前言
2023 年入夏開始,，我國氣候便受到冷暖氣流和臺(tái)風(fēng)杜蘇芮共同影響,，諸多地區(qū)不同程度地承受了多日暴雨侵襲，導(dǎo)致水淹損失巨大,。
其實(shí),，在每年汛期之前全國的水文部門都早已厲兵秣馬，為了有效地提升水文應(yīng)急監(jiān)測(cè)的技術(shù)水平和應(yīng)對(duì)突發(fā)雨情事件應(yīng)急監(jiān)測(cè)的實(shí)踐能力,，已經(jīng)開展多次不同規(guī)模的應(yīng)急演練,，意義重大。一方面,，不斷積累應(yīng)急監(jiān)測(cè)的實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn),；另一方面，持續(xù)探索并掌握著引領(lǐng)市場(chǎng)的高精技術(shù),。比如,，河南省水文水資源測(cè)報(bào)中心在2023年 3~5 月份，就曾多次組織全省范圍的工作人員攜同新型水文裝備,，齊聚在漯河市郊進(jìn)行一場(chǎng)又一場(chǎng)的大規(guī)模水文應(yīng)急測(cè)報(bào)演練,。
如何在水文搶險(xiǎn)中，更快速,、更便捷并且更安全地掌握河水位,、流速和流量的真實(shí)數(shù)據(jù)，是每位奮戰(zhàn)水文前線的工作者們特別關(guān)心且持續(xù)提升的一項(xiàng)重要內(nèi)容,?？茖W(xué)的應(yīng)急工具是他們執(zhí)行任務(wù)的有利工具，前沿的技術(shù)裝備才能夠推動(dòng)水文勘察和測(cè)報(bào)水平邁向更高的階層,。
演練任務(wù)
2023 年 3 月底,，河南省水文的一次演練由省水利廳主辦，并由省水文水資源中心承辦,。
演練任務(wù)涵蓋臨時(shí)水位站的速建,、纜道測(cè)流、遙控船測(cè)流,、雷達(dá)測(cè)流等主要應(yīng)急監(jiān)測(cè)內(nèi)容,，以及各種走航式 ADCP、無人機(jī),、水陸兩用車等重要裝備展示及使用,。
演練任務(wù)要求現(xiàn)場(chǎng)工作人員采用無人船和橡皮艇牽引多普勒流速剖面儀開展流量測(cè)驗(yàn)，運(yùn)用 GPS 進(jìn)行局部地形測(cè)量,。必須準(zhǔn)確地測(cè)驗(yàn)水位,、流量等多要素水文數(shù)據(jù)，其中各種新型設(shè)備測(cè)流結(jié)果
誤差在 5% 以內(nèi)?；馃岬乃臏y(cè)驗(yàn)演練現(xiàn)場(chǎng) 趙博 攝盡管測(cè)驗(yàn)數(shù)據(jù)優(yōu)異，但是 RS5 能夠快速獲得準(zhǔn)確數(shù)據(jù),，對(duì)于 RS5 巡測(cè)數(shù)次的技術(shù)人員而言,，似乎并沒有什么驚奇之處。RS5 強(qiáng)大的性能,，高頻的測(cè)流多聲束加上獨(dú)立測(cè)深聲束,，輕小的體積結(jié)合寬帶/脈沖相干模式，再組合 SonTek 技術(shù)-智能脈沖 smartpulse 功能,，我們認(rèn)為 RS5 產(chǎn)品表現(xiàn)就應(yīng)該如此優(yōu)異,。甚至，RS5 在本次演練中還能表現(xiàn)得更好,。
SonTek-RS5 賽萊默受邀參與本次水文測(cè)驗(yàn)演練,，協(xié)同支持現(xiàn)場(chǎng)的 ADCP 技術(shù)工作。涵蓋旗下品牌SONTEK產(chǎn)品RiverSurveyor®M9\FlowTracker2®Handle ADV 以及“新一代”的微型走航式聲學(xué)多普勒剖面測(cè)流儀 RS5,，三款測(cè)流產(chǎn)品均獲得了河南省水文局的好評(píng),，本文將重點(diǎn)闡述 RS5 產(chǎn)品在演練中的測(cè)驗(yàn)情況。
產(chǎn)品介紹
1 概述
SonTek 旗下的走航式測(cè)流儀 RS5 的研發(fā)是基于倍受好評(píng)的 Riversurveyor® live（M9）平臺(tái)基礎(chǔ)之上,，在軟件處理和硬件設(shè)計(jì)方面進(jìn)行又一次革新升級(jí),。其上市不到三年時(shí)間里，便以精巧輕便,、高效準(zhǔn)確的性能特點(diǎn),，再次受到國內(nèi)外水文測(cè)驗(yàn)者的青睞。
RS5 產(chǎn)品定位于中淺水域流量精準(zhǔn)勘測(cè),，尤其超淺水漫灘河道，即使低至 0.1 米的水深環(huán)境也可以為用戶提供流量勘測(cè)的精確數(shù)據(jù),。
SonTek 工廠提供 GNSS 的可選套裝項(xiàng),，以及單體船和遙控船的兩類不同船載裝配，滿足不同用戶的測(cè)驗(yàn)需求,。
SonTek-RS5
盡管測(cè)驗(yàn)數(shù)據(jù)優(yōu)異,，但是 RS5 能夠快速獲得準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，對(duì)于 RS5 巡測(cè)數(shù)次的技術(shù)人員而言,，似乎并沒有什么驚奇之處,。RS5 強(qiáng)大的性能，高頻的測(cè)流多聲束加上獨(dú)立測(cè)深聲束,，輕小的體積結(jié)合寬帶/脈沖相干模式,，再組合 SonTek 技術(shù)-智能脈沖 smartpulse 功能，我們認(rèn)為 RS5 產(chǎn)品表現(xiàn)就應(yīng)該如此優(yōu)異。甚至,，RS5 在本次演練中還能表現(xiàn)得更好,。
2 性能
RS5 是迄今為止的市場(chǎng)上體積更小、質(zhì)量更輕且數(shù)據(jù)更高清的走航式 ADCP,。注：在水中質(zhì)量僅 0.15kg,。
整體測(cè)流裝備（含船）可在一個(gè)便攜背包里存放，輕松在不同場(chǎng)所轉(zhuǎn)移測(cè)驗(yàn),。
內(nèi)置高頻 3MHz 四測(cè)流的聲波換能器和一束測(cè)深的聲波換能器
具備 360° 羅盤,、雙軸傾斜傳感器以及溫度傳感器
具備 SmartPulse 功能，結(jié)合前沿的脈沖相干(PC)和寬帶(BB)智能聲學(xué)處理技術(shù)模型,，可利用環(huán)境自動(dòng)調(diào)整的測(cè)流剖面分析的能力
高精度的底跟蹤和測(cè)流剖面分析,，可在各種環(huán)境條件下進(jìn)行且適合更淺區(qū)域
內(nèi)置電池安裝設(shè)計(jì)和無線藍(lán)牙通訊，無需額外連接外部通訊模塊
高效率,、低功耗的藍(lán)牙 BLE5 無線通訊,，支持百米的通訊距離（視環(huán)境）
支持?jǐn)嘤嵨宸昼姡瑪?shù)據(jù)自動(dòng)緩沖補(bǔ)發(fā)機(jī)制,，可防止數(shù)據(jù)丟失和冗余工作
獨(dú)立的中央測(cè)深聲束,，高效地?cái)嗝鏈y(cè)繪，為流量勘測(cè)提供更精確的過水面積
內(nèi)置并可直接應(yīng)用外延算法得選項(xiàng),，可輸出斷面圖形
支持波束篩選功能,，當(dāng)測(cè)流過程中某一波束受到環(huán)境干擾時(shí)，可針對(duì)性屏蔽掉該時(shí)段該波束數(shù)據(jù)信息
支持走航式,、定點(diǎn)式,、環(huán)形法、SMBA多種流量測(cè)驗(yàn)?zāi)Ｊ?，不再需額外費(fèi)用
具備功能豐富,、交互友好的可視化數(shù)據(jù)后處理軟件 RSQ，可提供用戶所需的所有數(shù)據(jù)信息,，導(dǎo)出格式可以 為Excel,、Matlab 和 GoogleEarth 多種形式。加強(qiáng)的頁面功能模板,，用戶可用更少的時(shí)間做更多的事情,。支持在如在辦公室內(nèi)“演示”模式播放和模擬實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集的錄制文件
支持GNSS全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)和RTK實(shí)時(shí)高清動(dòng)態(tài)差分定位系統(tǒng)
檢測(cè)成果
2023 年 3 月的演練選址是漯河市郊沙河的一個(gè)測(cè)站，各種新型設(shè)備紛紛“試訓(xùn)”,，為即將到來的汛期作準(zhǔn)備,。參加人員有 200 多人，共劃分成 19 支水文應(yīng)急測(cè)報(bào)隊(duì)伍,，并分配了新增加的 253 套新型裝備,。要求所有參加演練水文人員在斷面進(jìn)行的流量測(cè)驗(yàn),，結(jié)果誤差必須≤5%。
RS5 的最終測(cè)流結(jié)果優(yōu)異,，近十余套的航次誤差均滿足了 5% 要求,。其中，最小測(cè)流誤差僅 2‰,，最大的測(cè)流誤差不超過 4%,。
演練心得
如何在水文搶險(xiǎn)中，更快速,、更便捷并且更安全地掌握河水位、流速和流量的真實(shí)數(shù)據(jù),，是每位奮戰(zhàn)水文前線的工作者們特別關(guān)心且持續(xù)提升的一項(xiàng)重要內(nèi)容,。科學(xué)的應(yīng)急工具是他們執(zhí)行任務(wù)的有利工具,，前沿的技術(shù)裝備才能夠推動(dòng)水文勘察和測(cè)報(bào)水平邁向更高的階層,。
在五分鐘以內(nèi)，現(xiàn)場(chǎng)河南水文分中心工作人員通過 RS5 都能快速完成近百米河寬的兩個(gè)航測(cè),，并且實(shí)測(cè)面積比率大,，誤差范圍小（都在 5%以內(nèi)）,，高效完成了本次所擔(dān)負(fù)的測(cè)流演練任務(wù),，最小一組航測(cè)的測(cè)流誤差僅為 2‰。
盡管本次數(shù)據(jù)優(yōu)異,，但是 RS5 能夠快速得出以上的成績,，對(duì)于 RS5 巡測(cè)數(shù)次的技術(shù)人員而言，似乎并沒有什么驚奇之處,。如上述介紹的 RS5 強(qiáng)大的性能,，高頻的測(cè)流多聲束加上獨(dú)立測(cè)深聲束，輕小的體積結(jié)合寬帶/脈沖相干模式,，再組合 SonTek 技術(shù)-智能脈沖 smartpulse 功能,，我們認(rèn)為 RS5 產(chǎn)品表現(xiàn)就應(yīng)該如此優(yōu)異。甚至,，RS5 在本次演練中還能表現(xiàn)再好一點(diǎn),。
因?yàn)橛脩粼谘菥氝^程中，我們注意到現(xiàn)場(chǎng)一些經(jīng)常被忽略的細(xì)節(jié),，當(dāng)然也不僅僅只有漯河現(xiàn)場(chǎng)存在,。如果在實(shí)際水文勘測(cè)時(shí)可以規(guī)范這些操作細(xì)節(jié)，那么測(cè)流數(shù)據(jù)的質(zhì)量仍會(huì)增益很多,。因此,，特匯總幾點(diǎn)如下：
入水深度設(shè)置的問題：RS5 搭載在船體上,，在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)該盡可能的減小 RS5 傳感器的入水深度，除非表層湍流很大或漂浮物很多的水體,。比如搭載 SONTEK 原廠船載,，常見的 RS5 設(shè)置在 0.05-0.08m 之間。
效果：盡量發(fā)揮 RS5 質(zhì)量輕,，體積小的特點(diǎn),。RS5 上盲區(qū)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其它走航式 ADCP，覆蓋區(qū)域越多,，測(cè)驗(yàn)淺測(cè)流代表性越高,。
河岸的起點(diǎn)距和終點(diǎn)的設(shè)置問題：USGS 文章建議兩個(gè)或以上的流速剖面單元,，并使每個(gè)河岸的流量小于 5%,。
效果：盡量發(fā)揮 RS5 最小剖面單元大小 2.5cm 的優(yōu)勢(shì)。相比其它的走航式 ADCP,，RS5 能夠相測(cè)出更淺的岸邊范圍,，直接有效增大實(shí)測(cè)面積,。實(shí)測(cè)面積體現(xiàn)在報(bào)告中的實(shí)測(cè)百分比，實(shí)測(cè)百分比數(shù)值越高,，置信度越好,。
航跡線的問題：兩岸的起始位和結(jié)束位應(yīng)該盡可能的一致，并且測(cè)量過程中的航跡宜直線行駛測(cè)驗(yàn),，并且船向不宜頻繁擺動(dòng),。
效果：降低不同航次之間，因?yàn)榄h(huán)境和操作造成的測(cè)流偏差?，F(xiàn)場(chǎng)有出現(xiàn)類似問題,，本可避免。具詳細(xì)請(qǐng)參考《SL 337-2006 聲學(xué)多普勒流量測(cè)驗(yàn)規(guī)范》指南,。
斷訊后的正確操作方式：本次演練中,，現(xiàn)場(chǎng)有的兩岸距離超過了 100m，并且現(xiàn)場(chǎng)存在多臺(tái) RS5 同時(shí)藍(lán)牙無線傳輸,，多少造成了通訊信號(hào)干擾,。個(gè)別的 RS5 出現(xiàn)信號(hào)不良或中斷的情況，可惜現(xiàn)場(chǎng)人員當(dāng)即中斷并重新開始了選址和測(cè)流,。其實(shí)這種情況,，無需要多擔(dān)心。即便 RS5 信號(hào)中斷,，請(qǐng)不要停下來,，繼續(xù)航測(cè)，RS5 數(shù)據(jù)會(huì)自動(dòng)補(bǔ)傳到 PC 機(jī)的,。
效果：即便在通訊信號(hào)丟失的情況下,，得益于 RS5 數(shù)據(jù)的五分鐘數(shù)據(jù)自動(dòng)緩沖補(bǔ)發(fā)機(jī)制,，測(cè)驗(yàn)仍然可以正常進(jìn)行，五分鐘內(nèi)重新連接成功后數(shù)據(jù)不會(huì)丟失,。RS5 不易因現(xiàn)場(chǎng)通訊環(huán)境,，造成數(shù)據(jù)丟失或時(shí)間的浪費(fèi)。
RS5 操作的自動(dòng)化程度非常高,，但是您在離開現(xiàn)場(chǎng)之前,，宜對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行一下簡要處理和評(píng)估，然后請(qǐng)及時(shí)下載存儲(chǔ)數(shù)據(jù),。
效果：RS5 具備五分鐘數(shù)據(jù)自動(dòng)緩沖補(bǔ)發(fā)機(jī)制,，數(shù)據(jù)保存仍然在電腦終端，測(cè)量結(jié)束后下載數(shù)據(jù)后再關(guān)閉軟件,，杜絕造成不必要的數(shù)據(jù)丟失和重測(cè)風(fēng)險(xiǎn),。
前期選址和環(huán)境調(diào)查：任何瞬時(shí)測(cè)流裝備測(cè)驗(yàn)前，斷面選址都是收集高質(zhì)量流量測(cè)量的重中之重,，走航式 ADCP 也不列外,。根據(jù)《河流流量測(cè)驗(yàn)規(guī)范》GB 50179-2015 要求,，宜選取無回流,、死水、亂流等現(xiàn)象的測(cè)驗(yàn)河段,，確保測(cè)驗(yàn)河段順直,，斷面布設(shè)垂直平均水流方向，減少客觀因素對(duì)橫向流量測(cè)驗(yàn)相關(guān)關(guān)系分析影響,。對(duì)于 ADCP 而言,，建議提前調(diào)研現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境如磁場(chǎng)環(huán)境、走底情況以及 GPS 等信號(hào)情況等,。
效果：前期測(cè)驗(yàn)斷面選址和環(huán)境斷面調(diào)研是最容易被現(xiàn)場(chǎng)忽略,，但卻是測(cè)流特別重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。前期選址合理和掌握的環(huán)境信息的程度,，直接決定勘測(cè)數(shù)據(jù)的質(zhì)量好壞,。
思考
我國江河眾多，地勢(shì)南低北高,，水域流經(jīng)不同的氣候和地形,，形成的天然條件千差萬別。每當(dāng)應(yīng)對(duì)不同環(huán)境下的緊急汛情時(shí),，身臨一線的水文作業(yè)者都必須迅速取舍身邊的勘測(cè)工具,。因此，即便您已經(jīng)有了其它流量儀,，您可曾考慮您是否真的還需要一臺(tái) RS5 呢,？這個(gè)問題真的只能由您來回答,，但我們會(huì)留給您幾個(gè)思考的話題：
您需要真正高清的流速剖析數(shù)據(jù)，以判斷洪峰到來的時(shí)刻嗎,？
您有極淺水域,、水草摻雜、沙石遍布的測(cè)站,，還在涉水測(cè)驗(yàn)嗎,？
您的測(cè)站是否存在潛在安全隱患，微型或遠(yuǎn)程船是否能更安全收集數(shù)據(jù),？
面對(duì)冗多的斷面固定式測(cè)流儀,，每年大量的率定分析作業(yè)。您是否因?yàn)槁识üぞ吆臅r(shí)測(cè)量,、沉重轉(zhuǎn)運(yùn),，繁瑣重組操作而牽絆不已？
您是否有過這樣的測(cè)驗(yàn)經(jīng)歷,，在野外搶險(xiǎn)當(dāng)口,，因測(cè)流通訊中斷而被迫重啟整個(gè)測(cè)驗(yàn)？
如果您對(duì)上述任何一個(gè)問題的答復(fù)是肯定的,，那么這臺(tái)微型走航式聲學(xué)多普勒 RS5 應(yīng)該會(huì)切實(shí)地幫助到您,。
參考文獻(xiàn)：
[1] 聲學(xué)多普勒流量測(cè)驗(yàn)規(guī)范[ICS 17.120]．發(fā)行單位：中國水利水電出版社 2006.07
[2] T/CHES 61—2021聲學(xué)多普勒流量測(cè)驗(yàn)規(guī)范.起草單位：水利部長江水利委員會(huì)水文局；參編單位：水利部黃河水
利委員會(huì)水文局 上海市水文總站 黑龍江省水文局 河海大學(xué),；標(biāo)準(zhǔn)號(hào)分類：17.120.01流體流量測(cè)量綜合
[3] SonTek RS5技術(shù)文件. XA00136.2023,；SonTek-RS5:Robust Data From the World’s Smallest ADCP
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