基于點(diǎn)流速雷達(dá)的在線流量監(jiān)測系統(tǒng)軟件分析與設(shè)計

虞寅佳 陳志峰

（1.江蘇南水科技有限公司 南京 210012 2.水利部南京水利水文自動化研究所 南京 210012）

1 前言

當(dāng)前，我國大部分中小河流的流量測驗(yàn)，通常采用常規(guī)的轉(zhuǎn)子式流速儀、浮標(biāo)法測得流速，再通過流速面積法將流速轉(zhuǎn)換為流量，給工作造成很大不便。一些平原河網(wǎng)地區(qū)斷面較穩(wěn)定的河流，采用ADCP 測流，但是在大洪水和漂浮物時ADCP 無法測驗(yàn)。

隨著科技的迅猛發(fā)展，為減少洪水對國家和人民生命財產(chǎn)造成的損失，要求采用先進(jìn)的測流方式和儀器，在最短的時間內(nèi)能夠測得準(zhǔn)，報得出。定點(diǎn)雷達(dá)波在線測流系統(tǒng)代替浮標(biāo)和測驗(yàn)條件不好的纜道水文測驗(yàn)，為高洪測流、日常測流、應(yīng)急測流提供新的技術(shù)手段。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

點(diǎn)流速雷達(dá)的在線流量監(jiān)測系統(tǒng)采用雷達(dá)波測量水面流速，結(jié)合斷面流量率定表面流速系數(shù)，實(shí)現(xiàn)河道流量自動實(shí)時在線監(jiān)測，見圖1。雷達(dá)流速儀基于多普勒測速原理，采用專門為水面流速測量開發(fā)的智能表面回波分析算法，有效排除與水面流速無關(guān)的干擾信號，測量水面流速穩(wěn)定可靠。

圖1 雷達(dá)波系統(tǒng)測量示意圖

雷達(dá)波測流系統(tǒng)主要由雷達(dá)波表面流速儀、水位計、遙測終端RTU、通信模塊DTU、現(xiàn)場監(jiān)測軟件、供電系統(tǒng)、防雷接地系統(tǒng)、輔助設(shè)施等部分組成，見圖2。

圖2 雷達(dá)波系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

本系統(tǒng)設(shè)置4 個監(jiān)測點(diǎn)，需安裝4 套定點(diǎn)雷達(dá)波流速儀。流速儀均安裝在大橋上，同時鋪設(shè)電纜，由數(shù)據(jù)采集儀采集數(shù)據(jù)并計算流量。

3 測流控制軟件設(shè)計與開發(fā)

3.1 系統(tǒng)功能分析

點(diǎn)流速雷達(dá)在線流量監(jiān)測系統(tǒng)軟件采用B/S 架構(gòu)，實(shí)時顯示水位、流速、流量數(shù)據(jù)及過程線；計算、顯示、輸出日、旬、月、年水量報表及過程線，其中應(yīng)能在同一個界面顯示全年水量過程線；實(shí)時監(jiān)測當(dāng)前流速、水位；設(shè)置測流斷面和測流垂線、岸邊系數(shù)等預(yù)置參數(shù)；設(shè)置流速測量歷時、水位測量歷時等采集參數(shù)；數(shù)據(jù)查詢、匯總、打印等。

主要特點(diǎn)有：（1）多傳感器有線連接，可實(shí)現(xiàn)同步測量。（2）采用總線連接方式，可滿足后期便捷增加傳感器數(shù)量。（3）安裝結(jié)構(gòu)設(shè)計簡單方便快捷。（4）軟件具備實(shí)時數(shù)據(jù)監(jiān)視、流量及水位過程繪制、流量成果表輸出等功能。（5）可實(shí)現(xiàn)智能手機(jī)或其他設(shè)備遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)訪問。

3.2 系統(tǒng)設(shè)計

3.2.1 數(shù)據(jù)庫的設(shè)計

軟件采用MySQL 數(shù)據(jù)庫，MySQL 是一個全面的數(shù)據(jù)庫平臺，提供了企業(yè)級的數(shù)據(jù)管理。數(shù)據(jù)庫引擎為關(guān)系型數(shù)據(jù)和結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)提供了更安全可靠的存儲功能。本軟件的數(shù)據(jù)庫實(shí)體包括測站、測驗(yàn)人員、測流信息、測流成果、垂線信息等。

3.2.2 系統(tǒng)框架

流量在線測流系統(tǒng)是集測流、無線傳輸、流量測驗(yàn)、數(shù)據(jù)庫管理、網(wǎng)站發(fā)布、業(yè)務(wù)處理于一體的全自動流量測驗(yàn)系統(tǒng)。測驗(yàn)人員通過互聯(lián)網(wǎng)查看測站水位、流速、流量和設(shè)備工況，中心站人員通過互聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程下載數(shù)據(jù)庫中的測站數(shù)據(jù)，在計算機(jī)上分析處理，生成各種報表，徹底擺脫傳統(tǒng)從測流到數(shù)據(jù)整理手工作業(yè)的方式，用現(xiàn)代科技手段實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，實(shí)時監(jiān)測，計算機(jī)整理。測流系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)見圖3。

圖3 測流系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖

3.2.3 各個功能模塊設(shè)計與分析

測流信息查看功能：查看測站最新信息一覽表，包括站名、水位、流量；查看單站水位、流量過程線；查看測站斷面流速分布圖；查看測站測流數(shù)據(jù)一覽表，包括水位、流量、面積、水面寬、平均水深、最大水深、平均流速、最大流速等信息。

測流參數(shù)配置功能：斷面參數(shù)、測流垂線修改；水位查詢、定時測流間隔修改；加測條件修改；岸邊系數(shù)、表面流速系數(shù)修改。

數(shù)據(jù)分析模塊：測流結(jié)束后，軟件根據(jù)水文流量測驗(yàn)規(guī)范自動生成流量測驗(yàn)報表。

系統(tǒng)管理模塊：系統(tǒng)管理包括用戶管理、權(quán)限管理、系統(tǒng)支持等功能。

4 結(jié)語

本文針對現(xiàn)有的點(diǎn)流速雷達(dá)測流系統(tǒng)現(xiàn)狀和水文測驗(yàn)工作需求，對點(diǎn)流速雷達(dá)測流系統(tǒng)軟件進(jìn)行設(shè)計與分析。在實(shí)際的水文測驗(yàn)過程中，測驗(yàn)軟件能提高測驗(yàn)工作的效率，并減少測驗(yàn)人員的工作強(qiáng)度■