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Application Background ^# b" c7 d; |+ E" J& c) o& c
随着社会的发展进步,水文工作的重要性日益凸显。水文流量测验各种数据的获取对于水资源调度、防汛等工作至关重要。传统的河流流量测量方法主要包括流速仪法、浮标法等,人工船测、桥测、缆道测量和涉水测量等手段也常被使用。尽管这些方法原理简单明了,但费工费时,效率低下。因此,传统的测流方法已无法满足信息化时代对流量测量的需求。
- X. ]% l( g1 O) L# i ^ 无人船搭载ADCP走航式测流应运而生,它具有精度高、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。
+ r% _ }) {# w 小科普-ADCP
' ~; }/ p- q- `' P5 ? 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。
9 D" F% C; K( M' D* w" B) M 合众思壮UB115搭载ADCP系统组成 5 G r9 [2 g' `! P" T
▲无人船搭载ADCP系统组成
+ H- W6 v) D% g! j. @7 z/ X! D 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。
8 \) `( X1 Z. ~& D: M 项目应用 * V& q- S' O" S, z
Project Application
4 x6 t) T+ s3 l" \. P+ O 项目地点:广西壮族自治区某水文站 % w3 V) @; z* x1 A7 v: |/ O) k
项目设备:合众思壮UB115无人船+ADCP 9 K! q: \( z5 U; i2 p. c" K
项目要求:采集河道断面流速流量数据,船速小于流速,速度均匀横渡
6 M; r- z+ `3 s* k7 ]* y; M 项目过程: * Z7 ]& H! c2 O; `2 f
首先,向水文站工作人员介绍无人船搭载ADCP的工作原理、操作流程,展示无人船搭载ADCP参数性能。
8 P1 b( \8 \- D- B4 v9 i7 X 然后,在水文站采集河道断面流速流量数据,与水文站传统的缆线测量数据进行对比。 * b9 S6 R6 I, |, Q* L
最后,论证无人船搭载ADCP用于流速流量测量的实用性与可行性,可提高水文测验能力,助力水文行业装备技术发展。 ) |, V" K* r. U" H6 I, c
合众思壮UB115无人船+ADCP 智能无人船测量系统下水后,由于船体小,吃水浅,对水体扰动极小,并且船速可人为设置,以较小的速度匀速横渡断面,船体通过设置的计划线导航,实时调整自身姿态,严格按照断面线航行。不但保障了过程中航行的稳定性,也更好地满足了“船速小于流速,速度均匀横渡”的项目要求。
( u/ r, Z' P' } ▲水文站工作人员操控无人船 ' G3 G0 t! T' y% C
Performance Comparison
. }4 @ q6 O9 k; W 传统缆测 VS 搭载ADCP # }* y; L) k" w4 g! D
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。 $ {/ j, F1 b( y& ~4 W$ N+ F" `5 S
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,确保每次的测量都是同一个断面测线,使数据准确性大大提高。
7 P+ B. W1 E) j$ t3 x Project Achievements * O- Y6 I4 w o: z, D
项目成果 : G' J: s' Z, k. `* C& H0 G7 h* a5 ?
规划好无人船作业航线后,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。
9 m8 _6 @, F2 M/ m5 L2 o ▲测量数据 . O- d5 Q. P# n8 w# s3 F: C, }
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。 ( c7 W+ I0 K, R j" q! G3 t% H# H9 j
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。经济价值显著,过去的水上测量,除了费时费力,船只等物资的维护还需要不菲的开支,无人船的出现,可以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。 : j3 b1 y4 m/ d( L
优势总结 % _$ A# x, }( W: w+ o, z( t
Summary of Advantages
) H% T1 C. `7 |& z0 P 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,其优势也很明显: 4 Y: X& o" V, s) Y2 I& f
1
% I% l$ G0 Z5 a8 C1 e/ O8 g" J Z 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。 ; d; @: E! u2 z2 D* r/ h
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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再断面上布设了密度更大的测点,由于采集率更高,获得的流量数据自然精度更高。
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传统方式中,通常都是将测流断面于河岸垂直。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。
7 W* @/ N* R U' D; t, Q 4 3 h: r6 u8 l8 D9 N
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。
8 w! q1 V+ G# b3 B# o- S( x ▲无人船走航测量示意图 + ~2 i- o% D. S* m
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