《高頻微波局地降水監(jiān)測(cè)設(shè)備》編制說明

編制說明

一、工作簡(jiǎn)況

1.1任務(wù)來源

2022年6月，中國(guó)水利學(xué)會(huì)根據(jù)《中國(guó)水利學(xué)會(huì)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)管理辦法》相關(guān)

規(guī)定，經(jīng)過立項(xiàng)論證，公示后以《關(guān)于批準(zhǔn)<無線微波降雨密集監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)>等

4項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)立項(xiàng)的通知》（水學(xué)〔2022〕88號(hào)），批準(zhǔn)該標(biāo)準(zhǔn)立項(xiàng)。

本標(biāo)準(zhǔn)的主編單位為河海大學(xué)；參編單位為長(zhǎng)江水利委員會(huì)水文局、黃河水

利委員會(huì)水文局、水利部南京水利水文自動(dòng)化研究所、江西省水文監(jiān)測(cè)中心、中

國(guó)長(zhǎng)江電力股份有限公司、中國(guó)長(zhǎng)江三峽集團(tuán)有限公司科學(xué)技術(shù)研究院、江蘇亨

通河?？萍加邢薰尽⒈本┙鹚畔⒓夹g(shù)發(fā)展有限公司、中水北方勘測(cè)設(shè)計(jì)研究

有限責(zé)任公司、中電科普天科技股份有限公司、北京慧圖科技（集團(tuán)）股份有限

公司、山東省水文中心。

1.2任務(wù)背景

降雨是水文循環(huán)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，直接影響著徑流、蒸散發(fā)等水文循環(huán)要素及水

資源量的時(shí)空分布，極端降雨事件也往往是洪澇、滑坡等自然災(zāi)害的主要誘因。

因此高精度、高時(shí)空分辨率的降雨動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)資料，是實(shí)現(xiàn)水旱災(zāi)害防治、水資源

管理與調(diào)配等智慧水利應(yīng)用的重要前提。

高頻微波局地降水監(jiān)測(cè)設(shè)備，是利用無線電磁波在傳輸過程中，由途經(jīng)的降

水事件所造成的能量衰減反演鏈路沿程平均降水強(qiáng)度的技術(shù)，能夠捕捉復(fù)雜地形

區(qū)域的局地降水信息。目前，國(guó)內(nèi)利用高頻微波局地降水監(jiān)測(cè)設(shè)備來測(cè)量降水的

技術(shù)已初步成熟，通過部分區(qū)域的試點(diǎn)應(yīng)用，驗(yàn)證了該技術(shù)的可行性和降水測(cè)量

準(zhǔn)確性。該方法具有時(shí)空分辨率高、空間代表性好、覆蓋范圍廣、維護(hù)成本低等

優(yōu)點(diǎn)，可以作為雨量計(jì)、天氣雷達(dá)等常規(guī)降水測(cè)量手段的補(bǔ)充。然而，在本標(biāo)準(zhǔn)

起草之前，國(guó)內(nèi)尚無該技術(shù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，各研究機(jī)構(gòu)在儀器集成、數(shù)據(jù)管理、

測(cè)雨算法等方面也未形成統(tǒng)一意見，限制了本技術(shù)的快速、健康發(fā)展和相關(guān)產(chǎn)品

的有效、廣泛應(yīng)用。

為此，河海大學(xué)聯(lián)合南京水利水文自動(dòng)化研究所、江西省水文監(jiān)測(cè)中心等單

1

位，基于大量的無線微波降水監(jiān)測(cè)試點(diǎn)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，制定《高頻微波局地降水監(jiān)測(cè)

設(shè)備》這一團(tuán)體技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，旨在為高頻微波局地降水監(jiān)測(cè)設(shè)備的生產(chǎn)、安裝、布

設(shè)、使用提供參考依據(jù)，以用于局地降水強(qiáng)度的監(jiān)測(cè)，為智慧水利信息基礎(chǔ)設(shè)施

中的水利感知網(wǎng)、水利信息網(wǎng)提供數(shù)據(jù)支撐，為流域防洪、水資源管理與調(diào)配等

“2+N”水利業(yè)務(wù)應(yīng)用提供可靠輸入，為水利新發(fā)展階段的智慧水利建設(shè)提供高

精度數(shù)據(jù)底板。

1.3主要工作過程

1.3.1組建標(biāo)準(zhǔn)編制組

河海大學(xué)作為標(biāo)準(zhǔn)編制技術(shù)牽頭機(jī)構(gòu)，于2022年1月組建了由南京水利水

文自動(dòng)化研究所、江西省水文監(jiān)測(cè)中心等行業(yè)專家及一線人員組成的標(biāo)準(zhǔn)編制工

作組，制定了標(biāo)準(zhǔn)編制工作方案，開展標(biāo)準(zhǔn)編制工作。

1.3.2文獻(xiàn)和資料收集

標(biāo)準(zhǔn)編制組對(duì)相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)文獻(xiàn)、行業(yè)報(bào)告、標(biāo)準(zhǔn)文件等進(jìn)行廣泛調(diào)研和

收集。參考了相關(guān)的國(guó)家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，如《水文儀器術(shù)語及符號(hào)》（GB/T19677-

2005）、《水文儀器可靠性技術(shù)要求》（GB/T18185-2014）、《陸地移動(dòng)業(yè)務(wù)和

固定業(yè)務(wù)傳播特性第3部分：視距微波接力通信系統(tǒng)傳播特性》（GB/T14617.3-

2012）、《降水量監(jiān)測(cè)規(guī)范》（SL21-2015）等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和資料。標(biāo)準(zhǔn)編制組按

照標(biāo)準(zhǔn)編制依據(jù)和原則，對(duì)上述資料進(jìn)行了認(rèn)真分析、學(xué)習(xí)和研討，初步理順了

標(biāo)準(zhǔn)編制的方向和思路。

1.3.3初稿編制

通過技術(shù)調(diào)研、專家咨詢、技術(shù)應(yīng)用與示范、工作討論等方式，編制組提出

標(biāo)準(zhǔn)編制方案和技術(shù)路線，結(jié)合收集到的資料，形成了高頻微波局地降水監(jiān)測(cè)設(shè)

備設(shè)計(jì)思路。在此基礎(chǔ)上，參照GB/T1.2—2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)

準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的要求，編寫了《無線微波降雨密集監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)》

標(biāo)準(zhǔn)初稿。

1.3.4立項(xiàng)申請(qǐng)

2022年3月，標(biāo)準(zhǔn)編制工作組依據(jù)《中國(guó)水利學(xué)會(huì)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)管理辦法》相

關(guān)規(guī)定，完成了團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)初稿和立項(xiàng)申請(qǐng)材料，提交中國(guó)水利學(xué)會(huì)。2022年4月

8日，中國(guó)水利學(xué)會(huì)在北京組織了該標(biāo)準(zhǔn)立項(xiàng)論證審查，審查專家一致同意該標(biāo)

2

準(zhǔn)立項(xiàng)，同時(shí)提出了修改意見及建議。2022年6月15日，水利學(xué)會(huì)發(fā)布該標(biāo)準(zhǔn)

立項(xiàng)通知。立項(xiàng)論證專家意見及建議主要包括：

（1）無線微波降雨監(jiān)測(cè)作為一種新的雨量監(jiān)測(cè)方式，技術(shù)相對(duì)成熟，且有

較大市場(chǎng)需求。該標(biāo)準(zhǔn)提出了無線微波降雨監(jiān)測(cè)的設(shè)備、組網(wǎng)、算法等技術(shù)要求，

可填補(bǔ)該領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)空白，因此編制該標(biāo)準(zhǔn)是必要的。

（2）該標(biāo)準(zhǔn)適用范圍與定位基本明確，框架結(jié)構(gòu)基本合理。

（3）建議：

1）進(jìn)一步明確標(biāo)準(zhǔn)定位和適用范圍，并相應(yīng)修改標(biāo)準(zhǔn)名稱；

2）按照技術(shù)指南類標(biāo)準(zhǔn)編寫；

3）做好與水利、通訊類等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)調(diào)與銜接。

1.3.5形成征求意見稿

根據(jù)立項(xiàng)論證專家意見，標(biāo)準(zhǔn)編制工作組逐條討論處理，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)初稿進(jìn)行了

多次討論、修改，于2023年5月形成征求意見稿，完成征求意見階段材料（征

求意見稿和編制說明），于2023年8月提交中國(guó)水利學(xué)會(huì)。

1.4主要起草人及其所做的工作

1.4.1起草單位

本標(biāo)準(zhǔn)起草工作由河海大學(xué)牽頭負(fù)責(zé)。

1.4.2任務(wù)分配介紹

中國(guó)水利學(xué)會(huì)作為主管單位負(fù)責(zé)指導(dǎo)與協(xié)調(diào)標(biāo)準(zhǔn)的編制工作。

河海大學(xué)作為標(biāo)準(zhǔn)起草的主要單位，主要負(fù)責(zé)標(biāo)準(zhǔn)文本起草、反饋意見處理、

與編制單位之間的溝通交流等工作。

南京水利水文自動(dòng)化研究所、江西省水文監(jiān)測(cè)中心負(fù)責(zé)各相關(guān)資料分析整理，

參與文本的討論，技術(shù)支持，會(huì)議召集等工作。

各參編單位主要負(fù)責(zé)標(biāo)準(zhǔn)中相關(guān)指標(biāo)的復(fù)核工作。

1.4.3主要起草人

河海大學(xué)：楊濤、師鵬飛、郭凱、馮仲愷

長(zhǎng)江水利委員會(huì)水文局：周波、趙昕

黃河水利委員會(huì)水文局：張家軍、葉繁

水利部南京水利水文自動(dòng)化研究所：高軍

3

江西省水文監(jiān)測(cè)中心：謝彪，堯俊輝，王欽釗

中國(guó)長(zhǎng)江電力股份有限公司：鮑正風(fēng)、周保紅、曹輝、劉帥、張玉松

中國(guó)長(zhǎng)江三峽集團(tuán)有限公司科學(xué)技術(shù)研究院：戴會(huì)超、惠二青

江蘇亨通河?？萍加邢薰荆和醭?、趙可玉

北京金水信息技術(shù)發(fā)展有限公司：周揚(yáng)，肖鳳林

中水北方勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司：謝津平、吳正橋、賈文利

中電科普天科技股份有限公司：石安危、張金龍

北京慧圖科技（集團(tuán)）股份有限公司：曾國(guó)雄，唐宗仁

山東省水文中心：高偉、衣學(xué)軍

4

二、主要內(nèi)容說明及來源依據(jù)

2.1主要內(nèi)容說明

本標(biāo)準(zhǔn)共包括7章，說明如下：

1.范圍。

概括了本文件的主要技術(shù)內(nèi)容，明確了本文件的標(biāo)準(zhǔn)化對(duì)象:高頻微波局地

降水監(jiān)測(cè)設(shè)備。界定了本文件使用的“適用界限”。適用于頻段處于15~50GHz

的微波設(shè)備，針對(duì)海拔高度在0~4000米之間的降水事件的監(jiān)測(cè)，可應(yīng)用于水文、

氣象、交通、應(yīng)急、農(nóng)業(yè)、保險(xiǎn)等領(lǐng)域的實(shí)時(shí)降水監(jiān)測(cè)。

2.規(guī)范性引用文件

本文件規(guī)范引用了4項(xiàng)國(guó)家、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)內(nèi)容。

3.術(shù)語和定義

對(duì)“高頻微波”、“雨衰”、“微波鏈路”、“干濕期判別”、“基礎(chǔ)衰減”、

“極化方式”給出了定義。

4.目標(biāo)、原則和要求

對(duì)高頻微波局地降水監(jiān)測(cè)設(shè)備的組成、標(biāo)準(zhǔn)化原則等方面給出了基礎(chǔ)性、通

用性的規(guī)定。

5.設(shè)備設(shè)施

對(duì)設(shè)備設(shè)施的分類、組成、技術(shù)指標(biāo)，配套設(shè)施的技術(shù)要求，儀器設(shè)備的屬

性信息等方面作出規(guī)定。

6.設(shè)備的安裝與布設(shè)

對(duì)設(shè)備的安裝方式、布設(shè)要求、運(yùn)行與維護(hù)等方面作出規(guī)定。

7.降水強(qiáng)度計(jì)算與分析

對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)格式要求、計(jì)算與分析要求作出規(guī)定，給出了微波衰減、干濕期

判別、基礎(chǔ)衰減修正、降水強(qiáng)度計(jì)算、參數(shù)校正的參考計(jì)算方法。

2.2來源依據(jù)

《水文儀器術(shù)語及符號(hào)》（GB/T19677-2005）、《水文儀器可靠性技術(shù)要求》

（GB/T18185-2014）、《陸地移動(dòng)業(yè)務(wù)和固定業(yè)務(wù)傳播特性第3部分：視距微

波接力通信系統(tǒng)傳播特性》（GB/T14617.3-2012）、《降水量監(jiān)測(cè)規(guī)范》（SL21-

5

2015）。

2.3主要試驗(yàn)、驗(yàn)證及試行結(jié)果分析

該標(biāo)準(zhǔn)涉及的試驗(yàn)主要包括：

2.3.1江陰試驗(yàn)站

河海大學(xué)與中國(guó)移動(dòng)公司合作，選取江陰市月城鎮(zhèn)作為示范區(qū)（圖1），已

安裝50套商用微波實(shí)時(shí)測(cè)雨設(shè)備，構(gòu)建了智能雨量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，測(cè)試運(yùn)行狀況良

好。

圖1江陰市超高頻無線微波監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃

2.3.2南京試驗(yàn)站

在中國(guó)氣象局與南京氣象局的聯(lián)合支持下，河海大學(xué)于2020年在南京國(guó)家

基準(zhǔn)氣候站與江心洲地面氣象觀測(cè)場(chǎng)建設(shè)兩條百米級(jí)高頻無線微波鏈路（圖2），

為精細(xì)化降雨監(jiān)測(cè)提供支撐。鏈路均臨近實(shí)測(cè)雨量站(<20m)，實(shí)測(cè)雨量站可提供

1min/次的實(shí)測(cè)降雨數(shù)據(jù)（表1）。

6

圖2南京實(shí)驗(yàn)站布局圖

表1南京實(shí)驗(yàn)站基本情況

鏈路江心洲站江寧站

類型對(duì)向雙頻對(duì)向雙頻

頻率17.97Ghz/18.98Ghz14.67Ghz/15.09Ghz

信號(hào)采樣頻率20s20s

長(zhǎng)度～100m～90m

地點(diǎn)江心洲南京氣象局南京江寧

臨近基準(zhǔn)站江心洲地面氣象觀測(cè)場(chǎng)南京國(guó)家基準(zhǔn)氣候站

2.3.3南昌試驗(yàn)站

試驗(yàn)區(qū)面積約100km2，包含2個(gè)雨量站(紅谷、前湖)、3個(gè)水文站(外洲、南

昌、象湖)和6個(gè)內(nèi)澇積水易發(fā)地區(qū)（圖3）。根據(jù)所選高頻微波設(shè)備的工作頻

率，結(jié)合區(qū)域監(jiān)測(cè)需求及高頻無線微波監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)的布設(shè)原則，建設(shè)了10條鏈路，

各鏈路長(zhǎng)度在1～6km之間，可為試驗(yàn)區(qū)提供精細(xì)化降雨監(jiān)測(cè)結(jié)果。2021年根據(jù)

地面雨量站比對(duì)，微波反演降雨平均精度85%-90%，效果良好，可實(shí)現(xiàn)分鐘級(jí)降

水監(jiān)測(cè)，在中雨、大雨、暴雨監(jiān)測(cè)應(yīng)用中，效果尤為明顯。

7

圖3南昌試驗(yàn)區(qū)微波鏈路規(guī)劃示意圖

2.3.4溫州市綜合試驗(yàn)區(qū)

在溫州市氣象局支持下，主編單位將在溫州建設(shè)1000條面向氣象綜合探測(cè)

的高頻無線微波鏈路，為精細(xì)化水文氣象監(jiān)測(cè)提供支撐，該工程為全世界規(guī)模最

大、氣象監(jiān)測(cè)要素最為齊全、水文氣象精細(xì)化水平最高的無線微波鏈路物聯(lián)網(wǎng)。

溫州市人口集中、交通發(fā)達(dá)，對(duì)精細(xì)化降雨監(jiān)測(cè)的需求較高。鐵塔資源豐富，各

類鐵塔數(shù)量合計(jì)1000余處。依托密集分布的鐵塔資源，可實(shí)現(xiàn)高密度的測(cè)量站

建設(shè)目標(biāo)，將高頻微波設(shè)備直接架設(shè)于鐵塔上方，可解決取電、放置高度等問題。

鏈路均臨近氣象局實(shí)測(cè)雨量站，實(shí)測(cè)雨量站可提供1min/次的實(shí)測(cè)降雨數(shù)據(jù)。

圖4溫州試驗(yàn)站示意圖

8

三、專利情況說明

編制團(tuán)隊(duì)近年根據(jù)無線微波密集監(jiān)測(cè)研究的需求，通過諸多改進(jìn)，申報(bào)并獲

得了多項(xiàng)國(guó)家發(fā)明專利，包括高頻無線微波在雨、雪、雹、霧中衰減機(jī)理與數(shù)據(jù)

重建理論、面向水文氣象智能感知的高頻微波通信芯片關(guān)鍵理論方法和水文氣象

密集監(jiān)測(cè)網(wǎng)構(gòu)建與智慧應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)等三個(gè)方面，具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，所研發(fā)的

裝置在理論應(yīng)用和科研中發(fā)揮了極大的作用。其中以下專利（表2）的研發(fā)思路

對(duì)本標(biāo)準(zhǔn)的編制具有指導(dǎo)意義。

表2無線微波降雨密集監(jiān)測(cè)技術(shù)的相關(guān)專利

序號(hào)專利名稱完成單位主要發(fā)明人

一種基于微波衰減特征響應(yīng)指紋識(shí)別的城市降雨

1河海大學(xué)楊濤，鄭鑫，秦友偉

反演方法

2基于適應(yīng)度優(yōu)化的無線微波測(cè)雨鏈路規(guī)劃方法河海大學(xué)楊濤，秦友偉，鄭鑫

3鏈路長(zhǎng)短可調(diào)的微波雨衰規(guī)律人工降雨實(shí)驗(yàn)方法河海大學(xué)楊濤，鄭鑫，秦友偉

4基于無線微波衰減特征遷移學(xué)習(xí)的濃霧監(jiān)測(cè)方法河海大學(xué)楊濤，鄭鑫，李振亞

5基于半監(jiān)督域適應(yīng)的雨、雪、冰雹分類監(jiān)測(cè)方法河海大學(xué)楊濤，宋瑩，鄭鑫

基于領(lǐng)域自適應(yīng)的微波衰減的大氣PM2.5監(jiān)測(cè)方

6河海大學(xué)楊濤，鄭鑫，師鵬飛

法

一種基于濕天線成因判別的無線微波監(jiān)測(cè)露水強(qiáng)

7河海大學(xué)楊濤，鄭鑫，陳志遠(yuǎn)

度方法

通過微波鏈路網(wǎng)格化自適應(yīng)可變尺度反演大氣能

8河海大學(xué)楊濤，鄭鑫，洪岱

見度的方法

一種基于空間降雨數(shù)據(jù)的毫米波測(cè)雨模型參數(shù)獲

9河海大學(xué)楊濤，鄭鑫，薛東凡

取方法

適用于復(fù)雜場(chǎng)景的毫米波網(wǎng)絡(luò)降雨反演模型構(gòu)建

10河海大學(xué)鄭鑫，楊濤，師鵬飛

方法

11一種快速收斂的超高頻微波降雨數(shù)據(jù)離散化方法河海大學(xué)楊濤，鄭鑫，洪岱

12一種逐級(jí)式線聚合降雨數(shù)據(jù)尺度轉(zhuǎn)換方法河海大學(xué)楊濤，鄭鑫，洪岱

超高頻無線微波數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的露點(diǎn)-霜點(diǎn)溫度場(chǎng)重

13河海大學(xué)宋瑩、楊濤，鄭鑫

構(gòu)方法

一種用于超高頻微波的時(shí)空協(xié)同干濕增強(qiáng)判別方

14河海大學(xué)楊濤，鄭鑫，洪岱

法

基于頻率精度映射的毫米波衰減信號(hào)采集系統(tǒng)及

15河海大學(xué)楊濤，薛冬凡，鄭鑫

方法

9

四、與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)系分析

4.1與國(guó)際、國(guó)外同類標(biāo)準(zhǔn)水平的對(duì)比情況，或與測(cè)試的國(guó)外樣

品、樣機(jī)的有關(guān)數(shù)據(jù)對(duì)比情況。

標(biāo)準(zhǔn)檢索未見國(guó)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)可用于對(duì)比。

與國(guó)外（如以色列等）相關(guān)機(jī)構(gòu)使用的儀器設(shè)備進(jìn)行對(duì)比，該標(biāo)準(zhǔn)定義的降

水監(jiān)測(cè)設(shè)備能夠很好的捕捉降水帶來的微波能量衰減行為，用于降水的監(jiān)測(cè)活動(dòng)。

4.2與國(guó)內(nèi)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)調(diào)性分析

本標(biāo)準(zhǔn)在編制過程中主要參考了《水文儀器術(shù)語及符號(hào)》（GB/T19677-2005）、

《水文儀器可靠性技術(shù)要求》（GB/T18185-2014）、《陸地移動(dòng)業(yè)務(wù)和固定業(yè)務(wù)

傳播特性第3部分：視距微波接力通信系統(tǒng)傳播特性》（GB/T14617.3-2012）、

《降水量監(jiān)測(cè)規(guī)范》（SL21-2015）等。以上標(biāo)準(zhǔn)對(duì)水文儀器術(shù)語、視距微波原

理、降雨量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)格式及單位等方面進(jìn)行了詳細(xì)規(guī)范與指導(dǎo)。本標(biāo)準(zhǔn)系首次制

定，與本行業(yè)現(xiàn)有的其他標(biāo)準(zhǔn)協(xié)調(diào)配套，因此，本標(biāo)準(zhǔn)與暫行標(biāo)準(zhǔn)不存在沖突關(guān)

系。

五、重大分歧或重難點(diǎn)的處理經(jīng)過和依據(jù)

無。

六、預(yù)期效益（報(bào)批階段填寫）

6.1經(jīng)濟(jì)效益

我國(guó)現(xiàn)有國(guó)家級(jí)與省級(jí)氣象站10萬余個(gè)，但我國(guó)通信基站密度很高，無線

通信基站數(shù)量高達(dá)600萬個(gè)，如果能全部挖掘利用，將能夠產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

本標(biāo)準(zhǔn)的編制，將促進(jìn)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的快速、健康