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智慧河道水文测量ADCP无人船

文字:[大][中][小] 手机页面二维码 2018-12-29     浏览次数:    

  所谓智慧河道,即采用现代高科技智能化手段,借助工业级监控终端及数据中心平台对区域内河道的水文、雨量、流速、水质等进行全面实时的监测,对各类水资源信息和防汛抗旱信息进行快速、准确的传送、分析和处理,做到全局把控,提高效率,降低操作维护成本,为防洪抗汛工作提供及时全面的数据支持,保障沿河群众生命财产安全。

  ADCP是目前被广泛使用于海洋、河口的流场结构调查和流速流量测验的高科技测流仪器,中文名称为声学多普勒流速剖面仪,利用声学多普勒效应原理进行流速测量,能直接测出断面的流速剖面,具有不扰动流场、测验历时短、测速范围大、技术先进、性能稳定、方便快捷等多种优点……由于ADCP的应用,减少了常规人工测验的时间,降低了工作强度,提高了工作效率,从而为防汛指挥部门提供了更加科学、精准的数据,对防汛抗旱预报发挥出了十分突出的作用,并为政府部门科学决策提供了可靠的依据,有力地保障了人民群众的生命财产安全。


  当然,河水流态复杂多变,存在死水、回水、雍水、旋涡等各种状态。不同断面面积变化相差过大也对流态产生很大的影响,进而影响流速和流量。常规测试是采用人工开船拖拉ADCP进行测试的方式。但这种情况下,由于船速往往不能保持一致,尤其是河流中建造闸、坝、桥墩,或有冰凌阻塞时,均能引起壅水,而当水流受阻时则产生水位升高的现象。当ADCP桥测时,为避免雍水则需要在上游进行测量,但实际上对于人员和仪器的安全考虑通常在桥的下游用长绳子拉着测量,而这样的话,ADCP探头不易控制方向进而影响测量的准确性,同时仪器的使用安全系数也降低了,不利于安全生产。

  但当ADCP遇到无人船时,这些问题则都迎刃而解了!这是水文测量作业的一次巨大的革命性进步和创造!

  无人船是一种可以无需遥控控制,借助精确卫星定位和自身传感即可按照预设任务在水面航行的全自动水面机器人,英文缩写为USV(unmanned surface vessel)。其融合了船舶、通信、自动化、机器人控制、远程监控、网络化系统、信息处理、运动控制等专业技术,可实现自主规划、自主导航、自主环境感知、智能避障、远距离通信、模式识别、视频实时传输和网络化监控等功能。

  无人船可自行设定航线,可使每次起测点和结束点都是一样的,往返测回的路线也在同一个断面上,避免了人工开船导致测量断面不一致的情况,还可将起测点和结束点设定在雍水建筑物上游,避免了雍水建筑物引起的测量数据精准度并保障了人员和仪器的安全,同时也可以避免用橡皮艇或专用船只拖拉ADCP进行测量,人员和仪器的安全以及上游船只对拖拉的ADCP测量数据准确性的影响。无人船具备定速航行功能,可使其携带着ADCP以一定的速度往返回测。在自行导航进行断面测量时,无人船方向可保持向对岸方向,避免探头方向来回乱变,从而极大程度地提高ADCP的测验精度。另外,由于无人船带有全球定位系统,因为可十分方便地获知船的相关位置信息。

  欣思创水文智能测流船作为国内水文测流无人船的先创者,从产品构思、实现遥控操作、完成推进系统的高度匹配,直至完全智能化运作,可完全替代常规水文测量中用绳索拖拽设备测流而存在的安全隐患及测量数据不精准的的弊端,并可根据客户需要集成多种ADCP设备,通过可靠智能的控制系统进行测流路线规划、自动导航测流、定点悬停测流、逆流直线测流等各项智能化测试,从而确保ADCP在任何水流状况下都能有效地工作并获得高质量的测流数据,并进一步实现了可靠、安全、准确的智能化水文监测工作目标。

  欣思创水文智能测流船,从设计研发到批量生产,前后经历了5~6年的时间,终以其产品性能稳定可靠、自动化程度高、坚固耐用、抗风浪能力强而成为国内长江、黄河流域水文监测部门的指定产品,同时得到了美国USGS、加拿大水文局的一致认可,并成为惟一进入美国国家水文测量船采购系统的中国产品。目前,因其产品卓越的智能控制如悬停测流等功能,而成为国内水文智能测流无人船同业的翘楚。

  ADCP使用中注意事项:(以下文字摘自水文局官方网站,仅供学习参考交流借鉴)

  ADCP,中文名字声学多普勒流速剖面仪。顾名思义是利用声学多普勒效应原理进行流速测量的高科技测流仪器,能直接测出断面的流速剖面,具有不扰动流场、测验历时短、测速范围大等特点,目前被广泛用于海洋、河口的流场结构调查和流速流量测验等。由于ADCP是利用声波反射来测流的,所以当被测水体含沙量过大或出现推移质的时候,会出现动底现象(即底跟踪失效或走沙),造成流速测量误差,从而影响流量的准确性,确切地说测得的流量偏小。为了解决这一问题,必须外接测深仪和差分GPS配套使用。在这里我想浅谈一下RDI公司“瑞江”ADCP外接GPS罗经,在使用过程中可能面临的问题和解决方法,供大家一起探讨、一起进步。

  一、设备安装。仪器设备应轻拿轻放,严禁碰撞,安装牢固,换能器与连接线应涂抹硅胶进行防水防沙。由于ADCP往返测流时,分别位于船体的上下游,安装不当会造成往返流量偏差较大,为避免测船扰乱天然流态导致ADCP实测失真,ADCP应离船弦外侧1.0米,换能器接线端朝向船尾(下游),换能器入水尽量浅,但应保证在走航过程中换能器不脱离水面;GPS罗经前、后天线的连线应与船体轴线平行,且定向天线在前(上游)。

  二、ADCP检测。正常情况下,接通电源同时,ADCP会发出“滴、滴”的声音,如果没有可以用软件检查,软件WinRiver1.04要用专门的检测软件BBTALK检测,软件WinRiver2.07直接在新测量里检测。检测时要确保通讯正常,电源电量足够,线路连接良好,注意取下ADCP保护套(讯号发射受阻电脑也会显示无信号)。如果都不行就有可能为ADCP硬件存在问题。

  三、ADCP测流参数设置。由于每个断面的情况不同,参数设置也不大相同。要根据自己断面实际情况设置合理的参数,根据梅港站使用情况来说,侧身单元尺寸WS设置不宜过大,使用15-30即可;流速只要不高于3.4m/s,误释流速WV使用170即可,流速过大时误释流速要适当调大,但不宜过大,以免影响测验精度。发射功率BX设置不宜过大,取断面最大水深1.5倍即可,水深越大,反射时间越长,对船速要求越高。

  四、差分GPS检测。正常的标志是GPS指示灯闪绿灯,差分灯闪红色,其频率大致为0.1-1秒/次。常见问题是没有卫星或差分数据,原因可能为地形复杂有障碍物遮挡信号、硬件设备受损、接口松动接触不良、配套手机卡欠费没流量、账号已在别的地方登陆(一个账号同一时间只能有一个使用者)。解决方法相应为拆除障碍物、检查各硬件设施是否完好、检查各个线路接口是否接好,检查手机卡是否有钱,确保账号同一时间没有其他人使用。

  五、GPS罗经检测。正常情况下点击检测GPS和罗经旁的方框,旁边指示灯在1秒内变绿。如果不行,首先要查看工作环境、线路连接、电源等硬件是否良好,然后检测通讯是否良好。检测通讯可以先在我的电脑属性里查看硬件设施中的通讯端口,然后在3011PRO软件里设置相应的端口,最后在软件WinRiver2.07配置的外围设备里设置。

  六、左、右岸边测距应准确测量,走航开始与结束时船速应尽量减慢,并收集10个以上数据方可进入下一步操作。在测流过程中,测流人员不宜来回走动,也不宜集中在船体同一边,尤其是在低水测流时。

  七、河底或航迹中途出现大片的空白。如果只是航迹中间出现大片空白,船只退回到正常数据的地方再走过就行,不影响数据的精确性。如果河底出现大片空白,则此次测回作废,重新测流。

  八、动底判断。打开航迹图,正常情况下GGA、VTG、BTM航迹是一致的。出现动底时GGA和VTG航迹会和BTM航迹有较大的偏移,但夹角为锐角,如果出现钝角则说明定向和位天线接反了,要及时调整,重新来过。

  九、测流结果不理想。原因有:1)配置命令有问题如盲区、岸边距、磁偏角等参数输入有误;2)河底有走沙现象,即出现河底动底;3)卫星的定位和定向天线接反了。解决方法:1)检查并正确设置各项命令和参数后再来过,多次测流减少误差。2)如果有河底动底,就使用GPS的GGA或VTG数据;3)调整定位和定线天线,重新测流。

  十、数据选用。在没有河底走沙现象时,BTM数据和GGA、VTG数据几乎一致,航迹线基本重合,优先使用BTM数据结果(即底跟踪);如果出现河底走沙(GGA和VTG航迹会和BTM航迹有较大的偏移),则结合两个测回GGA或VTG数据进行航迹拟合,采用拟合后的数据作为正式成果。

  十一、维护保养。每次作业结束,仪器设备与连接数据线等应切断电源,擦拭干净,远离腐蚀性物品,严禁受压受潮受太阳照射,特别注意保护换能器探头。非专业人士不得拆装仪器内部结构。


  拓展阅读:

  微型ADCP:

https://baike.baidu.com/item/%E5%BE%AE%E5%9E%8BADCP%E6%B0%B4%E6%96%87%E4%BB%AA%E5%99%A8/3876773?fr=aladdin

  ADCP:

https://baike.baidu.com/item/ADCP/7764424

  ADCP介绍:

https://wenku.baidu.com/view/bbdd83cc3169a4517623a36f.html?rec_flag=default&sxts=1544491544094

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