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ADCP（声学多普勒流速剖面仪）测流是目前世界上最先进的河流流速流量测量设备之一，它利用多普勒效应原理进行流速测量，帮助水文部门在线、实时的获取河流的流速流量信息，以掌握河流的运行状况和变化规律，为预防水灾、防汛决策提供可靠数据，从而最大限度地减少或者避免洪涝灾害造成的人员伤亡、财产损失，保障人民生命财产安全。 % z7 D1 ?# d9 }7 z8 ]
项目背景 " S* }' \6 \- S! _( o
位于山东省济南市泺口镇黄河大堤南岸的泺口水文站，常年为国家防总和黄河防总测报水情，为黄河下游山东河段的防汛抗旱、水量调度、工程建设、地方经济发展等提供精确的水文资料。由于汛期来临，受黄河上游调水调沙及冲刷的影响，黄河山东段的河水含沙量大，流速和流量增加，使得泺口水文站一直面临在较大含沙量环境下测流的难题。 8 w' N _% U: q# K
▲泺口水文站痛点分析 * ^+ U: P; j: s
在较大含沙量环境下，泺口水文站采用的流速仪和ADCP无法正常测验。其中，流速仪测验时间长，一次测验需要1个小时左右，且测验方法较为复杂，对测验断面要求高。同时流速仪劳动强度大，需要驾驶测船测验，存在一定的安全隐患。而ADCP在面对含沙量较大时，其需要的高分辨率的高频声波信号会被快速吸收，无法测量底跟踪信息，导致ADCP无法进行单独测量。 ! q# Z8 u. e+ m9 s9 H
实施方案
' i1 P; X9 d" J3 C9 h7 g/ T& h 由于黄河高含沙量的恶劣条件，导致ADCP无底跟踪信息，无法单独测验，因此中海达提供了iFlow RP600型ADCP配备了HD-MAX测深仪和K16型GNSS定位定向仪的解决方案。方案中，使用HD-MAX测深仪测量水深信息补充ADCP底跟踪信息中的水深参数的方法、使用K16型GNSS定位定向仪测量速度补充ADCP底跟踪信息中的设备相对大地速度。通过HD-MAX测深仪和K16型GNSS定位定向仪配套的软件将各设备的测量数据实时输出至iFlow流量测量软件，在软件与iFlow RP600型ADCP测得的相对流速信息相整合，共同参与流量计算，完成本次ADCP测流作业。
7 J8 n7 Q; E5 |. A ]: M) a ▲iFlow RP600型ADCP ▲HD-MAX测深仪 ▲K16型GNSS定位定向仪作业流程 * A, M$ K+ Z+ Y' L8 B
1.设备安装
6 k% g- |; [: Q6 p; R4 q 为了减少联合测量时各个设备间隔距离产生的测量误差，中海达测验人员将iFlow RP600型ADCP以侧舷安装的方式，将其安装在钢质测量船的右前方；将HD-MAX测深仪的探头安装在iFlow RP600型ADCP的前方，同时尽可能的减小HD-MAX测深仪声头与iFlow RP600型ADCP的距离；将K16型GNSS配套的2个定位定向天线安装在iFlow RP600型ADCP固定支架的正上方，同时为提高联合测量的精度和质量，中海达测验人员对K16型GNSS定位定向仪的天线基线与iFlow RP600型ADCP艏向安装角度进行了-4°的偏差修正。
# o- ^$ W2 _" [9 \ ▲设备安装示意图2.数据采集 ! h7 Q% a, o! @& Y5 u( l6 c
本次测流，iFlow RP600型ADCP进行2个测回（共4个半测回）。各测次的起始时间与记录的数据文件如下表所示。 * m' o) R9 Z3 v3 `
- z+ s4 ~7 g( @9 D' W6 n( Q 3.数据分析 9 l, n2 _) I2 |0 `0 _
基于iFlow流量测量软件，可以得到泺口段测验断面的整体流速剖面图等各种信息。 ' X' R7 w- k3 T, o3 q& b
▲泺口段黄河断面整体流速剖面图基于iFlow流量测量软件，可以看到断面当前测次测量得到的流量、流速、面积、河宽等多个参数值及其数据的统计分析计算。
, N" t; E# `+ A ▲统计分析表基于iFlow流量测量软件，可以看到整个断面测量到的流量随测量时间变化的曲线示意图，由此清楚的看到流量随时间变化的趋势。
* o, j, H: A5 R9 H4 n" I ▲iFlow流量测量软件时间序列图基于iFlow流量测量软件，可以看到各个测量时间上iFlow RP600型ADCP对应4波束测量到的流速、回波强度等信息。
3 X3 }4 \1 w. c# h9 u7 l! \ ▲iFlow流量测量软件显示ADCP剖面信息基于iFlow流量测量软件，可以自动生成输出流量成果表，自动记录当前测次的配置信息、流量参数测量结果与测量平均结果。 / p( v! i, f6 k! N: S' |1 ^
▲iFlow RP600型ADCP流量成果表基于iFlow流量测量软件，可以看到各个呯时刻对应的GNSS信息。
6 m( @. T/ h9 M! Z+ E8 l+ I1 g% l ▲GNSS信息表基于iFlow流量测量软件，可以看到当前钢质测量船的航迹轨迹线及对应的流速矢量。 m5 z0 G5 H' q4 r2 R
▲钢质测量船航迹与流速矢量图成果展示
$ p4 T( y' Q/ { iFlow RP600型ADCP四个半测回流量最大相对偏差在2.12%，断面平均流速、流向、河宽及断面面积参数的自偏差值（标准差）均在0.6%~2.7%之间，满足测量规范的精度要求，并且达到较高的测验精度；其中iFlow RP600型ADCP测得流量平均值与当日官方测报发布的泺口水文站的流量相对偏差为1.01%。由此可得，iFlow RP600型ADCP在本次大含沙量条件下测得的数据具有较高的精确度和准确度，本次iFlow RP600型ADCP高含沙测流系统联合测验取得圆满成功。 ' T0 y0 }. Y% I/ {0 l$ }% [
▲iFlow RP600型ADCP流量测验结果项目总结
# k# _7 h+ Y/ ?7 X; [# i/ ? 通过此次泺口水文站与中海达进行的联合测试试验可知，中海达iFlow RP600型ADCP与HD-MAX测深仪、K16型GNSS定位定向仪联合使用，可以克服大含沙量的恶劣条件影响，完成ADCP的测量作业任务，为黄河较大含沙量条件下测流提供了更多的手段和方法。 & l' N" r, S) P5 s
同时，本次测验还展现了iFlow RP600型ADCP在外设拓展、安装调试、支持软件、流量测量结果等方面的优异性能。 . G, E+ h' N, G5 c4 k7 w7 P, W! G
在外设扩展方面，iFlow RP600型ADCP可以依据需求，合理的输入其他外设参数，用于进行ADCP的流量计算，设备的外设兼容性良好。
5 p" z, C6 H2 t" F2 r) ~* @ 在安装调试方面，iFlow RP600型ADCP的安装、调试过程方便快捷，且与HD-MAX测深仪、K16型GNSS定位定向仪的连接可靠，可以用于当前大含沙量条件下进行使用。
/ q# J* ^: p. o7 y: t9 o 在支持软件方面，iFlow流量测量软件在测试过程中和测量完成后的数据分析过程中，可以呈现丰富的测量信息，具有良好的用户体验。 # _: E, S+ o% C. @2 W9 F
在流量测量结果方面，iFlow RP600型ADCP测出的流量、流速、底速、断面面积等参数数据，自偏差（标准差）均在2.7%以内，测量精度满足ADCP流量验测规范要求。
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