一、项目背景

在水资源管理领域，精确且及时的水文数据是合理规划水资源分配、保障城乡用水安全的关键依据。在防洪减灾工作中，实时掌握河流流量、水位变化等水文信息，能够为洪水预警提供关键支撑，有效减少人员伤亡和财产损失。而对于水利工程建设，准确的水文数据则是工程设计、施工和运行管理的重要基础。

然而，传统的测流方式，如流速仪法、浮标法等，存在诸多弊端。流速仪法需要人工将流速仪放置到不同水深处进行测量，不仅操作繁琐、耗时久，而且在复杂水流条件下，测量精度会受到较大影响。浮标法虽然操作相对简单，但受水流表面状况、风向等因素干扰严重，测量误差较大。随着科技的不断发展，提高水文监测的自动化水平和数据准确性成为当务之急。基于此，本方案创新性地引入雷达车测流技术，设计一套全自动水文缆道设施，以满足现代水文监测的需求。

二、系统构成雷达车：雷达车作为重点测量设备，整体材质选用 304 不锈钢与铝合金，重量≤10KG，具备良好的耐用性与轻便性。其采用至少 4 轮驱动形式，确保在缆道运行时的稳定性 。搭载的锂电池容量不小于 20AH，为设备持续稳定运行提供电力保障。雷达车小车待机功耗≤5W，降低能源损耗。同时，感应开关距离≤3mm，能敏锐感知运行状态。雷达流速仪：采用 24GHz 天线，利用微波多普勒效应原理，通过发射和接收特定频率的电磁波测量水面流速。其有效距离为 0 - 40m，测量范围有两档，分别为 0.1 - 20m/s 和 0.1 - 40m/s ，测量精度可达 ±0.01m/s 或 ±1% ，分辨率为 0.001m/s。供电范围在 9 - 24V，功耗为 12V<40mA ，可适应 - 30 - 60℃的工作温度，储存温度范围是 - 30 - 70℃，相对湿度在 0 - 95% RH 环境下均可正常工作，通信接口为 RS485 (Modbus)，防护等级达到 IP67，能有效抵御恶劣环境。水文缆道：水文缆道采用耐腐蚀度的特种钢缆，对于 100 米以上跨度河道，钢丝绳直径≥5mm 。钢丝绳轨道之间宽度≤300mm，空载垂度不大于 100mm。缆道配备了先进的驱动系统，该系统由高性能电机、精密减速机和智能控制器组成。电机提供强大的动力，减速机保证运行的平稳性，智能控制器则根据测量需求精确控制雷达车在缆道上的水平移动速度和垂直升降高度。数据采集与控制系统：由 RTU 遥测终端机等构成。RTU 遥测终端机硬件配置丰富，拥有 2 路 RS485 接口，1 路 TTL 串口（可用作 IO 接口，外接单总线温湿度传感器，控制继电器等），SDI 接口，1 路 IO 接口，1 路脉冲输入接口，1 路脉冲雨量计接口，2 路模拟量 4 - 20mA 接口，1 路以太网接口（可外接多种转换模块），2 路 12V 可控电源输出，1 路 5V 可控电源输出。存储容量为 16M，支持比较大 256G TF 卡。供电电压 6 - 24V，待机电流<1mA (12V) ，工作电流< 6mA (12V) ，可在温度 - 30~60℃，湿度< 95%(无凝露) 的工作环境下稳定运行。负责实时采集雷达车测量的流速数据、水位计测量的水位数据以及其他相关传感器的数据，运用先进的算法对采集到的数据进行分析、处理和校准，准确控制雷达车和水文缆道的运行，实现整个测流过程的自动化操作。供电系统：为确保系统在各种复杂环境下稳定运行，供电系统采用太阳能与市电互补的供电方式。太阳能板选用高效单晶硅太阳能板，其转换效率达到 [X]% 以上，在充足光照条件下，每平方米太阳能板可产生 [X] 瓦的电力。当阳光充足时，太阳能板将太阳能转化为电能，一部分用于系统实时供电，另一部分存储在蓄电池中。在阴天或夜间，市电自动切换为系统供电，同时对蓄电池进行充电，确保系统 24 小时不间断运行。雷达车配备恒流恒压充电控制系统，材料包含不锈钢、铝合金、质量铜片、电路板等，设有恒流恒压控制单元，充电电压控制比较大误差率≤0.15% ，保障雷达车充电稳定安全。水位测量设备：采用雷达水位计用于水位测量，适用于河道、湖泊、浅滩等场景。测量范围达 30 米，过程连接有螺纹 G1½ʺ A / 支架 / 法兰多种方式 ，可在 - 40～100℃的过程温度，常压的过程压力下工作，精度可达 ±3mm ，频率范围为 26GHz，防护等级为 IP67 / IP65 。供电电源有 DC（6—24V）/ 四线和 DC 24V / 两线两种选择，信号输出支持 RS485/Modbus 协议（6~24V DC）以及 4~20mA/Hart 两线（24V DC），还可选配现场显示，外壳材质为铝 / 塑料。土建及安装支架：现场土建和支架需要自行勘查设计。钢丝绳轨道之间宽度需满足≤300mm，对于 100 米以上跨度河道，钢丝绳直径≥5mm ，且钢丝绳空载垂度不大于 100mm。系统建好后需确保对周围生活设施无影响。

三、工作原理测流过程：当系统接收到测量指令后，雷达车通过水文缆道的驱动系统，按照预设的路径和速度移动到指定测量位置。到达位置后，雷达车的自动升降和旋转装置启动，将雷达流速仪调整到比较好测量角度。雷达流速仪发射频率为 24GHz 的电磁波，电磁波遇到水面后，被水流中的水分子散射，反射回来的电磁波由于多普勒效应，其频率会发生变化。雷达流速仪通过检测这一频率变化，结合内置的算法，即可计算出水面流速。同时，岸边的雷达水位计利用 26GHz 频率的电磁波，测量水位高度，其信号通过 RS485/Modbus 协议传输至数据采集系统。系统将获取到的流速、水位数据以及预先存储的断面信息，通过流量计算模型，精确计算出河流流量。数据传输与处理：测量数据通过无线传输模块，传输速率实时传输至 RTU 遥测终端机。RTU 遥测终端机对数据进行初步处理后，存储在本地的 16M 内存中（可扩展至 256G TF 卡） 。同时，系统通过 4G/5G 网络或卫星通信链路，将数据远程传输至监测中心。监测中心的专业软件对数据进行进一步分析、展示和管理，为水资源管理、防洪减灾等决策提供数据支持。四、技术参数测量范围：流速测量范围为 0.1 - 40m/s（雷达流速仪） ，能够满足各种河流流速的测量需求；水位测量范围为 0 - 30m（雷达水位计） ，可适应不同水位高度的监测。测量精度：流速测量误差控制在 ±0.01m/s 或 ±1%（雷达流速仪） ，水位测量误差为 ±3mm（雷达水位计） ，确保测量数据的高精度。缆道跨度：根据实际测量断面的地形和河流宽度，缆道跨度可灵活调整，比较大跨度可达 500m。雷达车运行速度：水平运行速度在 0.1 - 5m/s 之间连续可调，垂直升降速度为 0.05 - 1m/s，满足不同测量场景下的快速响应和精确控制要求，直线运行距离误差率≤0.2% 。

五、安装调试安装：在测量断面两岸选择地质条件稳定的位置，采用混凝土浇筑或钢结构固定的方式，安装水文缆道支架。支架高度根据实际测量需求和地形确定，确保雷达车在运行过程中不受障碍物影响。支架安装完成后，利用专业的缆道铺设设备，将符合要求的耐腐蚀度高的钢缆铺设在两岸支架之间，并进行精确的张力调整，保证钢丝绳空载垂度不大于 100mm。随后，将雷达车安装在缆道的滑车系统上，连接好供电线路和信号传输线路。同时，在岸边合适位置安装 RTU 遥测终端机、雷达水位计以及其他相关设备，并进行线路连接和初步调试。调试：对雷达车进行多方面调试，检查自动升降、旋转功能是否正常，雷达流速仪的测量精度是否符合要求。对水文缆道的驱动系统进行测试，确保雷达车在水平和垂直方向上的运行平稳、准确。对 RTU 遥测终端机和整个数据采集与控制系统进行联调，检查数据采集、传输、处理和控制功能是否正常。通过模拟不同的测量场景，对整个系统进行多次测试，对发现的问题及时进行调整和优化，确保各部件运行正常，测量数据准确可靠。