廣泛應(yīng)用于設(shè)施農(nóng)業(yè)的手自一體智能放風(fēng)器溫度傳感器準(zhǔn)確性分析

王婷 程雯 徐立強(qiáng) 肖振中

(內(nèi)蒙古自治區(qū)寧城縣氣象局，內(nèi)蒙赤峰024000)

1 手自一體智能放風(fēng)器溫度傳感器準(zhǔn)確分析

手自一體智能放風(fēng)器[1]由沈陽農(nóng)業(yè)科技有限公司和赤峰益康農(nóng)業(yè)專業(yè)合作社研制的支持手機(jī)遠(yuǎn)程管理功能的日光溫室環(huán)境模擬控溫通風(fēng)設(shè)備，單機(jī)帶動120m日光溫室放風(fēng)，廣泛應(yīng)用于內(nèi)蒙古和遼寧地區(qū)，目前推廣面積達(dá)到2.67萬hm2。本文對該放風(fēng)器攜帶溫度傳感器與氣象部門標(biāo)準(zhǔn)的溫度進(jìn)行準(zhǔn)確性分析，查找確定放風(fēng)器系統(tǒng)誤差并分析該設(shè)備不同環(huán)境下穩(wěn)定性。

分析方法：采用Excel進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，準(zhǔn)確性指標(biāo)采用常用的統(tǒng)計(jì)方法即絕對誤差 (AE)、均方根誤差(RMSE)衡量，公式為：

其中 Xobs，i表示放風(fēng)設(shè)備實(shí)時(shí)觀測數(shù)據(jù)， Xmodel，i表示W(wǎng)PZ1型溫度傳感器實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)。

1.1 儀器系統(tǒng)誤差分析

傳感器1和2之間絕對誤差0.17℃，均方根誤差0.11℃，1和3之間絕對誤差0.45℃，均方根誤差0.13℃，2和3之間絕對誤差0.28℃，均方根誤差0.10℃。

傳感器4和5之間絕對誤差-0.06℃，均方根誤差0.12℃，傳感器4和6之間絕對誤差0.20℃，均方根誤差0.13℃，傳感器5和6之間絕對誤差0.27℃，均方根誤差0.10℃。

各傳感器之間均方根誤差在0.10～0.13℃之間，說明該放風(fēng)設(shè)備運(yùn)行較為穩(wěn)定，采集溫度數(shù)據(jù)精度高。絕對誤差在-0.06～0.45℃之間，且傳感器1-3之間絕對誤差普遍高于傳感器4-6，說明放風(fēng)器設(shè)備1性能優(yōu)于放風(fēng)器設(shè)備2，同時(shí)這也可能與各傳感器環(huán)境位置稍有差異有關(guān)。

以1℃為單位間隔統(tǒng)計(jì)各溫度段絕對誤差 (圖1b)。各傳感器在各溫度段絕對誤差呈現(xiàn)無特定規(guī)律波動，波動值為0.07～0.28℃之間，但大多數(shù)測量值在較高溫度和中間溫度時(shí)段呈現(xiàn)出較大絕對誤差，其中29.1～30.0℃之間絕對誤差最大為0.28℃，21.1～22.0℃、 22.1～23.0℃、 29.1～30.0℃為 0.27， 23.1～24.0℃、24.1～25.0℃、26.1～27.0℃ 絕對誤差為0.26。

圖1 (a)傳感器1-6均方根誤差 (b)傳感器1-6絕對誤差 (AE)單位 (℃)

以1℃為單位間隔統(tǒng)計(jì)各溫度段均方根誤差 (圖1a)。結(jié)果顯示30.1～31.0℃之間均方根誤差最大為0.15℃，29.1～30.0℃之間均方根誤差為0.14，16.1～17.0℃、 19.1～20.0℃、 26.1～27.0℃、 31.1～32.0℃均方根誤差為0.12，其余各溫度段均方根誤差波動在0.09～0.11℃之間。

綜上，各溫度段誤差水平呈現(xiàn)無特定規(guī)律波動，但在較高和較低溫度段均方根誤差較高，數(shù)據(jù)穩(wěn)定性較差；在中間和較高溫度段絕對誤差較大。

1.2 與標(biāo)準(zhǔn)儀器誤差對比分析

選取WPZ1型溫度傳感器與手自一體智能放風(fēng)器溫度數(shù)據(jù)采集期間同一分鐘時(shí)刻數(shù)據(jù)，與傳感器1-6溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行對比誤差分析。

將WPZ1型溫度傳感器溫度數(shù)據(jù)降序排序，分別計(jì)算其與同一時(shí)刻傳感器4-6溫度數(shù)據(jù)差值 (圖2)，可以看出絕對誤差均先小幅升高然后降低，然后再增高并維持較高誤差水平，30.4～28.7℃和 22.7～15.9℃誤差較高，32.8～30.4℃和 28.6～16.0℃誤差較低，最大誤差1.2℃，出現(xiàn)在夜間22：00次日05：00之間，最小誤差0℃，出現(xiàn)在白天9：0015：00之間。

圖2 傳感器4-6溫度數(shù)據(jù)差值單位 (℃)

圖3 傳感器1-6絕對誤差單位 (℃)

將各傳感器獲取溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行多日數(shù)據(jù)分時(shí)段統(tǒng)計(jì)絕對誤差平均值 (圖3)。傳感器4-6絕對誤差分別為 0.55℃、0.49℃、0.76℃，均 方 根 誤 差 為0.18℃、0.19℃、0.19℃，離散程度趨于一致；白天(08：0020：00)隨著溫度升高差值減小，溫度絕對誤差為0.43℃，均方根誤差為0.05℃，夜間 (20：0008：00)絕對誤差為0.82℃，均方根誤差為0.03℃。雖然白天溫度升高，平均誤差減小，但離散程度、差值波動均大于夜間。傳感器1-3絕對誤差分別為0.21℃、 0.37℃、 0.64℃， 均方根誤差分別為0.17℃、0.17℃、0.17℃，溫度差值變化趨于一致；白天溫度絕對誤差為0.31℃，均方根誤差為0.12℃，夜間絕對誤差為0.46℃，均方根誤差為0.11℃。放風(fēng)器設(shè)備2呈現(xiàn)出較為明顯波動規(guī)律，而設(shè)備1在各溫度時(shí)間段內(nèi)無明顯波動規(guī)律，這可能因?yàn)樵O(shè)備1獲取數(shù)據(jù)量少導(dǎo)致。

通過對降水天氣與晴好天氣絕對誤差數(shù)據(jù)對比分析，降水天氣的絕對誤差值比晴好天氣平均約偏大0.2℃，最大差值為0.6℃。降水天氣絕對誤差為0.77℃，均方根誤差為0.11℃，晴好天氣絕對誤差為0.60℃，均方根誤差為0.18℃，雖然降水天氣平均誤差大于晴好天氣，但是降水天氣的差值變化更穩(wěn)定，溫度更接近于平均值。

綜上，白天誤差小于夜間，晴好天氣誤差小于降水天氣。雖然夜間溫度和降水天氣溫度誤差大，但是溫度變化趨于平緩，溫度差異的波動性更小，數(shù)據(jù)更加穩(wěn)定。

2 結(jié)論

各溫度段誤差水平呈現(xiàn)無特定規(guī)律波動，但在較高和較低溫度段均方根誤差較高，數(shù)據(jù)穩(wěn)定性較差；在中間和較高溫度段絕對誤差較大。

白天誤差小于夜間，晴好天氣誤差小于降水天氣。雖然夜間溫度和降水天氣溫度誤差大，但是溫度變化趨于平緩，其溫度差異的波動性更小，數(shù)據(jù)更加穩(wěn)定。