无人机雷达水流测量方案：河道流速流量监测 - 声学多普勒流速仪

/ s9 h- W I4 W6 a& Z2 \# j

一、无人机河道水流测速方案

8 C6 x4 }- T7 O/ q

水流测速系统概述

2 K) a Z. F7 K% H9 Z( S& P; N

' h+ U5 ]. J/ d& V* C

水流流速是水文测量中极其重要的一个要素，观测水流的目的在于，掌握它的特性，研究它在时间上的变化和空间上的分布，经过分析研究找出其活动规律。河道水流测速是河道管理中的一项重要工作，有助于保障河势稳定、堤防安全，防止洪水灾害，保护人民生命财产安全，维护水生态环境，实现水资源的可持续利用等。

9 c+ h# a0 k1 D9 |; H

二、无人机水流测速系统优势

7 f- \+ k* h% U4 c- I: ~: n# c

无人机测流系统以其安全、灵活、便捷的工作方式，结合以需求为导向、创新服务的要求，在水文测验应急要求更快、环境恶劣的条件下，可实现降低人工测量的危险系数，提高工作效率及测量精度等优点。

) y- V) Z+ \: P1 i" H" ^

三、系统组成

（1）无人机：用于挂载雷达流速仪、无线摄像头等设备。

6 o8 X. d- V9 I, p" M( G( e

（2）增稳云台：可调整雷达流速仪的姿态，使其符合雷达流速仪测流的安装要求。

5 q3 S, g' t8 b0 J

（3）雷达流速仪：利用多普勒效应，测流水体表面的流速。

（4）电台通信系统：用于传输无人机控制指令和相关挂载设备的信息。

1 f3 J% A1 n0 V! }1 S$ C, W# g

（5）地面控制系统：用于发送指令和接收无人机等装置的相关数据。

（6）定位系统：集成厘米级千寻知寸高精度定位服务。

（7）供电系统：给整套系统供电。

6 B- J* h0 N# \: U7 |+ I0 C

四、雷达测流原理

雷达流速仪采用多普勒效应原理测流体表面流速。在声学领域中，当声源与接收体(即探头和反射体)之间有相对运动时，回声的频率将有所变化，此种频率的变化称之为频移，即多普勒效应。当雷达流速仪与水体以相对速度 V 发生对运动时，雷达流速仪所收到的电磁波频率与雷达自身所发出的电磁波频率有所不同，此频率差称为多普勒频移。通过计算多普勒频移与 V 的关系，得到流体表面流速。

五、流量计算

" \% F7 `1 T( o/ w3 B

& H! l K1 Y& S9 }

测流垂线按照《GB 50179-2015 河流流量测验规范》要求进行布设。如图所示，红色线条为测流断面设置的垂线，共 10 条垂线，将断面分为 11 个小断面。每条垂线上的垂线平均流速Vn 垂为雷达车在该测点雷达流速仪所测的表面流速Vn 表与水面流速系数k 两者的乘积，即:Vn 垂 =Vn 表*k，其中 n 表示对应的垂线序号。可根据公式计算出小断面的流量。

. ^0 f# I$ z0 J

六、功能特点

! i8 z& n( _- W$ |- j( ~4 ]

（1）平面微带雷达非接触式探测，不受气候、泥沙及漂浮物影响。

$ C! H7 J% s' E5 o

（2）快速精确测量，数据输出稳定，且适用于洪水期高流速环境。

1 |& }$ J; h8 |; k

（3）天线发射频率灵活可调，能有效避免多个产品相互干扰。

& R1 C& N3 B+ j, j9 p& H' _

（4）可设定多种数据通讯接口，方便用户系统对接。

（5）测量运行和休眠模式相结合，节能降耗。

（6）防内部结露、防水、防雷设计，适用于各种野外环境。

七、测量流程

. f7 E. F* |# M$ H. s) d