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作为水利工作的重要基础，水文工作通过对流量、水位、降水、蒸发、泥沙、水质、地下水、水温等水文要素的长期、连续观测，收集系统、全面的水文资料，并通过水文情报预报、水资源分析计算和评价等工作，为流域综合治理开发、防汛抗旱、工程建设、水资源开发和可持续利用和保护等提供基本信息和科学的决策依据。
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6 }" V$ v( [ E4 r* v 而传统的流量测量方法，例如流速仪法、浮标法、人工船测、桥测、缆道测量和涉水测量等手段费工费时，效率低下，无法满足信息化时代对流量测量的需求。
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; g; S, x4 a, ~0 R 声学多普勒流速剖面仪（简称：ADCP）是一种融合水声物理、水声换能器设计、电子技术和信号处理等多学科而研制的测速声纳设备，利用声波的散射和回波延时来确定流速和方向。 % _1 R; W/ L& k! v* A
无人船搭载ADCP走航式测流，具有精度高、测验时间短、分辨率高、资料完善、信息量大等特点，可满足河宽较大、泥沙等多因素影响较大的水文测量需要。这种方式的应用对于水文现代化和信息化具有重大意义，也将成为水利系统现代化建设的发展趋势。
, t4 G" {7 D. s 合众思壮UB115搭载ADCP系统组成
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合众思壮UB115无人船采用M体船型设计，船体小，重量轻，便于搬运携带。其任务载荷系统采用模块化设计，核心部件及搭载设备可灵活更换，使其在野外复杂水域中具有极强的适应性。可搭载多款ADCP进行走航测量，并能够外接罗经、北斗/GNSS和无线电台等多种设备，能直接测出断面的流速剖面，不扰动流场，测验历时短，测速范围大。ADCP分别记录下底跟踪速度和断面水流速度信息，用测流软件可以分析得到水流速度及流速在整个断面的分布情况，进而计算出整个断面的流量。
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8 k9 V% J$ X- X, f9 x0 W# R 项目应用
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Project Application
9 r8 k: A" l3 V% v R' L) W 项目地点：广西壮族自治区某水文站 ' c1 s" e0 Z+ K, B2 E$ J# M
项目设备 1 g, T1 }4 X2 i% F8 r
：合众思壮UB115无人船+ADCP
2 _6 i% T# ]% D) K8 t 项目要求
1 _' }5 e1 Z! w% U' H7 d ：采集河道断面流速流量数据，船速小于流速，速度均匀横渡
$ c) S5 V4 I/ D6 X4 T 项目成果：规划好作业航线后，利用UB115无人船自动巡航功能，来回往返2趟，共采集4组数据。采集数据后，对数据进行分析、剪切，实现单次数据图。 `# N) ] T7 f6 ?
与传统缆测数据对比，无人船测量更加便捷高效，两个测回即可满足测量精度，测量人员只需在岸边进行操作，以更少的时间精力轻松完成测量，降低了测量人员劳动强度。经过多次实测，无人船系统采集的测景数据准确、可靠，稳定性高，在保障更高效率作业的基础上，减少人力物力的投入，运作成本更低，一举两得。 3 A* ~" ]: t7 O$ I; s
) J8 ]0 ~6 p/ ]! A6 Z 测验数据 l" Q6 P i4 y: z. U6 E6 k) T
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1 d. U8 c' k, P2 k) J+ C) D: L7 F 优势总结 3 f2 q) v3 Q2 F( k
, [5 P" ~6 U9 ]" q Summary of Advantages & V$ |1 c8 [" P, G' t- ?( _
从理论上讲，无人船搭载ADCP流量测验原理与传统的人工船测、桥测、缆道测量和涉水测量的基本原理一样，都是在测流断面上布设多条测速垂线，在每条测速垂线处测量水深并测量多点的流速，经计算得到垂线平均流速。但与传统测流方式相比，无人船搭载ADCP走航式测流，优势显著：
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1 E3 ]; u1 W: n# q% a" l 1.传统流速仪是静态方法，流速仪固定于水中不同深度逐点施测。而无人船搭载ADCP测流方法是动态方法，其在随测船移动过程中持续发射脉冲波进行测量。 , ]$ U3 D% d0 ?* ~2 E" h. Q
2.传统流速仪测量方法一个断面只能布设若干个测点，且需要进行人工计算流量值，而无人船搭载ADCP走航式测流方法相当于在断面上布设了密度更大的测点，采集率更高，获得的流量数据自然精度更高。 5 w6 k% a+ r# U! E
3.传统方式中，通常都是将测流断面与河岸垂直。而采用无人船搭载ADCP进行测量时，其测量结果并未与船只至河流此岸到彼岸间航线存在联系，无论是斜线或者是曲线的轨迹都可以，从而将测量工作进一步简化。
- j; s% @% O( G; l' u 4.传统的断面测量需要借助桥梁对固定断面进行测量，或者以租用有人船的方式在河流断面上测量。而运用全自动测量无人船搭载相应的ADCP，即可无须局限于固定位置，不用人工进行测量，借助全自动、高精度的导航系统，可实现比人工测量更笔直的断面测线，确保每次测量都是同一个断面测线，使数据准确性大大提高。 , W( T: M1 B3 V. |4 b" {
5.可根据无人船设置航线，按照既定航线进行数据采集，走航式ADCP测量船易于保养，且故障率低，可靠性好。
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' K/ |3 `- t7 e: Y7 d/ n) N ▲无人船走航测量示意图
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作者 |武汉空间 吴迪
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; T9 T9 _7 f3 Y# X 编辑 | 王维璟 校对 | 李心玉
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