由于水利行業(yè)的水位測(cè)量環(huán)境復(fù)雜,在水面平靜且無(wú)漂浮物等干擾時(shí),雷達(dá)液位計(jì)可準(zhǔn)確的對(duì)水位進(jìn)行測(cè)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(wèn)題使得測(cè)量準(zhǔn)確度大大降低。
1.雷達(dá)液位計(jì)數(shù)據(jù)跳變的原因分析
雷達(dá)液位計(jì)的工作原理可簡(jiǎn)單概括為如下:雷達(dá)液位計(jì)發(fā)射雷達(dá)波一水面反射雷達(dá)波雷達(dá)液位計(jì)接收雷達(dá)波。在以上三個(gè)過(guò)程中,雷達(dá)液位計(jì)本身的技術(shù)指標(biāo)決定了發(fā)射與接收過(guò)程的信號(hào)質(zhì)量,而水面反射雷達(dá)波的過(guò)程對(duì)信號(hào)強(qiáng)度產(chǎn)生至關(guān)重要的影響,在此過(guò)程中各種干擾因素會(huì)使反射波信號(hào)強(qiáng)度降低,使得雷達(dá)液位計(jì)接收到的反射波太弱或接收不到反射波,導(dǎo)致水位測(cè)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(hào)反射。既然反射波的強(qiáng)弱決定水位測(cè)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(lèi)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(jì)在10M高度進(jìn)行測(cè)試以保證信號(hào)反射的量程一致。多次實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:平穩(wěn)的水環(huán)境基本能夠正常反射信號(hào),而大波浪水面出現(xiàn)數(shù)據(jù)波動(dòng),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(wèn)題;經(jīng)過(guò)反復(fù)驗(yàn)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(cè)設(shè)備通常采用太陽(yáng)能供電模式,為了能夠更好地保證系統(tǒng)用電,RTU會(huì)對(duì)雷達(dá)液位計(jì)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(duì)雷達(dá)液位計(jì)進(jìn)行供電,且RTU自身也會(huì)進(jìn)入休眠狀態(tài)以降低功耗,在下一個(gè)數(shù)據(jù)采集周期RTU自動(dòng)蘇醒,并給雷達(dá)液位計(jì)供電。在雷達(dá)液位計(jì)經(jīng)幾十秒的加電預(yù)熱后,RTU對(duì)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(jì)供電預(yù)熱的時(shí)長(zhǎng)受外界氣溫的變化影響較大,一般高溫度(25°℃以上)時(shí)在28秒左右,低溫(-10℃C以下)時(shí)會(huì)增長(zhǎng)到45秒左右,且RTU為雷達(dá)液位計(jì)加電的瞬間會(huì)產(chǎn)生較大的啟動(dòng)工作電流,不但增加功耗,還將縮短雷達(dá)液位計(jì)的使用壽命。目前使用的RTU和雷達(dá)液位計(jì)均采用低功耗元器件制造,因此適當(dāng)增加太陽(yáng)能板和蓄電池的容量,可保證RTU和雷達(dá)液位計(jì)長(zhǎng)時(shí)間工作,為增強(qiáng)其穩(wěn)定性,二步實(shí)驗(yàn)采用常供電的模式:即RTU給雷達(dá)液位計(jì)持續(xù)加電,保證其一直處于穩(wěn)定的工作狀態(tài)。通過(guò)多次實(shí)驗(yàn)對(duì)比,低溫時(shí)常供電工作方式對(duì)雷達(dá)液位計(jì)數(shù)據(jù)測(cè)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(cè)量,過(guò)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(duì)雷達(dá)液位計(jì)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(cè)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(lái)處理。通過(guò)常供電工作模式的調(diào)整,雷達(dá)液位計(jì)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(jì)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(shí)驗(yàn)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(chǔ),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(cè)量值返回給RTU,通過(guò)RTU發(fā)送數(shù)據(jù)。
通過(guò)“三步走"的調(diào)整和優(yōu)化,雷達(dá)液位計(jì)工作穩(wěn)定可靠,經(jīng)過(guò)不同環(huán)境下的多次實(shí)驗(yàn),改造后的雷達(dá)液位計(jì)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(guò)程中
3.雷達(dá)液位計(jì)應(yīng)用
如新疆地區(qū)的流域水資源整合項(xiàng)目中采用了300余個(gè)雷達(dá)液位計(jì),在實(shí)際應(yīng)用中均不同程度出現(xiàn)數(shù)據(jù)跳變問(wèn)題,冬季時(shí)問(wèn)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(jì)均能正常工作。經(jīng)人工驗(yàn)證,數(shù)據(jù)準(zhǔn)確無(wú)誤,證明方案切實(shí)可行激活
4.結(jié)語(yǔ)
雷達(dá)液位計(jì)因精度高、安裝方便、維護(hù)簡(jiǎn)單,雷達(dá)液位計(jì)作為水位測(cè)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(guò)軟硬件結(jié)合調(diào)整的方式,很好地解決了雷達(dá)液位計(jì)受環(huán)境影響導(dǎo)致的數(shù)據(jù)跳變問(wèn)題,并在實(shí)際生產(chǎn)中得到了驗(yàn)證,該方案可推進(jìn)雷達(dá)液位計(jì)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。
