走航式聲學(xué)多普勒流速儀研究范文

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《黑龍江水利科技雜志》2014年第七期

1設(shè)備兼容性實(shí)驗(yàn)

硬件連接當(dāng)ADCP無法測(cè)得河底深度并利用底跟蹤模式測(cè)得測(cè)船速度時(shí)，需要外接測(cè)深儀和GPS得到深度和速度數(shù)據(jù)。因此，驗(yàn)證ADCP與外接設(shè)備的通訊能力是分必要的，結(jié)合黑龍江省水文局現(xiàn)有設(shè)備，將高頻、低頻ADCP和GPS、測(cè)深儀設(shè)備分別進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊實(shí)驗(yàn)。數(shù)據(jù)通訊試驗(yàn)內(nèi)容包括數(shù)據(jù)傳輸和測(cè)量精度2個(gè)方面。測(cè)流設(shè)備、GPS和測(cè)深儀分別通過RS232接口與電腦連接。試驗(yàn)以高頻ADCP和低頻ADCP為核心設(shè)備分兩組進(jìn)行，分別連接GPS設(shè)備和測(cè)深設(shè)備［4］。GPS設(shè)備可以為RiverSurveyor程序(高頻ADCP設(shè)備測(cè)量程序)和WinRiver程序(低頻ADCP測(cè)量程序)提供航線信息，包括位置、速度和時(shí)間等信息，程序可以計(jì)算出測(cè)船航行的速度和方向。測(cè)量程序具備連接外置GPS的功能，GPS設(shè)備可以與高頻ADCP和低頻ADCP設(shè)備協(xié)同工作。回聲測(cè)深儀可以為測(cè)量程序提供水深數(shù)據(jù)，程序中同樣具備外置測(cè)深儀的連接功能。通過設(shè)置通訊參數(shù)，ADCP與GPS和測(cè)深儀可以進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，數(shù)據(jù)格式滿足測(cè)流軟件計(jì)算要求。ADCP與GPS和測(cè)深儀設(shè)備連接參數(shù)見表2。通過連接試驗(yàn)，高頻ADCP和低頻ADCP均可以與兩種GPS設(shè)備和測(cè)深設(shè)備進(jìn)行通訊，GPS數(shù)據(jù)能夠?qū)崟r(shí)發(fā)出，信號(hào)質(zhì)量穩(wěn)定，傳輸速度正常，可以為測(cè)量程序提供有效數(shù)據(jù)。

在完成數(shù)據(jù)傳輸試驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行測(cè)量精度試驗(yàn)。GPS設(shè)備可以提供3種測(cè)量模式分別提供導(dǎo)航模式，差分模式和RTK模式，即米級(jí)、分米級(jí)和厘米級(jí)精度。根據(jù)《聲學(xué)多普勒流量測(cè)驗(yàn)規(guī)范》(SL337—2006)要求，外接GPS提供的數(shù)據(jù)精度不能低于差分精度，也就是說差分模式和RTK模式的數(shù)據(jù)精度才能滿足ADCP測(cè)流要求。ADCP與GPS數(shù)據(jù)通訊精度測(cè)試結(jié)果表3。由表3可知，導(dǎo)航模式下的數(shù)據(jù)精度不能滿足ADCP測(cè)流要求，天寶GPS不具備接收靜止衛(wèi)星差分信號(hào)的功能，同樣不能測(cè)流要求;徠卡和南方GPS的主機(jī)能夠接收靜止衛(wèi)星發(fā)送的差分信號(hào)，因此滿足測(cè)流要求，3個(gè)品牌GPS在RTK模式下的數(shù)據(jù)精度同樣可以滿足測(cè)流要求［5］。

2設(shè)備組合比測(cè)分析

比測(cè)實(shí)驗(yàn)分兩組進(jìn)行，第一組是高頻ADCP與天寶GPS連接，ADCP采用底跟蹤模式，GPS采用RTK模式;第二組是低頻ADCP與徠卡GPS連接，ADCP采用底跟蹤模式，GPS采用差分模式。第一組實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表4，第二組實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表5，兩組比測(cè)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果見表6。通過比測(cè)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，通過外接GPS獲得船速能夠?qū)Υ嬖谧叩赚F(xiàn)象造成的流量數(shù)據(jù)偏小的情況能夠進(jìn)行修正。由于試驗(yàn)樣本數(shù)量不足，只能定性分析測(cè)流數(shù)據(jù)，不能得出確定具體修正數(shù)據(jù)。因此還需要進(jìn)行大量的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行分析。

3結(jié)語

結(jié)合高頻ADCP和低頻ADCP外接GPS比測(cè)試驗(yàn)的結(jié)果可以看出以下3點(diǎn):1)在存在走底現(xiàn)象的測(cè)驗(yàn)斷面，高頻設(shè)備與低頻設(shè)備均會(huì)受到走底現(xiàn)象的干擾，導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果偏小，但低頻設(shè)備對(duì)走低現(xiàn)象適應(yīng)性更好，在沒有其他設(shè)備輔助的情況下，可以選擇低頻設(shè)備減少測(cè)驗(yàn)誤差。2)外接GPS設(shè)備后，能夠?qū)y(cè)量結(jié)果進(jìn)行一定的修正，由于試驗(yàn)樣本數(shù)量不足，僅能進(jìn)行定性說明可以修正。3)對(duì)于不同的水位基、水沙關(guān)系、水位流量關(guān)系和斷面沖淤情況，還需要進(jìn)行大量、詳細(xì)的比測(cè)試驗(yàn)，才能夠準(zhǔn)確修正走底現(xiàn)在帶來的測(cè)量誤差，提高ADCP測(cè)驗(yàn)準(zhǔn)確性。

作者：李世強(qiáng)單位：黑龍江省水文局