本发明涉及雨量计量，尤其涉及一种用于高寒地区的融雪型雨量测量装置。
背景技术：
1、雨量计是一种气象学家和水文学家用来测量一段时间内某地区的降水量的仪器，常见的有虹吸式和翻斗式两种。降雪量的测量则需要使用雪量计，由于降雪量实际上是雪融化成水的降水量，因此发生降雪时，现在通常是将雨量器的承雨器换成承雪口，取走储水器(直接用雨量器外筒接收降雪)。观测时将接收的固体降水取回室内，待融化后量取，或用称重法测量。
2、然而，前述测量方式只适合严寒气温较少且最低气温仅为零下几度的地区，或者观测人员能够经常去清理储水器的人口密集地区。高寒地区的温度经常低于零下30摄氏度，降雪占比高且极易结冰，周围环境恶劣，设备很难维护。但高寒地区的降水量的准确测量又极为重要，因此，亟需一种能够适用于高寒地区的降水量测量装置。
技术实现思路
1、本发明的目的是为了提出一种用于高寒地区的融雪型雨量测量装置，用于解决高寒地区降水测量不精确、人工维护成本高等技术问题。
2、为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：
3、一种用于高寒地区的融雪型雨量测量装置，所述融雪型雨量测量装置包括承雨器、隔热环、外筒、雨量计本体、加热装置、第三温度传感器和自适应调控器；
4、所述隔热环固定在承雨器底部，隔热环的底部设置有环形槽，外筒通过紧固螺钉安装在环形槽下方；所述外筒包括相互独立的上腔室和下腔室，承雨器的锥形底部延伸至外筒的上腔室内；
5、所述第三温度传感器安装在外筒的外侧，用于测量外筒所处区域的气温；
6、所述雨量计本体安装在外筒的上腔室内，所述雨量计本体包括翻斗部件和排水部件，排水部件的出水口延伸至下腔室；所述雨量计本体对承雨器流入翻斗部件的水量进行计量，得到雨量信息，并将翻斗部件内的雨水通过排水部件排入下腔室，经下腔室流出；
7、所述加热装置包括湿度感应器、环境加热膜、融雪加热膜、第一温度传感器、第二温度传感器和加热控制器，环境加热膜贴敷在上腔室侧壁上，融雪加热膜贴敷在承雨器底部外侧面上，第一温度传感器安装在承雨器底部，用于测量承雨器底部的实时温度，将其作为融雪温度，第二温度传感器安装在上腔室内，用于测量上腔室内的空间温度，将其测量值与设定的目标环境温度比较；所述湿度感应器安装在外筒外侧，响应于外部降水，生成触发信号发送至加热控制器；
8、所述加热控制器分别与环境加热膜、融雪加热膜、第一温度传感器和第二温度传感器连接，在雨量计本体工作期间，根据第一温度传感器和第二温度传感器反馈的融雪温度和环境温度，以及当前测量时段内的降雪状态，分别对环境加热膜、融雪加热膜的加热功率和加热时长进行定期调整，使承雨器底部的融雪温度和上腔室内的环境温度均处在各自的允许温度范围内；
9、所述自适应调控器包括气象温度预测模块、降水量预测模块和温度调整模块；
10、所述气象温度预测模块接收第三温度传感器发送的气温，拟合得到历史气温曲线，导入基于lstm网络构建的气温预测模型中，对未来n天的气温进行预测；
11、所述降水量预测模块根据历史气温曲线和历史降水曲线，基于卷积神经网络构建得到降水预测模型，再根据气象温度预测模块输出的未来n天的预测气温，对未来n天的降水量进行预测；
12、所述温度设置模块根据当前气温和雨量计本体返回的实时降水量，对承雨器底部的目标融雪温度进行调整；所述温度设置模块接收未来n天的预测气温和预测降水量，对上腔室内的目标环境温度进行调整。
13、进一步地，所述加热控制器响应于实时检测的环境温度低于预设的环境温度阈值，启动环境加热膜，直至环境温度达到目标环境温度；
14、所述加热控制器响应于接收到触发信号、实时检测的环境温度低于预设的环境温度阈值并且实时检测的融雪温度低于预设的融雪温度阈值，启动融雪加热膜，直至融雪温度达到目标融雪温度。
15、进一步地，所述温度设置模块内存储有气温-降水量-目标融雪温度参数表；温度设置模块采集第三温度传感器返回的当前气温和雨量计本体返回的实时降水量，查询气温-降水量-目标融雪温度参数表，生成目标融雪温度值；
16、所述气温-降水量-目标融雪温度参数表的构建过程包括：
17、在实验室条件下，针对不同气温、不同降水量的场景，从最低融雪温度起，测试得到融雪温度对应的融雪速度和耗能总量；
18、结合所处区域的融雪速度限制和耗能总量限制，选取不同气温、不同降水量的场景对应的允许融雪温度范围，构建气温-降水量-目标融雪温度参数表。
19、进一步地，所述温度设置模块对融雪加热膜和环境加热膜的控制过程包括以下步骤：
20、步骤a1，对未来n天的预测气温进行判断，如果平均气温高于-30℃，转入步骤a2，否则，转入步骤a4；
21、步骤a2，对未来24h内的预测降水量进行判断，如果预测未来24h内无降水，融雪加热膜不开启，环境加热膜以第一间隙周期间隙性工作，间隙性维持上腔室内的环境温度至目标环境温度；否则，转入步骤a3；
22、步骤a3，当湿度传感器感应到降水时，融雪加热膜开启，维持承雨器底部温度至目标融雪温度，直至第一监测周期内雨量计本体未反馈融雪产生的降水信号且湿度感应器不处于触发状态，融雪加热膜停止，环境加热膜持续工作至降水完成12h后，转入步骤a1；
23、步骤a4，对未来72h内的预测降水量进行判断，是否存在连续性降水，如果存在且湿度传感器感应到降水时，融雪加热膜和环境加热膜均处于持续加热状态直至降水完成24后，转入步骤a1；否则，转入步骤a5；
24、步骤a5，对未来24h内的预测降水量进行判断，如果预测未来24h内无降水，融雪加热膜不开启，环境加热膜以第二间隙周期间隙性工作，间隙性维持上腔室内的环境温度至目标环境温度，第二间隙周期小于第一间隙周期；否则，转入步骤a6；
25、步骤a6，当湿度传感器感应到降水时，融雪加热膜开启，维持承雨器底部温度至目标融雪温度，直至第二监测周期内雨量计本体未反馈融雪产生的降水信号且湿度感应器不处于触发状态，融雪加热膜停止，环境加热膜持续工作至降水完成24h后，转入步骤a1；所述第一监测周期小于第二监测周期。
26、进一步地，所述自适应调控器包括能量管理模块；
27、所述能量管理模块对融雪型雨量测量装置的电池电量进行采集，当采集到的供电电压小于预设电压阈值时，所述温度设置模块根据采集到的电池电量对融雪加热膜和环境加热膜进行控制：
28、步骤b1，对未来24h内的预测降水量进行判断，如果预测未来24h内无降水，融雪加热膜不开启，环境加热膜以第一间隙周期间隙性工作，间隙性维持上腔室内的环境温度至目标环境温度；否则，转入步骤b2；
29、步骤b2，当湿度传感器感应到降水时，融雪加热膜开启，维持承雨器底部温度至目标融雪温度，直至第一监测周期内雨量计本体未反馈融雪产生的降水信号且湿度感应器不处于触发状态，融雪加热膜停止，环境加热膜持续工作至降水完成12h后，转入步骤b1。
30、进一步地，所述外筒的底部呈锥形，其中心处设置有排水孔。
31、进一步地，所述翻斗部件包括支承座、翻斗槽、阶梯型隔板、翻转轴、两个引流部和四个重心修正部；
32、所述翻斗槽通过翻转轴安装在支承座侧面，通过翻转轴调节翻斗槽的翻转角度；
33、所述阶梯型隔板固定在翻斗槽内，将翻斗槽划分成沿翻斗槽中轴中心点对称的两个蓄水区：第一蓄水区和第二蓄水区；
34、所述四个重心修正部分别设置在翻斗槽的四角，将翻斗槽的四角区域和两个蓄水区分隔开，且互为对角的两个重心修正部沿翻斗槽中轴中心点对称，使第一蓄水区和第二蓄水区的横截面呈z型；
35、所述两个引流部延伸设置在翻斗槽的两端。
36、进一步地，所述外筒的内侧贴敷有第一保温棉。
37、进一步地，所述外筒的尺寸同时满足以下条件：
38、
39、式中，rw和hw分别是外筒的内径和高度，vd和hd分别是下腔室体积和下腔室高度，ly和hy分别是雨量计本体的最大宽度和高度，h1是贴敷在外筒内侧的第一保温棉厚度；hd1和hd2分别是下腔室圆柱体部分的高度和底部圆锥体部分的高度；hs是承雨器与雨量计本体之间的间隙高度；v0是下腔室的最小体积阈值，满足以下条件：v0＝max{vy,n×ρ}；式中，n为雨量计工作区域的最大连续降雪次数，ρ为雨量计工作区域的最大24h降雪量，vy是最大极限降雨量。
40、进一步地，所述承雨器的内侧安装有第二保温棉；所述第二保温棉的厚度h2满足以下条件：
41、maxh2
42、
43、式中，rc为承雨器的内径。
44、与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
45、第一，本发明的用于高寒地区的融雪型雨量测量装置，采用加热装置分别对承雨器和外筒的上腔室进行加热，确保降水(降雨、降雪等)时，落入承雨器的雨雪能够自动融化成水的形态进入上腔室进行准确计量，确保计量的精确性；同时，采用分部分级加热的模式，有效降低加热功耗，减小加热装置维护周期。
46、第二，本发明的用于高寒地区的融雪型雨量测量装置，针对不同的环境温度，采用pid方式对维持加热膜、融雪加热膜的加热功率和加热时长进行调节，使融雪温度和维持温度维持在设定范围内；经测试，即使在零下40摄氏度时，融雪型雨量计的降水日的日平均功率也只有50w左右，工作电流约2.08a，工作电压24v，完全满足电池供电标准，有效提高了雨量计的便携性和移动性。
47、第三，本发明的用于高寒地区的融雪型雨量测量装置，对翻斗槽的结构进行了优化，两个舱体以轴线区分相互交错，四角设置重心修正部，将水量集中在轴线中部位置，防止注水过程中水量增加从而引起重心偏移导致翻斗的提前翻转。
48、第四，本发明的用于高寒地区的融雪型雨量测量装置，外筒的内侧设置有保温棉，提高了腔室内的保温效果，进一步降低了加热功耗。
49、第五，本发明的用于高寒地区的融雪型雨量测量装置，根据所处区域的气温动态控制融雪加热膜和环境加热膜，在确保雨量测量装置的前提下，尽可能地减少了功耗。
1.一种用于高寒地区的融雪型雨量测量装置，其特征在于，所述融雪型雨量测量装置包括承雨器、隔热环、外筒、雨量计本体、加热装置、第三温度传感器和自适应调控器；
2.根据权利要求1所述的用于高寒地区的融雪型雨量测量装置，其特征在于，所述加热控制器响应于实时检测的环境温度低于预设的环境温度阈值，启动环境加热膜，直至环境温度达到目标环境温度；
3.根据权利要求1所述的用于高寒地区的融雪型雨量测量装置，其特征在于，所述温度设置模块内存储有气温-降水量-目标融雪温度参数表；温度设置模块采集第三温度传感器返回的当前气温和雨量计本体返回的实时降水量，查询气温-降水量-目标融雪温度参数表，生成目标融雪温度值；
4.根据权利要求1所述的用于高寒地区的融雪型雨量测量装置，其特征在于，所述温度设置模块对融雪加热膜和环境加热膜的控制过程包括以下步骤：
5.根据权利要求1所述的用于高寒地区的融雪型雨量测量装置，其特征在于，所述自适应调控器包括能量管理模块；
6.根据权利要求1所述的用于高寒地区的融雪型雨量测量装置，其特征在于，所述外筒的底部呈锥形，其中心处设置有排水孔。
7.根据权利要求1所述的用于高寒地区的融雪型雨量测量装置，其特征在于，所述翻斗部件包括支承座、翻斗槽、阶梯型隔板、翻转轴、两个引流部和四个重心修正部；
8.根据权利要求1所述的用于高寒地区的融雪型雨量测量装置，其特征在于，所述外筒的内侧贴敷有第一保温棉。
9.根据权利要求8所述的用于高寒地区的融雪型雨量测量装置，其特征在于，所述外筒的尺寸同时满足以下条件：
10.根据权利要求1所述的用于高寒地区的融雪型雨量测量装置，其特征在于，所述承雨器的内侧安装有第二保温棉；所述第二保温棉的厚度h2满足以下条件：
