廣泛應用于設施農業的手自一體智能放風器溫度傳感器準確性分析

王婷 程雯 徐立強 肖振中

(內蒙古自治區寧城縣氣象局，內蒙赤峰024000)

1 手自一體智能放風器溫度傳感器準確分析

手自一體智能放風器[1]由沈陽農業科技有限公司和赤峰益康農業專業合作社研制的支持手機遠程管理功能的日光溫室環境模擬控溫通風設備，單機帶動120m日光溫室放風，廣泛應用于內蒙古和遼寧地區，目前推廣面積達到2.67萬hm2。本文對該放風器攜帶溫度傳感器與氣象部門標準的溫度進行準確性分析，查找確定放風器系統誤差并分析該設備不同環境下穩定性。

分析方法：采用Excel進行數據統計分析，準確性指標采用常用的統計方法即絕對誤差 (AE)、均方根誤差(RMSE)衡量，公式為：

其中 Xobs，i表示放風設備實時觀測數據， Xmodel，i表示WPZ1型溫度傳感器實時采集數據。

1.1 儀器系統誤差分析

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，說明該放風設備運行較為穩定，采集溫度數據精度高。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，說明放風器設備1性能優于放風器設備2，同時這也可能與各傳感器環境位置稍有差異有關。

以1℃為單位間隔統計各溫度段絕對誤差 (圖1b)。各傳感器在各溫度段絕對誤差呈現無特定規律波動，波動值為0.07～0.28℃之間，但大多數測量值在較高溫度和中間溫度時段呈現出較大絕對誤差，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℃為單位間隔統計各溫度段均方根誤差 (圖1a)。結果顯示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無特定規律波動，但在較高和較低溫度段均方根誤差較高，數據穩定性較差；在中間和較高溫度段絕對誤差較大。

1.2 與標準儀器誤差對比分析

選取WPZ1型溫度傳感器與手自一體智能放風器溫度數據采集期間同一分鐘時刻數據，與傳感器1-6溫度數據進行對比誤差分析。

將WPZ1型溫度傳感器溫度數據降序排序，分別計算其與同一時刻傳感器4-6溫度數據差值 (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℃，出現在夜間22：00次日05：00之間，最小誤差0℃，出現在白天9：0015：00之間。

圖2 傳感器4-6溫度數據差值單位 (℃)

圖3 傳感器1-6絕對誤差單位 (℃)

將各傳感器獲取溫度數據進行多日數據分時段統計絕對誤差平均值 (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℃。放風器設備2呈現出較為明顯波動規律，而設備1在各溫度時間段內無明顯波動規律，這可能因為設備1獲取數據量少導致。

通過對降水天氣與晴好天氣絕對誤差數據對比分析，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，數據更加穩定。

2 結論

各溫度段誤差水平呈現無特定規律波動，但在較高和較低溫度段均方根誤差較高，數據穩定性較差；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，數據更加穩定。