Aquest article presentarà de manera exhaustiva les característiques tècniques i els escenaris d'aplicació diversificats dels pluviòmetres i els sensors de pluja, i analitzarà l'estat actual de l'aplicació de la tecnologia global de monitorització de gasos. Es prestarà especial atenció a les tendències de desenvolupament en el camp de la monitorització de gasos en països com la Xina i els Estats Units, presentant als lectors els darrers avenços i les tendències futures de la tecnologia de monitorització de les precipitacions.
L'evolució tecnològica i les característiques principals dels equips de monitorització de la pluja
La precipitació, com a enllaç clau en el cicle de l'aigua, la seva mesura precisa és de gran importància per a la predicció meteorològica, la investigació hidrològica i l'alerta primerenca de desastres. Els equips de monitorització de la pluja, després d'un segle de desenvolupament, han format un espectre tècnic complet, des dels dispositius mecànics tradicionals fins als sensors intel·ligents d'alta tecnologia, satisfent les necessitats de monitorització en diferents escenaris. Els equips actuals de monitorització de la pluja inclouen principalment pluviòmetres tradicionals, pluviòmetres de cubell basculant i els sensors de pluja piezoelèctrics emergents, etc. Cadascun d'ells té les seves pròpies característiques i mostra trets diferenciats evidents pel que fa a precisió, fiabilitat i entorns aplicables.
El pluviòmetre tradicional representa el mètode més fonamental per mesurar la precipitació. El seu disseny és senzill però eficaç. Els pluviòmetres estàndard solen estar fets d'acer inoxidable, amb un diàmetre de retenció d'aigua de Ф200 ± 0,6 mm. Poden mesurar la pluja amb una intensitat de ≤ 4 mm/min, amb una resolució de 0,2 mm (corresponent a 6,28 ml de volum d'aigua). En condicions de prova estàtica en interiors, la seva precisió pot arribar a ± 4%. Aquest dispositiu mecànic no requereix una font d'alimentació externa i funciona basant-se en principis físics purs. Presenta una alta fiabilitat i un fàcil manteniment. El disseny d'aspecte del pluviòmetre també és força meticulós. La sortida de pluja està feta de xapa d'acer inoxidable mitjançant estampació i dibuix generals, amb un alt grau de suavitat, cosa que pot reduir eficaçment l'error causat per la retenció d'aigua. La bombolla d'ajust horitzontal que hi ha a l'interior ajuda els usuaris a ajustar l'equip al millor estat de funcionament. Tot i que els pluviòmetres tradicionals tenen limitacions pel que fa a l'automatització i l'escalabilitat funcional, l'autoritat de les seves dades de mesura els converteix en l'equip de referència per als departaments meteorològics i hidrològics per dur a terme observacions i comparacions empresarials fins avui.
El sensor de plujòmetre de cubell basculant ha aconseguit un salt en la mesura automatitzada i la sortida de dades sobre la base del cilindre pluviòmetre tradicional. Aquest tipus de sensor converteix la precipitació en un senyal elèctric mitjançant un mecanisme de doble cubell basculant acuradament dissenyat: quan un dels cubells rep aigua a un valor predeterminat (normalment 0,1 mm o 0,2 mm de precipitació), bolca per si mateix a causa de la gravetat i, alhora, genera un senyal de pols 710 a través del mecanisme magnètic d'acer i interruptor de canya. El sensor de plujòmetre FF-YL produït per Hebei Feimeng Electronic Technology Co., Ltd. n'és un representant típic. Aquest dispositiu adopta el component de cubell basculant format per emmotllament per injecció de plàstics d'enginyeria. El sistema de suport està ben fabricat i té un petit moment de resistència a la fricció. Per tant, és sensible al bolcat i té un rendiment estable. El sensor de plujòmetre de cubell basculant té una bona linealitat i una forta capacitat antiinterferències. A més, l'embut està dissenyat amb forats de malla per evitar que les fulles i altres restes bloquegin el flux d'aigua de pluja, cosa que millora considerablement la fiabilitat del treball en entorns exteriors. El pluviòmetre de cubell basculant de la sèrie TE525MM de Campbell Scientific Company als Estats Units ha millorat la precisió de mesura de cada cubell a 0,1 mm. A més, la influència del vent fort en la precisió de mesura es pot reduir seleccionant un parabrisa o equipant una interfície sense fil per aconseguir la transmissió remota de dades 10.
El sensor de pluja piezoelèctric representa el nivell més alt de la tecnologia actual de monitorització de la pluja. Descarta completament les peces mòbils mecàniques i utilitza una pel·lícula piezoelèctrica de PVDF com a dispositiu de detecció de pluja. Mesura la precipitació analitzant el senyal d'energia cinètica generat per l'impacte de les gotes de pluja. El sensor de pluja piezoelèctric FT-Y1 desenvolupat per Shandong Fengtu Internet of Things Technology Co., Ltd. és un producte típic d'aquesta tecnologia. Utilitza una xarxa neuronal d'IA integrada per distingir els senyals de les gotes de pluja i pot evitar eficaçment els falsos desencadenants causats per interferències com ara sorra, pols i vibracions 25. Aquest sensor té molts avantatges revolucionaris: un disseny integrat sense components exposats i la capacitat de filtrar els senyals d'interferència ambiental; el rang de mesura és ampli (0-4 mm/min) i la resolució és de fins a 0,01 mm. La freqüència de mostreig és ràpida (<1 segon) i pot controlar la durada de la pluja amb precisió fins al segon. Adopta un disseny de superfície de contacte en forma d'arc, no emmagatzema aigua de pluja i realment no requereix manteniment. El rang de temperatura de funcionament dels sensors piezoelèctrics és extremadament ampli (de -40 a 85 ℃), amb un consum d'energia de només 0,12 W. La comunicació de dades s'aconsegueix a través de la interfície RS485 i el protocol MODBUS, cosa que els fa molt adequats per construir una xarxa de monitorització intel·ligent distribuïda.
Taula: Comparació del rendiment dels equips de monitorització de precipitacions convencionals
Tipus d'equip, principi de funcionament, avantatges i desavantatges, precisió típica, escenaris aplicables
El pluviòmetre tradicional recull directament l'aigua de pluja per a la seva mesura, amb una estructura senzilla, alta fiabilitat, sense necessitat d'alimentació ni lectura manual, i una única funció d'estacions de referència meteorològiques de ±4% i punts d'observació manuals.
El mecanisme de plujòmetre basculant del cubell basculant converteix la pluja en senyals elèctrics per a la mesura automàtica. Les dades són fàcils de transmetre. Els components mecànics es poden desgastar i requereixen un manteniment regular. Estació meteorològica automàtica de ±3% (intensitat de pluja de 2 mm/min), punts de monitorització hidrològica
El sensor de plujòmetre piezoelèctric genera senyals elèctrics a partir de l'energia cinètica de les gotes de pluja per a la seva anàlisi. No té parts mòbils, té una alta resolució, un cost anti-interferències relativament alt i requereix un algorisme de processament de senyals de ≤±4% per a la meteorologia del trànsit, estacions automàtiques de camp i ciutats intel·ligents.
A més dels equips de monitorització fixos terrestres, la tecnologia de mesurament de la precipitació també s'està desenvolupant cap a la monitorització de la teledetecció espacial i aèria. El radar de pluja terrestre dedueix la intensitat de la precipitació emetent ones electromagnètiques i analitzant els ecos dispersos de les partícules de núvols i pluja. Pot aconseguir una monitorització contínua a gran escala, però es veu molt afectada per l'oclusió del terreny i els edificis urbans. La tecnologia de teledetecció per satèl·lit "passa per alt" les precipitacions de la Terra des de l'espai. Entre elles, la teledetecció passiva de microones utilitza la interferència de les partícules de precipitació sobre la radiació de fons per a la inversió, mentre que la teledetecció activa de microones (com el radar DPR del satèl·lit GPM) emet senyals directament i rep ecos, i calcula la intensitat de la precipitació 49 mitjançant la relació ZR (Z=aR^b). Tot i que la tecnologia de teledetecció té una àmplia cobertura, la seva precisió encara depèn de la calibració de les dades del pluviòmetre terrestre. Per exemple, l'avaluació a la conca del riu Laoha de la Xina mostra que la desviació entre el producte de precipitació del satèl·lit 3B42V6 i les observacions terrestres és del 21%, mentre que la desviació del producte en temps real 3B42RT és de fins al 81%.
La selecció d'equips de monitorització de la pluja ha de tenir en compte de manera exhaustiva factors com la precisió de la mesura, l'adaptabilitat ambiental, els requisits de manteniment i el cost. Els pluviòmetres tradicionals són adequats com a equips de referència per a la verificació de dades. El pluviòmetre de cubell basculant aconsegueix un equilibri entre cost i rendiment i és una configuració estàndard a les estacions meteorològiques automàtiques. Els sensors piezoelèctrics, amb la seva excel·lent adaptabilitat ambiental i el seu nivell d'intel·ligència, estan ampliant gradualment la seva aplicació en el camp de la monitorització especial. Amb el desenvolupament de la Internet de les Coses i les tecnologies d'intel·ligència artificial, una xarxa de monitorització integrada multitecnològica es convertirà en la tendència futura, aconseguint un sistema integral de monitorització de precipitacions que combini punts i superfícies i integri aire i terra.
Escenaris d'aplicació diversificats dels equips de monitorització de la pluja
Les dades de precipitació, com a paràmetre meteorològic i hidrològic fonamental, han ampliat els seus camps d'aplicació des de l'observació meteorològica tradicional fins a múltiples aspectes com el control d'inundacions urbanes, la producció agrícola i la gestió del trànsit, formant un patró d'aplicació integral que cobreix indústries importants de l'economia nacional. Amb l'avanç de la tecnologia de monitorització i la millora de les capacitats d'anàlisi de dades, els equips de monitorització de la pluja estan jugant un paper clau en més escenaris, proporcionant una base científica perquè la societat humana abordi els reptes del canvi climàtic i dels recursos hídrics.
Monitorització meteorològica i hidrològica i alerta primerenca de desastres
El monitoratge meteorològic i hidrològic és el camp d'aplicació més tradicional i important dels equips de pluja. A la xarxa nacional d'estacions d'observació meteorològica, els pluviòmetres i els pluviòmetres de cubell basculant constitueixen la infraestructura per a la recollida de dades de precipitació. Aquestes dades no només són paràmetres d'entrada importants per a la predicció meteorològica, sinó també dades bàsiques per a la investigació climàtica. La xarxa de pluviòmetres a escala MESO (MESONET) establerta a Mumbai ha demostrat el valor d'una xarxa de monitoratge d'alta densitat: analitzant les dades de la temporada monsònica del 2020 al 2022, els investigadors van calcular amb èxit que la velocitat mitjana de moviment de les pluges fortes era de 10,3-17,4 quilòmetres per hora, i la direcció era entre 253-260 graus. Aquestes troballes són de gran importància per millorar el model de predicció de tempestes urbanes. A la Xina, el "14è Pla quinquennal per al desenvolupament hidrològic" estableix clarament que cal millorar la xarxa de monitoratge hidrològic, augmentar la densitat i la precisió del monitoratge de les precipitacions i proporcionar suport a la presa de decisions sobre el control d'inundacions i l'alleujament de la sequera.
En el sistema d'alerta precoç d'inundacions, les dades de monitorització de la pluja en temps real tenen un paper irreemplaçable. Els sensors de pluja s'utilitzen àmpliament en sistemes automàtics de monitorització i informes hidrològics destinats al control d'inundacions, el despatx de subministrament d'aigua i la gestió de l'estat de l'aigua de centrals elèctriques i embassaments. Quan la intensitat de la pluja supera el llindar preestablert, el sistema pot activar automàticament un avís per recordar a les zones aigües avall que facin preparatius per al control d'inundacions. Per exemple, el sensor de pluja de cubell basculant FF-YL té una funció d'alarma jeràrquica de pluja de tres períodes. Pot emetre diferents nivells d'alarmes de so, llum i veu en funció de la pluja acumulada, guanyant així un temps preciós per a la prevenció i mitigació de desastres. La solució de monitorització de pluja sense fil de Campbell Scientific Company als Estats Units realitza la transmissió de dades en temps real a través de la interfície de la sèrie CWS900, millorant considerablement l'eficiència de la monitorització en un 10%.
Aplicacions de gestió urbana i transport
La construcció de ciutats intel·ligents ha portat nous escenaris d'aplicació a la tecnologia de monitorització de la pluja. En la monitorització dels sistemes de drenatge urbà, els sensors de pluja desplegats distribuïts poden captar la intensitat de la pluja a cada zona en temps real. Combinats amb el model de xarxa de drenatge, poden predir el risc d'inundacions urbanes i optimitzar el despatx de les estacions de bombament. Els sensors de pluja piezoelèctrics, amb la seva mida compacta (com ara FT-Y1) i la seva forta adaptabilitat ambiental, són particularment adequats per a la instal·lació oculta en entorns urbans 25. Els departaments de control d'inundacions de megaciutats com Pequín han començat a provar xarxes intel·ligents de monitorització de la pluja basades en la Internet de les Coses. Mitjançant la fusió de dades multisensor, pretenen aconseguir una predicció precisa i una resposta ràpida a les inundacions urbanes.
En el camp de la gestió del trànsit, els sensors de pluja s'han convertit en un component important dels sistemes de transport intel·ligent. Els dispositius de pluja instal·lats al llarg de les autopistes i les vies urbanes poden controlar la intensitat de les precipitacions en temps real. Quan es detecten pluges fortes, activen automàticament senyals de missatge variable per emetre avisos de límit de velocitat o activar el sistema de drenatge del túnel. El que és encara més remarcable és la popularitat dels sensors de pluja per a cotxes: aquests sensors òptics o capacitius, generalment amagats darrere del parabrisa davanter, poden ajustar automàticament la velocitat de l'eixugaparabrises segons la quantitat de pluja que cau sobre el vidre, millorant considerablement la seguretat de la conducció en temps de pluja. El mercat mundial de sensors de pluja per a automòbils està dominat principalment per proveïdors com Kostar, Bosch i Denso. Aquests dispositius de precisió representen el nivell més avantguardista de la tecnologia de detecció de pluja.
Producció agrícola i recerca ecològica
El desenvolupament de l'agricultura de precisió és inseparable del seguiment de les precipitacions a escala de camp. Les dades de pluja ajuden els agricultors a optimitzar els plans de reg, evitant el malbaratament d'aigua i garantint que es cobreixin les necessitats hídriques dels cultius. Els sensors de pluja (com ara els pluviòmetres d'acer inoxidable) equipats a les estacions meteorològiques agrícoles i forestals tenen les característiques d'una forta capacitat antioxidant i una excel·lent qualitat d'aspecte, i poden funcionar de manera estable en entorns salvatges durant molt de temps. A les zones muntanyoses i muntanyoses, una xarxa distribuïda de seguiment de la pluja pot capturar les diferències espacials en les precipitacions i proporcionar assessorament agrícola personalitzat per a diferents parcel·les. Algunes granges avançades han començat a intentar vincular les dades de pluja amb sistemes de reg automàtic per aconseguir una veritable gestió intel·ligent de l'aigua.
La recerca en ecohidrologia també es basa en observacions de precipitació d'alta qualitat. En l'estudi dels ecosistemes forestals, el seguiment de la pluja intraforestal pot analitzar l'efecte d'intercepció de la capçada sobre la precipitació. En la protecció de les zones humides, les dades de precipitació són una entrada clau per al càlcul del balanç hídric; en el camp de la conservació del sòl i l'aigua, la informació sobre la intensitat de la pluja està directament relacionada amb la precisió dels models d'erosió del sòl 17. Investigadors de la conca del riu Ha antic de la Xina van utilitzar dades de pluviòmetres terrestres per avaluar la precisió dels productes de precipitació per satèl·lit com ara TRMM i CMORPH, proporcionant una base valuosa per millorar els algoritmes de teledetecció. Aquest tipus de mètode de seguiment "combinat espai-terrestre" s'està convertint en un nou paradigma en la recerca en ecohidrologia.
Camps especials i aplicacions emergents
La indústria energètica també ha començat a donar importància al valor del control de la pluja. Els parcs eòlics utilitzen dades de pluja per avaluar el risc de gel de les pales, mentre que les centrals hidroelèctriques optimitzen els seus plans de generació d'energia en funció de la previsió de precipitacions de la conca. El sensor de plujòmetre piezoelèctric FT-Y1 s'ha aplicat al sistema de control ambiental dels parcs eòlics. El seu ampli rang de temperatura de funcionament de -40 a 85 ℃ és especialment adequat per al control a llarg termini en condicions climàtiques dures.
El camp aeroespacial té demandes especials per al control de les precipitacions. La xarxa de control de la pluja al voltant de la pista de l'aeroport garanteix la seguretat de l'aviació, mentre que el lloc de llançament del coet ha de comprendre amb precisió la situació de les precipitacions per garantir la seguretat del llançament. Entre aquestes aplicacions clau, els pluviòmetres de cubell basculant altament fiables (com ara el Campbell TE525MM) sovint es seleccionen com a sensors principals. La seva precisió de ±1% (sota una intensitat de pluja de ≤10 mm/h) i el disseny que es pot equipar amb anells paravents compleixen els estrictes estàndards de la indústria 10.
Els camps de la recerca científica i l'educació també estan ampliant l'aplicació d'equips de monitorització de la pluja. Els sensors de pluja s'utilitzen com a equips docents i experimentals en les especialitats de meteorologia, hidrologia i ciències ambientals a les universitats i escoles secundàries tècniques per ajudar els estudiants a comprendre el principi del mesurament de la precipitació. Els projectes de ciència ciutadana fomenten la participació pública en l'observació de la precipitació i amplien la cobertura de la xarxa de monitorització mitjançant l'ús de pluviòmetres de baix cost. El programa educatiu GPM (Global Precipitation Measurement) als Estats Units demostra vívidament els principis i les aplicacions de la tecnologia de teledetecció als estudiants mitjançant l'anàlisi comparativa de dades de pluja des de satèl·lit i terrestres.
Amb el desenvolupament de la Internet de les Coses, el big data i les tecnologies d'intel·ligència artificial, el monitoratge de la pluja està evolucionant des del mesurament únic de la precipitació fins a la percepció col·laborativa multiparàmetre i el suport intel·ligent a la decisió. El futur sistema de monitoratge de la pluja s'integrarà més estretament amb altres sensors ambientals (com ara la humitat, la velocitat del vent, la humitat del sòl, etc.) per formar una xarxa de percepció ambiental completa, proporcionant un suport de dades més complet i precís per a la societat humana per abordar els reptes del canvi climàtic i dels recursos hídrics.
Comparació de l'estat actual de l'aplicació de la tecnologia global de monitorització de gasos amb els països
La tecnologia de monitorització de gasos, com la monitorització de la pluja, és un component important en el camp de la percepció ambiental i juga un paper clau en el canvi climàtic global, la seguretat industrial, la salut pública i altres aspectes. Basant-se en les seves estructures industrials, polítiques ambientals i nivells tecnològics, diferents països i regions presenten patrons de desenvolupament distintius en la investigació i l'aplicació de tecnologies de monitorització de gasos. Com a important país fabricant i centre d'innovació tecnològica en ràpida emergència, la Xina ha fet progressos notables en la investigació, el desenvolupament i l'aplicació de sensors de gasos. Els Estats Units, basant-se en la seva forta força tecnològica i el seu sistema estàndard complet, mantenen una posició de lideratge en la tecnologia de monitorització de gasos i en camps d'aplicació d'alt valor. Els països europeus estan promovent la innovació de les tecnologies de monitorització amb estrictes regulacions de protecció ambiental. El Japó i Corea del Sud ocupen posicions importants en els camps de l'electrònica de consum i els sensors de gasos per a automòbils.
El desenvolupament i l'aplicació de la tecnologia de monitorització de gasos a la Xina
La tecnologia de monitorització de gasos de la Xina ha mostrat una tendència de desenvolupament accelerada en els darrers anys i ha fet progressos notables en múltiples camps com la seguretat industrial, la monitorització ambiental i la salut mèdica. L'orientació política és una força impulsora important per a la ràpida expansió del mercat de monitorització de gasos de la Xina. El "14è Pla quinquennal per a la producció segura de productes químics perillosos" requereix clarament que els parcs industrials químics estableixin un sistema de monitorització i alerta primerenca de gasos tòxics i nocius de cobertura completa i promoguin la construcció d'una plataforma intel·ligent de control de riscos. En aquest context polític, els equips domèstics de monitorització de gasos s'han aplicat àmpliament en indústries d'alt risc com la petroquímica i les mines de carbó. Per exemple, els detectors electroquímics de gasos tòxics i els detectors infrarojos de gasos combustibles s'han convertit en configuracions estàndard per a la seguretat industrial.
En l'àmbit del seguiment ambiental, la Xina ha establert la xarxa de seguiment de la qualitat de l'aire més gran del món, que cobreix 338 ciutats a nivell de prefectura i superiors a tot el país. Aquesta xarxa controla principalment sis paràmetres, concretament SO₂, NO₂, CO, O₃, PM₂.₅ i PM₁₀, entre els quals els quatre primers són contaminants gasosos. Les dades del Centre Nacional de Seguiment Ambiental de la Xina mostren que, a partir del 2024, hi havia més de 1.400 estacions de seguiment de la qualitat de l'aire a nivell nacional, totes equipades amb analitzadors automàtics de gasos. Les dades en temps real es posen a disposició del públic a través de la "Plataforma Nacional de Publicació en Temps Real de la Qualitat de l'Aire Urbà". Aquesta capacitat de seguiment a gran escala i alta densitat proporciona una base científica per a les accions de la Xina per prevenir i controlar la contaminació atmosfèrica.
Poseu-vos en contacte amb Honde Technology Co., LTD.
Email: info@hondetech.com
Lloc web de l'empresa:www.hondetechco.com
Telèfon: +86-15210548582
Data de publicació: 11 de juny de 2025