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1、SommerRQ RG30非接触式雷达测流系统2012 1 传统测流非接触式雷达系统特点非接触式雷达测量原理调校RQCommander 软件 非接触式雷达系统优势适用范围测点选择非接触式雷达系统与其他系统比较 2 3 传统测流方法 4 传统测流方法 5 传统测流方法的局限性 洪水旋桨测量不适用底沙 树等对仪器的损害旋桨测流时员工的安全问题测量洪水时员工的 无效基础对于水位 流量曲线Q h 中流量测定精确度的影响 6 传统测流是如何进行的 过去很长一段时间内如用旋杯旋桨人工测流图表 黄色三角形处 时间 7年用少量测点建立流量曲线 流量关系曲线的生成Q h 非接触式雷达测流方法 流速的连续测量图表
2、 蓝色圆圈处 时间 2个月在洪水流量峰值时也是许多测点没有流量曲线时流量的测定Q h 较好的流量测定水位流量关系水位流速关系 7 非接触式雷达测流特点 8 功能 流量计算流速和水位的连续测量安装后流量值立即有效无需水位流量曲线 Q h 非接触式测量安全可靠无需维护免于洪水灾害易于室外安装 如河流桥梁等 识别河床变化在线水位流量曲线Q h 计算流量用水位流量关系计算流量现存系统容易集成 9 10 水政 配水简单管理蓄水 泄水洪水预警 监测水坝安全重建 保险装置环境监测最小流量 确认最终流量记录水文模型用水权分析 交易 水权转换诉讼野生动植物和渔场水质 适用范围 大体范围 具体范围 河流 山洪 航
3、道测量 水电站 明渠 运河 排水沟 水电站 污水 工业 非接触式雷达测流原理 11 非接触式雷达测流系统 测量系统和流量计算 水文模型 雷达传感器 RQCommander 12 水位非接触式雷达信号连续测量高准确度与气温和介质无关性 流速非接触式多普勒频移的测量24GHz 可探测最小3mm波动高准确度 速率 30cm s与气温和介质无关性 超声波同气温 介质有关 13 14 流量计算 用公式Q A h Vm计算流量Q 式中 A是截面面积 Vm是通过截面的平均流速 上述公式也是流体连续方程的一部分 从测量位置及其实际水位测出截面面积 雷达测出测点位置的局部流速Vl 用公式Vm Vl k h 算出
4、平均流速 式中k是无量纲因子 由水位h决定 Sommer程序RQCommander可算出k h 综上所述 流量计算公式为Q A h vl k h 15 流量计算 截面面积因为截面面积取决于水位 所以编制水位和截面面积的对照表并放入雷达装置的流量表里 这个表能用RQCommander程序生成 K系数用于计算测点的表面平均流速 可用两种方法确定K系数值 1 当截面面积A h 已知 不同水位测量的k系数可用参考例如Sommer示踪系统其中一部分适当的流量测量值决定 通过测量流速 k系数也可由k h Q A h Vlo算出 2 K系数也可用由theSommerRQCommander或者theSimKm
5、odel模型模拟测点算出 K系数保存在RQ设备里 称为流量表 16 传感器的信号处理初始化扫描相关测点流速范围内水位初始化测量需要更多的时间多次扫描测量使得精确度高几次扫描得出一个测量结果 0到40次扫描 建议4次 使得单次测量误差最小化速率跳跃限制两次测量之间速率变化Damping可调滤波器 所有扫描过滤极值过滤消除降水干扰最小化阵风对波图的影响最小化船行的影响 17 截面面积 因为截面面积取决于水位 所以编写了水位和截面面积的对照表并放入雷达装置的流量表里 这个表能用RQCommander程序生成 18 k factor K系数用于计算测点的表面平均流量 可用两种方法确定K系数值 1 当截
6、面面积A h 已知 o不同水位测量的k系数可用参考例如Sommer示踪系统其中一部分适当的流量测量值决定 通过测量流速 k系数也可由k h Q A h vlo算出 2 K系数也可用由theSommerRQCommander或者theSimKmodel模型模拟测点算出 K系数保存在流量表的RQ 30设备里 19 安装 易于安装 可以很好的利用既有桥梁 而且河边安装可利用延伸的臂梁 直行河流段 以及不变的河宽和层流特性状况下可得到最好的测验结果 为了获得良好结果 测量区域要避免石子 岩石或人工建筑等的干扰 涡流会造成测面流速精确度不高 对测量有很大的影响 河流的突然缩窄和放宽例如分支 汇流或者弯曲
7、等河流形态也不利于获得良好测量结果 20 安装 可安装在上游或者下游测点选择见左下角图示 其他情况只能安装在单边 上图所示 21 安装 测点选择是安装的准备工作 安装高度要在平均海平面之上 高度以米表示 22 RQCommander 23 水位校准 一开始时 水位需要参数化 正确的水位直接对应流量计算结果 在Level菜单和TechnicsTech Level子菜单下调整水位值 24 水位调整 用水位标尺调整水位如果测点处有水位标尺 就用其调整水位 然后可用水位标尺值作为参考值调整水位 推荐 没有水位标尺情况下的水位调整若无水位标尺值可用 则需自行定义水位参考值 25 定义zero mark所
8、给出的三个可能性 26 k系数模拟 创建剖面定义糙率定义其他对k系数模拟有用的值完成k系数模拟的两个重要步骤 1 定义水位 2 定义水平基点和高程 假设是海平面 下一步骤可选Max Vel 值影响计算出的 最大的 Discharge Discharge是翔实的数据但并不影响测量值 如果不知道最大值 速率将无用 定义Slope 然后Max Vel 将自动计算出来 将k系数值下载到RQ 30里 27 代表性测验系统 28 细节 河流和运河部分的地表水测站的SIMK 校准模型 29 非接触式雷达测流的优势 30 非接触式测量 平时情况 洪水情况 安装在河流的外部 上方洪水期的高可靠性 故障安全无需维
9、护 传感器无需清洁 传感器不会被废料 树木 碎片 河床负载损坏 水面最大流速的连续测量 31 水位和流速的连续测量 32 洪水 水力模型决定从低水位 图中LW 到高水位 图中HHW 的平均流速条件确定包括冲击平原在内的流量 33 河床变化 在同一水平面上流速的变化 截面改变 但水工模型不变 k 无量纲因子 截面面积调整为以 m 为单位 34 非接触式雷达系统的优势 安装简便经济 无需水下安装无需在河上土建一年四季皆可安装安装高度为0 5 30m 探头于水面之间 取决于水流流向移动和固定安装无需钻孔 不易损坏 35 适用范围 36 37 非接触式雷达测流的限制条件 流速20m s传感器距水面距离
10、30m河面宽阔且水流慢的河流 如湖泊监测波高 3mm在测流点不能有石子 涡流 驻波 测量时间间隔 1 2min 取决于传感器 水面波动干扰 38 测点建设 39 测点计算 回顾 水面波动水力情况弯曲桥梁结构 支柱死水奔流水坝电源在桥上或者悬臂上安装对测点计算有帮助的文档 测点的几张照片上游下游水面 整个河流的细节图桥梁侧面和支柱的图片测点地图 例如高分辨率的Google地图 估算最小流速 最大流速测点的侧面和纵面 40 供电和能耗 电源220 230V交流或自主的 例如太阳能板 电池 电源电压10 15V直流测量最大能耗170mA每次测量之间的睡眠模式能耗 1mA能耗示例 测量时间 1 2mi
11、n 取决于水面波动 测量间隔 每5min和每15min输出测量平均值 电源 60 80W太阳能电池板 取决于测点 41 接口 流量数据4 20mA模拟信号输出用DM EA设备模拟输出可选项有 4 20mA流速4 20mA水位4 20mA流量数字输出 RS485 SDI12串口协议流速水位流量质量参数RQ RG30系统在测量间隔下工作测量间隔参数可设定发送命令唤醒RQ RG30使其发送测量值 42 43 非接触式雷达系统与其他系统比较 44 测量参数连续水位人工流速水位流量曲线需求Q h 密集型测量活动的时间和成本洪水情况下测量频次不得不减少在大流量情况下只能估算Q h 曲线洪水期测量风险很高洪
12、水期的损害推移质 树木 漂浮物无河床变化的直接检测测点建设费用高昂在河中有构造设施设备成本 非接触式雷达测流参数连续水位连续流速无需流量相关曲线Q h 水力模型校准建成后即可有效测流在洪水期都是有效的非接触式 故障安全 低维护传感器在河上 河外河床变化检测安装简单经济在河中无构造设施设备成本低 45 超声波多普勒 转接时间 接触式测量洪水 河床负载的困难测量系统的损坏气溶和O 流速直至0m s洪水 测量相对的靠近河床最小水深昂贵的设置水下设置水中建设设备的几个操作时间设定加强维护限制河床负载 悬移质 浊度最小水深 非接触式雷达流速测量 非接触式测量测量可靠即使在洪水期间也是在河面上 无损害免维
13、护流速 0 3m s并且 8m s洪水 总能在水面测量vmax无最小水深限制设置简单安装简单且节约成本在河面上安装 无需在河上施工限制非常缓慢的流速平静的水面 46 洪水 和H ADCP 传送时间比较 非接触式雷达系统在每个水位处都可测出最大流速 stage 用最大流速可算出最大流量从最大流速转换到平均流速更加准确 47 结语 48 非接触式 安全 无维护 无损坏 传感器无需清洗 安装后精确测量尤其是在发生洪水 包括河漫滩 时连续测量流速不受水中悬浮沉淀影响无需水位流量曲线Q h 检测河床改变无最小水深限制河外安装经济简便 49 数据收集概述 50 51 52 webHMS 8081 lcrq
14、 53 SOMMERRG 30技术指标 产品类型 平板雷达 最新一代 2 测量原理 多普勒3 适应水流方向 顺流 逆流可选4 河流 渠道类型可选 1 极平缓一致水面2 一般平缓河流 渠道3 一般性河流 渠道4 湍急性河流 渠道5 极湍急性河流 渠道5 适应气候条件 全天候工作 适合在暴雨和暴雪天气工作 无雨衰6 飞溅性水流6 控制方式 硬件触发 软件协议并行控制 自由开始 停止测量动作7 雷达波段和频率 Ka波段 24 160GHz8 数据采集时间 5到240s可调9 测量间隔时间设定范围 工作方式1 8s到5h可调 工作方式2 外部设备硬件触发工作方式3 RS484 SDI 12口命令10
15、一次测量中流速数据输出方式 1 移动平均2 去除大数平均3 最小值平均4 中值平均 54 SOMMERRG 30技术指标 11 雷达波束角 12 12 雷达垂直方向角度调整范围 30 60 自动补偿 13 垂直角度跟踪分辨率和精度 分辨率0 1 精度1 14 雷达水平方向角度 可以设置15 雷达探头距离水面距离 0 5m到30m16 流速测量范围 0 15mto15m s17 分辨率和误差 0 02m s 1 18 模拟接口 4 20mA 可接入集成水位 温度 气象 环境等其它传感器19 数字接口 RS232 RS 232 TTL RS 485A RS485B 1200Baud 115200B
16、aud SDI 12 1200Baud 20 传输波特率 1200 19200021 自动输出结果 流速 角度 信噪比和数据质量分析 9个信号质量子项 等 可设置多种ASCII码协议 22 重起工作模式 1 硬重起 去除缓存内上个测次所有历史数据 以新数据开始计算当前流速 2 软重起 缓存内保留上个测次所有历史数据 结合新数据开始计算当前流速 55 SOMMERRG 30技术指标 23 信号质量直接图形显示24 指挥功能 对于复杂性断面 可由一台主机指挥另2台同类型雷达流速传感器工作 实现3台传感器联合同步工作 25 电源 5 5 30VDC26 电源保护 具有电源接错和过压保护功能27 电流 最大130mA 测量时 28 休眠时 小于1mA29 工作温度 35 60 30 存储温度 40 C 60 C31 内置防雷标准 0 6kWPpp32 野外防护等级 IP68 56 SOMMERRG 30技术指标 33 同时符合以下工业标准 最关键要求 1 EMCEN301489 1 3 V1 6 1 无线设备和服务的电磁兼容 EMC 标准 2 SafetyEN60950 1 用于测试或验证资讯
