知识工具7 棵树可展开路径

选型决策树

Decision Trees

7 棵决策树:水位、土壤水分、溶解氧、变形、振动、通信、人员感知。每条终点都给出推荐技术、理由与不适用条件。

01

7 棵选型决策树

决策树不能替你做决定,但能保证你不漏掉关键约束。每条路径都给出"选什么、为什么、什么时候不适用"。

02

水位测量怎么选

水位是最容易"看起来都行"的量。先问三个问题:能不能接触水、水里有什么、要不要防爆防腐。

传感器能否接触水体(安装条件)?
可以接触,水质较清、无强腐蚀
需要多高的精度与长期稳定性?
厘米级够用、成本敏感
投入式压力水位计成本低、安装简单,通气电缆补偿大气压后可达 0.5%FS。
不适用:泥沙淤积埋探头、含油污易堵塞导压孔。
需要毫米级、长期稳定
高精度雷达或静水井 + 浮子/编码器方案,长期漂移小。
不适用:静水井需定期清淤,浮子易卡。
不能接触(洪水、泥沙、漂浮物多)
水面是否有泡沫、漂浮物或剧烈波动?
水面较平稳、有安装立杆
非接触雷达不受泥沙与水质影响,免维护,是河道与水库的主流方案。
不适用:正对栏杆/护坡会多路径;泡沫与漂浮物产生假回波。
水面波动大或安装空间受限
超声成本低、波束窄,适合渠道与井口;加静水井或滤波可抑制波动。
不适用:声速随温湿度变化需补偿;雨雪与结冰会失效。
有既有摄像机、希望零土建补点
视频水尺利用既有视频,保留影像证据,适合城市内涝与中小河流加密。
不适用:夜间与雨雾性能下降;立杆位移会造成系统偏差,必须定期复核。

领域:水文 · 共 5 条终点路径

03

土壤水分怎么选

土壤水分没有"通用最优"方案,先确定你要的是体积含水率、水势,还是剖面分布。

你要的是"含水量"还是"作物能不能吸到水"?
要含水量(灌溉决策、水量平衡)
土壤盐分(EC)高不高?
EC < 2 dS/m,普通农田
FDR 成本低、可长期埋设、多点组网方便,本地标定后可达 ±2%。
不适用:盐分高时介电损耗增大,读数偏低;必须做本地标定。
EC 高(盐碱地、海水倒灌区)
TDR 以时域波形判读,受盐分影响显著小于频域法,适合盐渍化地块。
不适用:成本高、功耗大,波形在强导电土壤中仍会衰减。
要水势(作物水分胁迫、灌溉时机)
张力计直接测土壤水势,与作物吸水能力对应,是灌溉时机的物理判据。
不适用:量程受限(约 -80 kPa 易气穴),需定期补水维护,冻土期不可用。
要剖面分布(多层、深埋)
电容式探头可多深度串联埋设,一根立管测多层含水率与温度。
不适用:层间干扰与安装空隙会导致系统性偏差,需逐层标定。

领域:土壤 · 共 4 条终点路径

04

溶解氧怎么选

光学法与电化学法的差别不在精度,而在维护周期与长期漂移。养殖与地表水要按维护能力选。

现场能保证多长的维护周期?
每月可维护一次以上(科研、饮用水)
电化学(原电池/极谱)成本低、响应快,维护到位时精度很好。
不适用:需定期更换电解液与膜,流速依赖明显,长期漂移大。
1~3 个月维护一次(水质站、养殖)
荧光法无需电解液、抗流速影响、漂移小,维护周期长,是主流在线方案。
不适用:荧光帽老化与生物附着会让读数缓慢偏低;必须按周期换帽。
高浊度、高色度或含硫化物
光学法不受色度与浊度的化学干扰(但需防污),在复杂水体更稳。
不适用:探头表面结垢会直接挡住荧光,必须配自动清洗。

领域:水质 · 共 3 条终点路径

05

变形与位移怎么选

变形监测的第一问不是"用什么传感器",而是"要测绝对位移还是相对位移、量级多少"。

需要绝对位移(相对稳定基准)还是相对变形?
绝对位移、毫米级、长期
GNSS 静态/准静态解算可达毫米级,全天候、无需通视,适合边坡与尾矿库。
不适用:遮挡与多路径会显著降低精度;成本与供电要求较高。
相对变形(裂缝、接缝、局部倾斜)
变形量级?
毫米~厘米,局部
裂缝计/拉绳位移计直接测开合与相对位移,成本低、易布点。
不适用:量程有限,超量程会损坏;安装基座松动会被误判为变形。
微弧度级倾斜
伺服式倾角计分辨率可达 0.001°,适合大坝、基岩与高精度结构。
不适用:对安装面与温度极敏感,必须做温度对照与基座稳定性检查。
深部滑移面位置未知
钻孔测斜管可给出沿深度的位移剖面,直接定位滑移面。
不适用:施工要求高、易被碎石卡住;只能测垂直于管轴的位移。

领域:地质 · 共 4 条终点路径

06

振动传感器怎么选

先定频率范围,再定测什么(加速度/速度/位移),最后才看精度。选错频段,精度再高也没用。

你要分析的频率范围?
低频(<1 Hz):结构模态、地震、桥梁
力平衡伺服加速度计低频响应好、动态范围大,适合强震与超低频结构监测。
不适用:成本高、体积大、需调零。
中频(1~1000 Hz):机械状态、轴承
IEPE 压电加速度计频带宽、动态范围大、布线简单,是设备状态监测的标准选择。
不适用:不能测静态量;电缆阻抗与接头质量直接影响低频与噪声。
需要长期低功耗、无线组网
MEMS 加速度计功耗低、可电池供电、自带数字接口,适合大范围低成本布点。
不适用:噪声底较高,低频与微小振动分辨能力弱于 IEPE。
需要测速度而非加速度(环境振动评价)
动圈式地震检波器直接输出与速度成正比的电压,天然适合 GB 10070 类环境振动评价。
不适用:频带窄(通常 1~100 Hz),不能测静态位移。

领域:振动 · 共 4 条终点路径

07

通信方式怎么选

通信不是"哪个先进选哪个",而是按数据量、实时性、供电与资费四个约束同时筛。

单站每天的数据量与实时性要求?
小数据量(<1 MB/天)、分钟级即可
现场有公网覆盖吗?
有 4G/5G 覆盖
→ mqtt
MQTT over 4G 是最经济的方案:长连接、低流量、支持 QoS 与断线重连。
不适用:公网 IP 不可依赖,需注意心跳与流量包大小。
无公网、距离 1~10 km
→ lora
LoRa 自组网功耗低、无需资费,适合山区与农田大面积布点。
不适用:占空比限制导致时延大,不适合频繁控制。
大量视频或高频波形
→ ethernet
有线以太网或光纤带宽稳定,适合视频回传与高频振动数据。
不适用:布线与供电成本高,雷击与接地需专门设计。
需要与既有工业系统对接
→ opc-ua
OPC UA 自带信息模型与安全机制,是工业系统集成的通用语言。
不适用:实现复杂、资源占用高,低端网关跑不动。

领域:接口与传输 · 共 4 条终点路径

08

人员存在与跌倒怎么选

这类"测量"的验收指标是检出率、误报率与时延,不是传感器精度。先定隐私边界,再定技术。

场景是否允许摄像头(隐私要求)?
不允许图像(卧室、卫生间、养老)
毫米波不采集图像、可穿薄被检测呼吸与体动,是被动照护的主流方案。
不适用:金属床架与水体多径干扰;多人同场景难分离。
允许图像、需要事件证据
视频可同时给事件、位置与影像证据,便于复核与追溯。
不适用:夜间与遮挡性能下降;必须做概率校准并保留人工复核。
只需"有没有人移动"、成本极敏感
PIR 成本与功耗极低,适合走廊、卫生间门口等"经过即触发"的场景。
不适用:静坐与睡眠必然漏检,不能单独用于看护。

领域:室内与人居 · 共 3 条终点路径