由于水利行業(yè)的水位測量環(huán)境復(fù)雜,在水面平靜且無漂浮物等干擾時,雷達(dá)液位計可準(zhǔn)確的對水位進(jìn)行測量。但若有較大波浪、漂浮物、結(jié)冰、浮雪、干灘等諸多干擾的情況下,數(shù)據(jù)跳變的問題使得測量準(zhǔn)確度大大降低。
1.雷達(dá)液位計數(shù)據(jù)跳變的原因分析
雷達(dá)液位計的工作原理可簡單概括為如下:雷達(dá)液位計發(fā)射雷達(dá)波一水面反射雷達(dá)波雷達(dá)液位計接收雷達(dá)波。在以上三個過程中,雷達(dá)液位計本身的技術(shù)指標(biāo)決定了發(fā)射與接收過程的信號質(zhì)量,而水面反射雷達(dá)波的過程對信號強(qiáng)度產(chǎn)生至關(guān)重要的影響,在此過程中各種干擾因素會使反射波信號強(qiáng)度降低,使得雷達(dá)液位計接收到的反射波太弱或接收不到反射波,導(dǎo)致水位測量失敗。
2.解決數(shù)據(jù)跳變的“三步走
(1)加大發(fā)射功率,增強(qiáng)信號反射。既然反射波的強(qiáng)弱決定水位測量的成敗,且不同的干擾物造成的影響不同,為更好地分析各類干擾的影響,我們模擬了平穩(wěn)的水環(huán)境、大波浪水面、有漂浮物水面、戈壁干灘等各種不同情況,采用30M量程發(fā)射功率的雷達(dá)液位計在10M高度進(jìn)行測試以保證信號反射的量程一致。多次實驗結(jié)果表明:平穩(wěn)的水環(huán)境基本能夠正常反射信號,而大波浪水面出現(xiàn)數(shù)據(jù)波動,有漂浮堆積物的水面、戈壁干灘則出現(xiàn)數(shù)據(jù)跳變。我們將發(fā)射功率加大到70M量程,則基本不出現(xiàn)數(shù)據(jù)跳變的問題;經(jīng)過反復(fù)驗證,適當(dāng)加大發(fā)射功率可降低數(shù)據(jù)跳變概。
(2)改用常供電,保證工作狀態(tài)穩(wěn)定。野外監(jiān)測設(shè)備通常采用太陽能供電模式,為了能夠更好地保證系統(tǒng)用電,RTU會對雷達(dá)液位計進(jìn)行供電控制:一般數(shù)據(jù)采集頻次設(shè)置為不小于6分鐘,在采集數(shù)據(jù)發(fā)射的間隔期,RTU將停止對雷達(dá)液位計進(jìn)行供電,且RTU自身也會進(jìn)入休眠狀態(tài)以降低功耗,在下一個數(shù)據(jù)采集周期RTU自動蘇醒,并給雷達(dá)液位計供電。在雷達(dá)液位計經(jīng)幾十秒的加電預(yù)熱后,RTU對其發(fā)送數(shù)據(jù)采集指令,獲取到回傳的數(shù)據(jù)后進(jìn)行發(fā)送雷達(dá)液位計供電預(yù)熱的時長受外界氣溫的變化影響較大,一般高溫度(25°℃以上)時在28秒左右,低溫(-10℃C以下)時會增長到45秒左右,且RTU為雷達(dá)液位計加電的瞬間會產(chǎn)生較大的啟動工作電流,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(dá)液位計均采用低功耗元器件制造,因此適當(dāng)增加太陽能板和蓄電池的容量,可保證RTU和雷達(dá)液位計長時間工作,為增強(qiáng)其穩(wěn)定性,二步實驗采用常供電的模式:即RTU給雷達(dá)液位計持續(xù)加電,保證其一直處于穩(wěn)定的工作狀態(tài)。通過多次實驗對比,低溫時常供電工作方式對雷達(dá)液位計數(shù)據(jù)測量效果突出,數(shù)據(jù)跳變的幾率降低60%以上,數(shù)據(jù)可用率得到了較大提高。
(3)多次均值測量,過濾跳變數(shù)據(jù)。為了能夠更好地處理特例的數(shù)據(jù)跳變,第三步,我們對雷達(dá)液位計CPU內(nèi)固化的軟件程序進(jìn)行優(yōu)化,以此更大程度地避免跳變數(shù)據(jù)的出現(xiàn)。CPU內(nèi)固化的軟件程序原有數(shù)據(jù)處理模式為:發(fā)射脈沖波后并接收到反射波即迅速處理一組數(shù)據(jù),作為測量數(shù)據(jù)回送給RTU,因此易將跳變數(shù)據(jù)作為正常數(shù)據(jù)來處理。通過常供電工作模式的調(diào)整,雷達(dá)液位計一直處于穩(wěn)定工作狀態(tài)CPU內(nèi)的程序可控制雷達(dá)液位計按照特定的周期發(fā)射脈沖波后進(jìn)行接收處理,獲得采集數(shù)據(jù)。實驗中按照每05秒鐘發(fā)射一組雷達(dá)波,進(jìn)行一次數(shù)據(jù)處理,并將數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲,連續(xù)采集18組數(shù)據(jù),去掉4組 值和4組 小值后,取平均值作為可用數(shù)據(jù)測量值返回給RTU,通過RTU發(fā)送數(shù)據(jù)。
通過“三步走"的調(diào)整和優(yōu)化,雷達(dá)液位計工作穩(wěn)定可靠,經(jīng)過不同環(huán)境下的多次實驗,改造后的雷達(dá)液位計很好地屏蔽了數(shù)據(jù)跳變現(xiàn)象,可以應(yīng)用到生產(chǎn)過程中
3.雷達(dá)液位計應(yīng)用
如新疆地區(qū)的流域水資源整合項目中采用了300余個雷達(dá)液位計,在實際應(yīng)用中均不同程度出現(xiàn)數(shù)據(jù)跳變問題,冬季時問題更為嚴(yán)重,依本文所中的解決方案改造后,目前各三暢雷達(dá)液位計均能正常工作。經(jīng)人工驗證,數(shù)據(jù)準(zhǔn)確無誤,證明方案切實可行激活
4.結(jié)語
雷達(dá)液位計因精度高、安裝方便、維護(hù)簡單,雷達(dá)液位計作為水位測量設(shè)備已在水利行業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用,本文研究通過軟硬件結(jié)合調(diào)整的方式,很好地解決了雷達(dá)液位計受環(huán)境影響導(dǎo)致的數(shù)據(jù)跳變問題,并在實際生產(chǎn)中得到了驗證,該方案可推進(jìn)雷達(dá)液位計在水利行業(yè)的進(jìn)一步應(yīng)用,也可為其他行業(yè)******應(yīng)用起到很好的借鑒作用。
