广泛应用于设施农业的手自一体智能放风器温度传感器准确性分析

王婷 程雯 徐立强 肖振中

(内蒙古自治区宁城县气象局，内蒙赤峰024000)

1 手自一体智能放风器温度传感器准确分析

手自一体智能放风器[1]由沈阳农业科技有限公司和赤峰益康农业专业合作社研制的支持手机远程管理功能的日光温室环境模拟控温通风设备，单机带动120m日光温室放风，广泛应用于内蒙古和辽宁地区，目前推广面积达到2.67万hm2。本文对该放风器携带温度传感器与气象部门标准的温度进行准确性分析，查找确定放风器系统误差并分析该设备不同环境下稳定性。

分析方法：采用Excel进行数据统计分析，准确性指标采用常用的统计方法即绝对误差 (AE)、均方根误差(RMSE)衡量，公式为：

其中 Xobs，i表示放风设备实时观测数据， Xmodel，i表示WPZ1型温度传感器实时采集数据。

1.1 仪器系统误差分析

传感器1和2之间绝对误差0.17℃，均方根误差0.11℃，1和3之间绝对误差0.45℃，均方根误差0.13℃，2和3之间绝对误差0.28℃，均方根误差0.10℃。

传感器4和5之间绝对误差-0.06℃，均方根误差0.12℃，传感器4和6之间绝对误差0.20℃，均方根误差0.13℃，传感器5和6之间绝对误差0.27℃，均方根误差0.10℃。

各传感器之间均方根误差在0.10～0.13℃之间，说明该放风设备运行较为稳定，采集温度数据精度高。绝对误差在-0.06～0.45℃之间，且传感器1-3之间绝对误差普遍高于传感器4-6，说明放风器设备1性能优于放风器设备2，同时这也可能与各传感器环境位置稍有差异有关。

以1℃为单位间隔统计各温度段绝对误差 (图1b)。各传感器在各温度段绝对误差呈现无特定规律波动，波动值为0.07～0.28℃之间，但大多数测量值在较高温度和中间温度时段呈现出较大绝对误差，其中29.1～30.0℃之间绝对误差最大为0.28℃，21.1～22.0℃、 22.1～23.0℃、 29.1～30.0℃为 0.27， 23.1～24.0℃、24.1～25.0℃、26.1～27.0℃ 绝对误差为0.26。

图1 (a)传感器1-6均方根误差 (b)传感器1-6绝对误差 (AE)单位 (℃)

以1℃为单位间隔统计各温度段均方根误差 (图1a)。结果显示30.1～31.0℃之间均方根误差最大为0.15℃，29.1～30.0℃之间均方根误差为0.14，16.1～17.0℃、 19.1～20.0℃、 26.1～27.0℃、 31.1～32.0℃均方根误差为0.12，其余各温度段均方根误差波动在0.09～0.11℃之间。

综上，各温度段误差水平呈现无特定规律波动，但在较高和较低温度段均方根误差较高，数据稳定性较差；在中间和较高温度段绝对误差较大。

1.2 与标准仪器误差对比分析

选取WPZ1型温度传感器与手自一体智能放风器温度数据采集期间同一分钟时刻数据，与传感器1-6温度数据进行对比误差分析。

将WPZ1型温度传感器温度数据降序排序，分别计算其与同一时刻传感器4-6温度数据差值 (图2)，可以看出绝对误差均先小幅升高然后降低，然后再增高并维持较高误差水平，30.4～28.7℃和 22.7～15.9℃误差较高，32.8～30.4℃和 28.6～16.0℃误差较低，最大误差1.2℃，出现在夜间22：00次日05：00之间，最小误差0℃，出现在白天9：0015：00之间。

图2 传感器4-6温度数据差值单位 (℃)

图3 传感器1-6绝对误差单位 (℃)

将各传感器获取温度数据进行多日数据分时段统计绝对误差平均值 (图3)。传感器4-6绝对误差分别为 0.55℃、0.49℃、0.76℃，均 方 根 误 差 为0.18℃、0.19℃、0.19℃，离散程度趋于一致；白天(08：0020：00)随着温度升高差值减小，温度绝对误差为0.43℃，均方根误差为0.05℃，夜间 (20：0008：00)绝对误差为0.82℃，均方根误差为0.03℃。虽然白天温度升高，平均误差减小，但离散程度、差值波动均大于夜间。传感器1-3绝对误差分别为0.21℃、 0.37℃、 0.64℃， 均方根误差分别为0.17℃、0.17℃、0.17℃，温度差值变化趋于一致；白天温度绝对误差为0.31℃，均方根误差为0.12℃，夜间绝对误差为0.46℃，均方根误差为0.11℃。放风器设备2呈现出较为明显波动规律，而设备1在各温度时间段内无明显波动规律，这可能因为设备1获取数据量少导致。

通过对降水天气与晴好天气绝对误差数据对比分析，降水天气的绝对误差值比晴好天气平均约偏大0.2℃，最大差值为0.6℃。降水天气绝对误差为0.77℃，均方根误差为0.11℃，晴好天气绝对误差为0.60℃，均方根误差为0.18℃，虽然降水天气平均误差大于晴好天气，但是降水天气的差值变化更稳定，温度更接近于平均值。

综上，白天误差小于夜间，晴好天气误差小于降水天气。虽然夜间温度和降水天气温度误差大，但是温度变化趋于平缓，温度差异的波动性更小，数据更加稳定。

2 结论

各温度段误差水平呈现无特定规律波动，但在较高和较低温度段均方根误差较高，数据稳定性较差；在中间和较高温度段绝对误差较大。

白天误差小于夜间，晴好天气误差小于降水天气。虽然夜间温度和降水天气温度误差大，但是温度变化趋于平缓，其温度差异的波动性更小，数据更加稳定。