《高頻微波局地降水監(jiān)測設備》編制說明

編制說明

一、工作簡況

1.1任務來源

2022年6月，中國水利學會根據(jù)《中國水利學會團體標準管理辦法》相關

規(guī)定，經(jīng)過立項論證，公示后以《關于批準<無線微波降雨密集監(jiān)測網(wǎng)絡系統(tǒng)>等

4項標準立項的通知》（水學〔2022〕88號），批準該標準立項。

本標準的主編單位為河海大學；參編單位為長江水利委員會水文局、黃河水

利委員會水文局、水利部南京水利水文自動化研究所、江西省水文監(jiān)測中心、中

國長江電力股份有限公司、中國長江三峽集團有限公司科學技術研究院、江蘇亨

通河?？萍加邢薰尽⒈本┙鹚畔⒓夹g發(fā)展有限公司、中水北方勘測設計研究

有限責任公司、中電科普天科技股份有限公司、北京慧圖科技（集團）股份有限

公司、山東省水文中心。

1.2任務背景

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

資源量的時空分布，極端降雨事件也往往是洪澇、滑坡等自然災害的主要誘因。

因此高精度、高時空分辨率的降雨動態(tài)監(jiān)測資料，是實現(xiàn)水旱災害防治、水資源

管理與調(diào)配等智慧水利應用的重要前提。

高頻微波局地降水監(jiān)測設備，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度的技術，能夠捕捉復雜地形

區(qū)域的局地降水信息。目前，國內(nèi)利用高頻微波局地降水監(jiān)測設備來測量降水的

技術已初步成熟，通過部分區(qū)域的試點應用，驗證了該技術的可行性和降水測量

準確性。該方法具有時空分辨率高、空間代表性好、覆蓋范圍廣、維護成本低等

優(yōu)點，可以作為雨量計、天氣雷達等常規(guī)降水測量手段的補充。然而，在本標準

起草之前，國內(nèi)尚無該技術相關標準規(guī)范，各研究機構(gòu)在儀器集成、數(shù)據(jù)管理、

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

的有效、廣泛應用。

為此，河海大學聯(lián)合南京水利水文自動化研究所、江西省水文監(jiān)測中心等單

1

位，基于大量的無線微波降水監(jiān)測試點應用經(jīng)驗，制定《高頻微波局地降水監(jiān)測

設備》這一團體技術標準，旨在為高頻微波局地降水監(jiān)測設備的生產(chǎn)、安裝、布

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

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)務應用提供可靠輸入，為水利新發(fā)展階段的智慧水利建設提供高

精度數(shù)據(jù)底板。

1.3主要工作過程

1.3.1組建標準編制組

河海大學作為標準編制技術牽頭機構(gòu)，于2022年1月組建了由南京水利水

文自動化研究所、江西省水文監(jiān)測中心等行業(yè)專家及一線人員組成的標準編制工

作組，制定了標準編制工作方案，開展標準編制工作。

1.3.2文獻和資料收集

標準編制組對相關領域的技術文獻、行業(yè)報告、標準文件等進行廣泛調(diào)研和

收集。參考了相關的國家或行業(yè)標準，如《水文儀器術語及符號》（GB/T19677-

2005）、《水文儀器可靠性技術要求》（GB/T18185-2014）、《陸地移動業(yè)務和

固定業(yè)務傳播特性第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)測規(guī)范》（SL21-2015）等相關標準和資料。標準編制組按

照標準編制依據(jù)和原則，對上述資料進行了認真分析、學習和研討，初步理順了

標準編制的方向和思路。

1.3.3初稿編制

通過技術調(diào)研、專家咨詢、技術應用與示范、工作討論等方式，編制組提出

標準編制方案和技術路線，結(jié)合收集到的資料，形成了高頻微波局地降水監(jiān)測設

備設計思路。在此基礎上，參照GB/T1.2—2020《標準化工作導則第1部分：標

準化文件的結(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)測網(wǎng)絡系統(tǒng)》

標準初稿。

1.3.4立項申請

2022年3月，標準編制工作組依據(jù)《中國水利學會團體標準管理辦法》相

關規(guī)定，完成了團體標準初稿和立項申請材料，提交中國水利學會。2022年4月

8日，中國水利學會在北京組織了該標準立項論證審查，審查專家一致同意該標

2

準立項，同時提出了修改意見及建議。2022年6月15日，水利學會發(fā)布該標準

立項通知。立項論證專家意見及建議主要包括：

（1）無線微波降雨監(jiān)測作為一種新的雨量監(jiān)測方式，技術相對成熟，且有

較大市場需求。該標準提出了無線微波降雨監(jiān)測的設備、組網(wǎng)、算法等技術要求，

可填補該領域標準空白，因此編制該標準是必要的。

（2）該標準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）進一步明確標準定位和適用范圍，并相應修改標準名稱；

2）按照技術指南類標準編寫；

3）做好與水利、通訊類等相關標準的協(xié)調(diào)與銜接。

1.3.5形成征求意見稿

根據(jù)立項論證專家意見，標準編制工作組逐條討論處理，對標準初稿進行了

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月提交中國水利學會。

1.4主要起草人及其所做的工作

1.4.1起草單位

本標準起草工作由河海大學牽頭負責。

1.4.2任務分配介紹

中國水利學會作為主管單位負責指導與協(xié)調(diào)標準的編制工作。

河海大學作為標準起草的主要單位，主要負責標準文本起草、反饋意見處理、

與編制單位之間的溝通交流等工作。

南京水利水文自動化研究所、江西省水文監(jiān)測中心負責各相關資料分析整理，

參與文本的討論，技術支持，會議召集等工作。

各參編單位主要負責標準中相關指標的復核工作。

1.4.3主要起草人

河海大學：楊濤、師鵬飛、郭凱、馮仲愷

長江水利委員會水文局：周波、趙昕

黃河水利委員會水文局：張家軍、葉繁

水利部南京水利水文自動化研究所：高軍

3

江西省水文監(jiān)測中心：謝彪，堯俊輝，王欽釗

中國長江電力股份有限公司：鮑正風、周保紅、曹輝、劉帥、張玉松

中國長江三峽集團有限公司科學技術研究院：戴會超、惠二青

江蘇亨通河?？萍加邢薰荆和醭②w可玉

北京金水信息技術發(fā)展有限公司：周揚，肖鳳林

中水北方勘測設計研究有限責任公司：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）股份有限公司：曾國雄，唐宗仁

山東省水文中心：高偉、衣學軍

4

二、主要內(nèi)容說明及來源依據(jù)

2.1主要內(nèi)容說明

本標準共包括7章，說明如下：

1.范圍。

概括了本文件的主要技術內(nèi)容，明確了本文件的標準化對象:高頻微波局地

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

的微波設備，針對海拔高度在0~4000米之間的降水事件的監(jiān)測，可應用于水文、

氣象、交通、應急、農(nóng)業(yè)、保險等領域的實時降水監(jiān)測。

2.規(guī)范性引用文件

本文件規(guī)范引用了4項國家、行業(yè)標準的相關內(nèi)容。

3.術語和定義

對“高頻微波”、“雨衰”、“微波鏈路”、“干濕期判別”、“基礎衰減”、

“極化方式”給出了定義。

4.目標、原則和要求

對高頻微波局地降水監(jiān)測設備的組成、標準化原則等方面給出了基礎性、通

用性的規(guī)定。

5.設備設施

對設備設施的分類、組成、技術指標，配套設施的技術要求，儀器設備的屬

性信息等方面作出規(guī)定。

6.設備的安裝與布設

對設備的安裝方式、布設要求、運行與維護等方面作出規(guī)定。

7.降水強度計算與分析

對監(jiān)測數(shù)據(jù)格式要求、計算與分析要求作出規(guī)定，給出了微波衰減、干濕期

判別、基礎衰減修正、降水強度計算、參數(shù)校正的參考計算方法。

2.2來源依據(jù)

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

（GB/T18185-2014）、《陸地移動業(yè)務和固定業(yè)務傳播特性第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)測規(guī)范》（SL21-

5

2015）。

2.3主要試驗、驗證及試行結(jié)果分析

該標準涉及的試驗主要包括：

2.3.1江陰試驗站

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

安裝50套商用微波實時測雨設備，構(gòu)建了智能雨量監(jiān)測系統(tǒng)，測試運行狀況良

好。

圖1江陰市超高頻無線微波監(jiān)測網(wǎng)絡規(guī)劃

2.3.2南京試驗站

在中國氣象局與南京氣象局的聯(lián)合支持下，河海大學于2020年在南京國家

基準氣候站與江心洲地面氣象觀測場建設兩條百米級高頻無線微波鏈路（圖2），

為精細化降雨監(jiān)測提供支撐。鏈路均臨近實測雨量站(<20m)，實測雨量站可提供

1min/次的實測降雨數(shù)據(jù)（表1）。

6

圖2南京實驗站布局圖

表1南京實驗站基本情況

鏈路江心洲站江寧站

類型對向雙頻對向雙頻

頻率17.97Ghz/18.98Ghz14.67Ghz/15.09Ghz

信號采樣頻率20s20s

長度～100m～90m

地點江心洲南京氣象局南京江寧

臨近基準站江心洲地面氣象觀測場南京國家基準氣候站

2.3.3南昌試驗站

試驗區(qū)面積約100km2，包含2個雨量站(紅谷、前湖)、3個水文站(外洲、南

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

率，結(jié)合區(qū)域監(jiān)測需求及高頻無線微波監(jiān)測網(wǎng)絡的布設原則，建設了10條鏈路，

各鏈路長度在1～6km之間，可為試驗區(qū)提供精細化降雨監(jiān)測結(jié)果。2021年根據(jù)

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

水監(jiān)測，在中雨、大雨、暴雨監(jiān)測應用中，效果尤為明顯。

7

圖3南昌試驗區(qū)微波鏈路規(guī)劃示意圖

2.3.4溫州市綜合試驗區(qū)

在溫州市氣象局支持下，主編單位將在溫州建設1000條面向氣象綜合探測

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

大、氣象監(jiān)測要素最為齊全、水文氣象精細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，對精細化降雨監(jiān)測的需求較高。鐵塔資源豐富，各

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

建設目標，將高頻微波設備直接架設于鐵塔上方，可解決取電、放置高度等問題。

鏈路均臨近氣象局實測雨量站，實測雨量站可提供1min/次的實測降雨數(shù)據(jù)。

圖4溫州試驗站示意圖

8

三、專利情況說明

編制團隊近年根據(jù)無線微波密集監(jiān)測研究的需求，通過諸多改進，申報并獲

得了多項國家發(fā)明專利，包括高頻無線微波在雨、雪、雹、霧中衰減機理與數(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鍵理論方法和水文氣象

密集監(jiān)測網(wǎng)構(gòu)建與智慧應用關鍵技術等三個方面，具有自主知識產(chǎn)權，所研發(fā)的

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

對本標準的編制具有指導意義。

表2無線微波降雨密集監(jiān)測技術的相關專利

序號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指紋識別的城市降雨

1河海大學楊濤，鄭鑫，秦友偉

反演方法

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

3鏈路長短可調(diào)的微波雨衰規(guī)律人工降雨實驗方法河海大學楊濤，鄭鑫，秦友偉

4基于無線微波衰減特征遷移學習的濃霧監(jiān)測方法河海大學楊濤，鄭鑫，李振亞

5基于半監(jiān)督域適應的雨、雪、冰雹分類監(jiān)測方法河海大學楊濤，宋瑩，鄭鑫

基于領域自適應的微波衰減的大氣PM2.5監(jiān)測方

6河海大學楊濤，鄭鑫，師鵬飛

法

一種基于濕天線成因判別的無線微波監(jiān)測露水強

7河海大學楊濤，鄭鑫，陳志遠

度方法

通過微波鏈路網(wǎng)格化自適應可變尺度反演大氣能

8河海大學楊濤，鄭鑫，洪岱

見度的方法

一種基于空間降雨數(shù)據(jù)的毫米波測雨模型參數(shù)獲

9河海大學楊濤，鄭鑫，薛東凡

取方法

適用于復雜場景的毫米波網(wǎng)絡降雨反演模型構(gòu)建

10河海大學鄭鑫，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楊濤，鄭鑫，洪岱

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

超高頻無線微波數(shù)據(jù)驅(qū)動的露點-霜點溫度場重

13河海大學宋瑩、楊濤，鄭鑫

構(gòu)方法

一種用于超高頻微波的時空協(xié)同干濕增強判別方

14河海大學楊濤，鄭鑫，洪岱

法

基于頻率精度映射的毫米波衰減信號采集系統(tǒng)及

15河海大學楊濤，薛冬凡，鄭鑫

方法

9

四、與相關標準的關系分析

4.1與國際、國外同類標準水平的對比情況，或與測試的國外樣

品、樣機的有關數(shù)據(jù)對比情況。

標準檢索未見國外相關標準可用于對比。

與國外（如以色列等）相關機構(gòu)使用的儀器設備進行對比，該標準定義的降

水監(jiān)測設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)測活動。

4.2與國內(nèi)相關標準協(xié)調(diào)性分析

本標準在編制過程中主要參考了《水文儀器術語及符號》（GB/T19677-2005）、

《水文儀器可靠性技術要求》（GB/T18185-2014）、《陸地移動業(yè)務和固定業(yè)務

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)測規(guī)范》（SL21-2015）等。以上標準對水文儀器術語、視距微波原

理、降雨量監(jiān)測數(shù)據(jù)格式及單位等方面進行了詳細規(guī)范與指導。本標準系首次制

定，與本行業(yè)現(xiàn)有的其他標準協(xié)調(diào)配套，因此，本標準與暫行標準不存在沖突關

系。

五、重大分歧或重難點的處理經(jīng)過和依據(jù)

無。

六、預期效益（報批階段填寫）

6.1經(jīng)濟效益

我國現(xiàn)有國家級與省級氣象站10萬余個，但我國通信基站密度很高，無線

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

本標準的編制，將促進相關產(chǎn)業(yè)的快速、健康