前言
2023 年入夏開(kāi)始，我國(guó)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(guó)的水文部門(mén)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(kāi)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。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。
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(wú)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(wú)人船和橡皮艇牽引多普勒流速剖面儀開(kāi)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)。火熱的水文測(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(méi)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(guó)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(méi)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?jī)H 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(pán)、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(wú)線藍(lán)牙通訊，無(wú)需額外連接外部通訊模塊
高效率、低功耗的藍(lán)牙 BLE5 無(wú)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(guò)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(guò)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剑辉傩桀~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(yè)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(lái)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(guò) 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(guò) 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(jī)，對(duì)于 RS5 巡測(cè)數(shù)次的技術(shù)人員而言，似乎并沒(méi)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^(guò)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(wèn)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(jiàn)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(wèn)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(wèn)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(guò)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。現(xiàn)場(chǎng)有出現(xiàn)類似問(wèn)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(guò)了 100m，并且現(xiàn)場(chǎng)存在多臺(tái) RS5 同時(shí)藍(lán)牙無(wú)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(kāi)始了選址和測(cè)流。其實(shí)這種情況，無(wú)需要多擔(dān)心。即便 RS5 信號(hào)中斷，請(qǐng)不要停下來(lái)，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(kāi)現(xiàn)場(chǎng)之前，宜對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行一下簡(jiǎn)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(wú)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(guó)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(wàn)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?jī)x，您可曾考慮您是否真的還需要一臺(tái) RS5 呢？這個(gè)問(wèn)題真的只能由您來(lái)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(lái)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(guò)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(wèn)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(guó)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(zhǎng)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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