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雷達液位計(jì)在水位測(cè)量中常見問題與解決方案

點擊次數:3602 發布時間:2021-02-01 06:04:46
在幹灘、有(yǒu)漂浮物(wù)幹擾的情況下進行水文測量時(shí),雷達液位計監測的水(shuǐ)位數(shù)據會發生(shēng)跳變,結果導致測量(liàng)失敗。適當增強雷達液位計發射功率使反射波信號強度增大,可降低(dī)數據跳變的概率;通過(guò)常供電可保證設備長期穩定運行,減少數(shù)據跳變的幾率;采用數據多值平均可較好過濾掉跳變數據(jù)。將上述三種方式(shì)有效結合,可大幅度提高(gāo)水(shuǐ)文測流數據的(de)準確(què)性(xìng)。
雷達液位計目前較為廣泛的應用於液灌的液位測量,其(qí)液位麵平靜,雷達波反射(shè)較好,測量精度高。引入水利行業應用後,在測量河(hé)、湖、水庫等(děng)水位時,若波浪不大或無明顯(xiǎn)幹擾(rǎo)物的狀態下,雷達液位計測量精度高(gāo),安全可靠,不失為一種**的水位測量設備。但實際(jì)應用中水環境較為複雜,設備常受到較大波浪(làng)、漂浮物、結冰、浮雪(xuě)、幹灘等因素幹擾,出現數據跳變(biàn),導致測量數據無法使用。
針對水環(huán)境的複雜情況,對雷達液位計(jì)及附屬模塊的(de)供電模式、發射功率及數據計算等幾方麵進行改造,可有效地降低以上幹擾因素的(de)影(yǐng)響(xiǎng),保證雷達液(yè)位計的穩定可靠運行。經多次試驗,此方法穩定可靠,改造(zào)後的係統在實際應用中效果(guǒ)顯(xiǎn)著。
1、雷達液位計工作模式
雷達液位計是基於時間行程原理的測(cè)量儀表,工作原理為其發射單元發出以光速運行的脈衝雷達波,當脈衝遇到(dào)液(yè)位表麵時反(fǎn)射(shè)回來被儀表內的接收(shōu)器單元接(jiē)收,並將距離信號轉化為液位信號(hào),從而計算出液位深度。
水利行業中的(de)水位值測(cè)量也是基於此工作原(yuán)理,其係統基本組成為:雷達液位計(jì)、RTU(Remote Terminal Unit,即遠程終端控製單元)、DTU(Data Transfer unit,即數據傳輸單元)、立杆及基礎、供電單元、防雷接地單元等(děng),其結構如圖1所示。
雷(léi)達液(yè)位計測量原(yuán)理圖
由於水利行業的水位(wèi)測量環境複雜(zá),在水麵平靜且無漂浮物等幹擾時,雷(léi)達液位計可精(jīng)準的(de)對水位進行測(cè)量。但若有較大波浪、漂浮物、結冰、浮(fú)雪(xuě)、幹灘等諸多幹擾的(de)情況下,數(shù)據(jù)跳變的問題使得測量準確度大大降(jiàng)低(dī)。
2、數據跳變問(wèn)題的分析與研究(jiū)
2.1 數據跳變的原因分析
雷達液位計的工作原理可簡單概括(kuò)為如下:雷達液位計發射雷達波(bō)-水麵反(fǎn)射雷達波(bō)-雷達液位計接收雷達波。在以上三個過程中,雷達液位計本身的技術(shù)指(zhǐ)標決定了發射與接收過程的信號質(zhì)量,而水麵反射雷達波的過程對信號強度產生至(zhì)關重(chóng)要的影響,在此過程中各種幹擾因素會使(shǐ)反射波信號強度降低,使得雷達液位計接收到的反射波太弱或接收不到反射波,導致水位測量失敗。
2.2 解決數據跳變的“三步走”
(1)加大發射功率,增強信號反射。既然反射波的強弱決定水位測量的成敗,且不同的幹擾物造成的影響不(bú)同(tóng),為更(gèng)好地分析各類幹擾的影響(xiǎng),我們模擬(nǐ)了(le)平穩的水環境、大波浪水麵、有漂浮(fú)物水麵、戈壁幹灘等各種不同情況,采用30M量程(chéng)發射功率的雷達液位計在10M 高度進(jìn)行測試,以保證信號反射的量程一(yī)致。多次實驗結果表明:平穩的水環境基本能夠正常反射信號,而大波浪水麵出現數(shù)據波動,有漂(piāo)浮堆積物的水(shuǐ)麵、戈壁幹灘則出現(xiàn)數據跳變。我們將發射功率加大到(dào)70M 量程,則基本不(bú)出現數據跳變的問題;經過反複驗證,適當(dāng)加大發射功率可(kě)有效降低數據跳變概率。
(2)改用常供電,保證工作狀態穩定。野外(wài)監測設備通常采用太陽能供(gòng)電模式,為了能夠更好地保證係(xì)統用電,RTU會對雷達液(yè)位計進行供電控製:一般數據采集(jí)頻次設置為不小於6 分鍾,在采集數據發射的間隔期,RTU將停(tíng)止對雷達液位計進行供電,且RTU自身(shēn)也會進入休眠狀態以降(jiàng)低功耗,在下一個數據采集周期RTU 自動蘇醒,並給雷達液位計供電。在雷達(dá)液位計(jì)經幾十秒的加電預熱後,RTU 對其發送數據采集指令,獲取到回傳的數據後進行發送。
雷達液位計供電預熱的時長受外界氣溫的變(biàn)化影(yǐng)響較大,一(yī)般高(gāo)溫度(25℃以上)時在28 秒左右,低溫(-10℃以(yǐ)下(xià))時會增長到(dào)45 秒左右,且RTU為雷達液位計加電的瞬間(jiān)會產生較大的啟(qǐ)動工作電(diàn)流,不但增加功耗,還將縮短雷達(dá)液位計的使用壽命。目前使用的RTU 和雷達液位計(jì)均采用低功耗元器件製造,因此適當增(zēng)加太陽能板和蓄電(diàn)池的容量,可(kě)保證RTU和雷達液位計長(zhǎng)時間(jiān)工作,為增強其穩(wěn)定性,*二步實驗采用常供電的(de)模式:即RTU給雷(léi)達液位(wèi)計持續加電,保證其一直處(chù)於穩定的工(gōng)作狀(zhuàng)態。通過(guò)多次實驗對(duì)比,低溫時常供電工作方式對雷達液位計數據測量效果(guǒ)突出,數據(jù)跳變(biàn)的幾率降低(dī)60%以上,數據可用率得到(dào)了較大提高。
(3)多(duō)次均值測(cè)量,過濾跳變數據。為(wéi)了能夠更好地處理特例的(de)數(shù)據跳變,*三(sān)步,我們對雷達液位計CPU內固化的軟件程序進行優化,以此(cǐ)更(gèng)大(dà)程度地避免跳變(biàn)數據的出現。CPU 內固化的軟(ruǎn)件程序原有數據(jù)處理模式為(wéi):發射脈衝波後並接收到反射波即(jí)迅(xùn)速處(chù)理一組數據,作(zuò)為測量數據回送給RTU,因此易將跳變數(shù)據作為正常數據來處理。通過常(cháng)供電工作(zuò)模式的調整,雷達液位計一直處於(yú)穩定工(gōng)作狀態,CPU內的程序可控(kòng)製雷達液位計按照特定(dìng)的周期發射脈衝波(bō)後進行接收(shōu)處理,獲得采集數據。實驗中按照每0.5 秒鍾發射一組雷達波,進行(háng)一次數據處(chù)理,並將數據進行存儲,連續采集18 組數據,去掉4 組*大值和4 組*小值後,取平均值作為可(kě)用數據測量(liàng)值返回給RTU,通過RTU 發送數據(jù)。
通過“三步走”的調整和優化,雷達液(yè)位計工作穩定可靠,經過(guò)不同環境下(xià)的多次實驗,改造後的雷達液位計很好地屏蔽了數(shù)據跳(tiào)變(biàn)現(xiàn)象,可以應用到生產過程中。
新(xīn)疆地區的(de)流域水資源整合項目中采用了300 餘個雷達液位計,在實際應用中均不同程度出現數據跳變問題,冬季時問題更為(wéi)嚴重,依本文所中的解決方案改造後,目前各雷達液位計均能正(zhèng)常工作。經(jīng)人工驗證,數據準確(què)無誤,證明方案(àn)切實(shí)可行。
因精度高、安裝方便、維護簡單,雷達液位計作為水位測量設(shè)備已在水利行業中得到了廣泛應用,本文研究通過軟硬件結合調整的方式,很好地解決了雷達液位計受環境(jìng)影響(xiǎng)導致的數據跳變問題,並在實際(jì)生產中得到了驗證(zhèng),該(gāi)方(fāng)案可推進雷達液位(wèi)計在水利行業的進一步應用,也可為其他行(háng)業同類應用起(qǐ)到很好的借鑒作用。

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