一種軌道式渠道自動(dòng)測(cè)流系統(tǒng)的研制與應(yīng)用

栗克國(guó) 孟祥杰 李志飛 張璇

摘要：針對(duì)引黃灌區(qū)缺少適用面廣、使用方便的量水系統(tǒng)的問(wèn)題，提出了一種軌道式灌區(qū)明渠量水方法。結(jié)合PLC自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)及無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，通過(guò)系統(tǒng)集成的方法，研制了包括渠道斷面自動(dòng)測(cè)流車(chē)和遠(yuǎn)程控制管理軟件的軌道式渠道斷面自動(dòng)測(cè)流系統(tǒng)。該系統(tǒng)可測(cè)量水位、水深、分層流速等多個(gè)參數(shù)，通過(guò)內(nèi)置模型自動(dòng)計(jì)算斷面流量，使用GPRS無(wú)線網(wǎng)絡(luò)將測(cè)量數(shù)據(jù)上傳到控制軟件，同時(shí)具備自主充電、自動(dòng)啟閉測(cè)流房卷簾門(mén)等功能，實(shí)現(xiàn)了真正意義上的無(wú)人值守和全自動(dòng)測(cè)量。經(jīng)在部分引黃灌區(qū)渠道比測(cè)試驗(yàn)，該系統(tǒng)流量測(cè)量結(jié)果與流速儀精測(cè)法的測(cè)量結(jié)果相比，誤差在2%以下，滿足灌溉渠道系統(tǒng)量水規(guī)范的要求。與傳統(tǒng)的明渠量水系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)具有效率高、適用性強(qiáng)、精度高等特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：灌區(qū)量水；明渠；自動(dòng)測(cè)流車(chē)；水深測(cè)量

中圖分類(lèi)號(hào)：P332.3

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

doi： 10.3969/j.issn.1000-1379.2018.07.033

我國(guó)是農(nóng)業(yè)大國(guó)，農(nóng)業(yè)灌溉成為糧食豐收的重要保證。但在農(nóng)業(yè)灌溉方面，普遍存在效率低下的狀況，我國(guó)農(nóng)業(yè)灌溉水的利用系數(shù)平均為0.45，而發(fā)達(dá)國(guó)家為0.7～0.8。我國(guó)的灌區(qū)大部分是在20世紀(jì)六七十年代建成的，限于當(dāng)時(shí)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件和管理體制，很多灌區(qū)沒(méi)有量水設(shè)施，或者有量水設(shè)施但因量測(cè)精度太低而無(wú)法使用。隨著水資源的日益緊缺和水市場(chǎng)的建立，“計(jì)劃用水，按方收費(fèi)”是灌區(qū)水費(fèi)改革的重要內(nèi)容，節(jié)水灌溉也成為一項(xiàng)重要的工作。

在農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉各項(xiàng)技術(shù)措施中，灌區(qū)量水是一項(xiàng)基礎(chǔ)的、關(guān)鍵的、難度較大的技術(shù)。該技術(shù)是灌區(qū)管理部門(mén)進(jìn)行引水、輸水、配水工作必須采取的技術(shù)環(huán)節(jié)。目前，灌區(qū)量水依然是一個(gè)薄弱環(huán)節(jié)，盡快研究并推廣使用方便、適用性強(qiáng)、量測(cè)精度高的量水設(shè)施成為當(dāng)前的重要工作。

本文介紹一種軌道式渠道斷面自動(dòng)測(cè)流系統(tǒng)。該系統(tǒng)綜合了PLC自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)、無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸?shù)燃夹g(shù)，通過(guò)系統(tǒng)集成的方法，實(shí)現(xiàn)了水位、水深、分層流速等多個(gè)參數(shù)的自動(dòng)測(cè)量和斷面流量的自動(dòng)計(jì)算。同時(shí)系統(tǒng)具備自主充電、自動(dòng)啟閉測(cè)流房卷簾門(mén)等功能，實(shí)現(xiàn)了真正意義上的無(wú)人值守和全自動(dòng)測(cè)量。經(jīng)在山東省多個(gè)引黃灌區(qū)應(yīng)用，其測(cè)量過(guò)程規(guī)范可靠，測(cè)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，流量計(jì)算結(jié)果滿足相關(guān)規(guī)范要求，達(dá)到了預(yù)期的目的。

1灌區(qū)量水方法及存在問(wèn)題

1.1灌區(qū)常用量水方法介紹

灌區(qū)常用的量水方法包括水工建筑物法、特設(shè)設(shè)備法、儀表流量計(jì)法、流速面積法。

水工建筑物量水的原理是通過(guò)對(duì)過(guò)流建筑物上、下游水位和閘門(mén)開(kāi)度的監(jiān)測(cè)，根據(jù)穩(wěn)定的水位流量關(guān)系，實(shí)現(xiàn)對(duì)流量的測(cè)定。該方法不但可以減少因設(shè)置量水設(shè)施而產(chǎn)生的水頭損失，而且可以節(jié)省大量附加量水設(shè)施的費(fèi)用，并且方便增加水位、閘位自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化量水。

當(dāng)渠系上沒(méi)有水工建筑物或?yàn)榱巳〉锰囟ㄇ?、地段上的水量資料，可以利用特設(shè)量水設(shè)備進(jìn)行量水。常見(jiàn)的特設(shè)量水設(shè)備有三角堰、平坦V形堰、巴歇爾槽、無(wú)喉槽、長(zhǎng)喉槽等。特設(shè)量水設(shè)備不可避免會(huì)帶來(lái)一定的水頭損失，而且不同形式的量水設(shè)備的測(cè)流精度、測(cè)量范圍、抗干擾能力差異很大，使用時(shí)需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選擇。

大部分儀表類(lèi)流量計(jì)是基于水力學(xué)原理測(cè)流的二次儀表，其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、量測(cè)直觀、計(jì)量簡(jiǎn)捷。但其對(duì)過(guò)水?dāng)嗝嬗袃蓚€(gè)要求：一是必須規(guī)則標(biāo)準(zhǔn)、面積易算、平整光滑；二是必須滿管出流，過(guò)水?dāng)嗝孑S線與渠道水流軸線吻合，出水口被下游最低水位淹沒(méi)。隨著電子技術(shù)和集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展，又產(chǎn)生了一批新型的流量計(jì)，如電磁流量計(jì)、超聲波流量計(jì)等。電磁流量計(jì)具有壓力損失小、測(cè)流范圍廣、不需要參數(shù)補(bǔ)償?shù)葍?yōu)點(diǎn)。超聲波流量計(jì)是一種非接觸式流量量測(cè)設(shè)備，不需要在流體中安裝測(cè)量元件，不改變流場(chǎng)，無(wú)壓力損失，但價(jià)格較為昂貴。

使用流速儀量水，結(jié)果較為精確，但測(cè)流和計(jì)算流量比較費(fèi)時(shí)、繁瑣。此種方法對(duì)測(cè)流斷面的選擇要求較高，要求渠段平直、水流均勻、無(wú)旋渦和回流，水流方向應(yīng)與斷面垂直。

1.2灌區(qū)量水存在的問(wèn)題

（1）灌區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施不配套。我國(guó)灌區(qū)大多是20世紀(jì)六七十年代興建的，規(guī)劃設(shè)計(jì)不周密，渠系標(biāo)準(zhǔn)不高，建筑物配套不全。各個(gè)灌區(qū)的自然、經(jīng)濟(jì)和技術(shù)條件參差不齊，現(xiàn)有的量水設(shè)施狀況各不相同，老化失修現(xiàn)象嚴(yán)重，量水設(shè)施寥寥無(wú)幾且大都無(wú)法正常使用。

（2）量水設(shè)施精度不高。在灌區(qū)量水中，一般要求量水誤差不超過(guò)5%。目前使用的大部分量水設(shè)備在特定的流態(tài)和工況下才能達(dá)到較高的精度，一旦流態(tài)改變或工作條件變化，量測(cè)精度就會(huì)降低；有些量水設(shè)施對(duì)施工要求較高，當(dāng)施工質(zhì)量達(dá)不到設(shè)計(jì)要求或運(yùn)行期局部淤積都會(huì)使量水精度顯著下降。

（3）量水設(shè)施費(fèi)用較高。各科研單位和大專(zhuān)院校研制的各種新型量測(cè)設(shè)備不是價(jià)格過(guò)高就是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，使用不方便，無(wú)法在灌區(qū)普及應(yīng)用。

（4）量水設(shè)施適用性不強(qiáng)。各種量水設(shè)施都有較嚴(yán)格的使用條件，對(duì)工作環(huán)境和操作人員業(yè)務(wù)水平要求較高，特別是近年來(lái)出現(xiàn)的新型量測(cè)設(shè)施，對(duì)氣象條件（刮風(fēng)、下雨）、渠底淤積等更為敏感，運(yùn)維過(guò)程中要求人員素質(zhì)更高，嚴(yán)重制約了在灌區(qū)的推廣應(yīng)用。

2軌道式渠道斷面測(cè)流原理

2.1測(cè)量原理綜述

大部分灌區(qū)渠道測(cè)流斷面上需設(shè)用于人工測(cè)流的測(cè)橋，為了節(jié)省費(fèi)用，在測(cè)橋上游側(cè)鋪設(shè)兩條三角形平行軌道，軌道一端鋪設(shè)到測(cè)流房?jī)?nèi)。在軌道上根據(jù)渠道斷面寬度確定測(cè)量垂線位置及條數(shù)，在每條測(cè)量垂線處安裝標(biāo)識(shí)器。測(cè)流車(chē)放置于測(cè)流房?jī)?nèi)的軌道上，啟動(dòng)測(cè)量時(shí)，測(cè)流車(chē)攜帶流速儀沿軌道運(yùn)動(dòng)，遇到測(cè)量垂線標(biāo)識(shí)器時(shí)，測(cè)流車(chē)停止運(yùn)動(dòng)，進(jìn)行水位、水深（淤積厚度）測(cè)量，根據(jù)測(cè)量的水位和水深數(shù)據(jù)，確定當(dāng)前垂線流速測(cè)量方式。測(cè)流車(chē)下放流速儀到固定深度進(jìn)行單點(diǎn)流速測(cè)量或分層流速測(cè)量，測(cè)量完成后收起流速儀，啟動(dòng)測(cè)流車(chē)到下一個(gè)測(cè)點(diǎn)。所有測(cè)點(diǎn)測(cè)量完成后，測(cè)流車(chē)計(jì)算每條垂線的部分平均流速和部分面積，計(jì)算部分流量，將部分流量累加即為斷面流量，見(jiàn)圖1。

如圖1所示，該方法與流速儀精測(cè)法的測(cè)量流程相似，可根據(jù)需要加密測(cè)量垂線，具備水深（淤積厚度）測(cè)量功能，可補(bǔ)償淤積造成的斷面面積計(jì)算誤差和垂線分層測(cè)點(diǎn)定位誤差，從測(cè)量原理上保證其具有較高的測(cè)量精度。

2.2水位測(cè)量

使用固定在測(cè)流車(chē)腹部的超聲波水位計(jì)進(jìn)行水位測(cè)量，通過(guò)測(cè)量超聲水位計(jì)下端面到水面的距離H計(jì)算水位：S水=S超-H，其中S超為超聲波水位計(jì)下端面的高程，該值可通過(guò)測(cè)量軌道上端面高程和測(cè)流車(chē)腳輪到水位計(jì)下端面垂直距離得到。

受淤積等因素的影響，各垂線測(cè)點(diǎn)的水位并不一致，為了保證測(cè)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，在每條垂線測(cè)點(diǎn)上均進(jìn)行水位測(cè)量，每部分面積的計(jì)算均使用對(duì)應(yīng)測(cè)點(diǎn)的水位測(cè)量數(shù)據(jù)。

2.3流速測(cè)量

測(cè)量垂線平均流速的方法，通常有積深法和積點(diǎn)法。積深法屬于垂直方向的積分法，從理論上講，在不考慮其他影響因素時(shí)，此法具有較高的精度。然而，最常用的是積點(diǎn)法。積點(diǎn)法是在垂線上按一定規(guī)律布置有限的測(cè)點(diǎn)施測(cè)點(diǎn)流速，根據(jù)測(cè)得的各點(diǎn)流速，推算垂線平均流速。

系統(tǒng)內(nèi)置一點(diǎn)法、兩點(diǎn)法、三點(diǎn)法和五點(diǎn)法4種測(cè)流方法，根據(jù)測(cè)量的水位和水深數(shù)據(jù)自動(dòng)選擇采用何種方法。一般來(lái)說(shuō)，不同的水深采用不同的方法，參考標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1。

2.4水深測(cè)量

水深測(cè)量又稱(chēng)為泥位測(cè)量，使用接近傳感器（泥位計(jì)）作為前端傳感器，泥位計(jì)安裝在鉛魚(yú)下方，當(dāng)鉛魚(yú)在鋼絲繩帶動(dòng)下向下移動(dòng)時(shí)，泥位計(jì)隨之移動(dòng)，接近水底時(shí)，泥位計(jì)輸出信號(hào)，根據(jù)鉛魚(yú)下降高度即可推算出渠底淤積變化情況。如圖2所示，水深測(cè)量結(jié)構(gòu)由步進(jìn)電機(jī)、卷?yè)P(yáng)輪、定滑輪、旋轉(zhuǎn)編碼器、防擺架、傾角測(cè)量器、鉛魚(yú)、泥位計(jì)、鋼絲繩等組成。鋼絲繩纏繞在卷?yè)P(yáng)輪上，通過(guò)定滑輪、限位桿并穿過(guò)傾角測(cè)量器，掛載流速儀、鉛魚(yú)及泥位計(jì)。

進(jìn)行水深測(cè)量時(shí)，步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)卷?yè)P(yáng)輪逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，鋼絲繩在鉛魚(yú)的帶動(dòng)下下放，與定滑輪連接的旋轉(zhuǎn)編碼器轉(zhuǎn)動(dòng)計(jì)數(shù)，當(dāng)泥位計(jì)接觸泥面或渠底時(shí)，泥位計(jì)內(nèi)部的干簧管動(dòng)作，發(fā)信號(hào)給測(cè)流車(chē)，此時(shí)測(cè)流車(chē)停止電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，根據(jù)旋轉(zhuǎn)編碼器轉(zhuǎn)動(dòng)角度ω和定滑輪直徑D定可計(jì)算鋼絲繩下放長(zhǎng)度L放，此長(zhǎng)度加上上限位到泥位計(jì)的高度h即為上限位到水底的鋼絲繩長(zhǎng)度L測(cè)：

L測(cè)=L放+h=ωD定+h

（1）

當(dāng)鉛魚(yú)和流速儀入水后，受到水流沖擊發(fā)生側(cè)移，帶動(dòng)鋼絲繩發(fā)生偏轉(zhuǎn)，當(dāng)偏轉(zhuǎn)角度較小時(shí)，可以忽略鋼絲繩傾斜對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，認(rèn)為L(zhǎng)測(cè)就是測(cè)流車(chē)上限位到渠底的距離，當(dāng)偏轉(zhuǎn)角度較大時(shí)，需要進(jìn)行補(bǔ)償處理，如圖3所示。式中：L測(cè)、θ、S水3個(gè)參數(shù)均可通過(guò)測(cè)流車(chē)測(cè)量得到；L1為測(cè)流車(chē)上限位點(diǎn)到防擺架最底端下位孔的距離，為定值。據(jù)此可計(jì)算實(shí)際水深。

2.5流量計(jì)算

斷面流量計(jì)算采用平均分割法，計(jì)算步驟如下。

（1）計(jì)算測(cè)點(diǎn)流速。根據(jù)施測(cè)記錄的轉(zhuǎn)數(shù)和歷時(shí)，按流速公式計(jì)算測(cè)點(diǎn)流速。

（2）計(jì)算垂線平均流速。根據(jù)實(shí)測(cè)情況，按垂線平均流速的計(jì)算方法，求出各測(cè)線的垂線平均流速Vm1、Vm2、…、Vm（n-1）。

（3）計(jì)算部分平均流速。部分平均流速就是相鄰兩條測(cè)線的垂線平均流速的平均值，即

岸邊流速系數(shù)α與渠道的斷面形狀、渠岸的糙率、水流條件等有關(guān)。合理選取α值，對(duì)提高流量施測(cè)精度有顯著影響，α值可以通過(guò)實(shí)測(cè)確定。

（4）計(jì)算部分面積。部分面積由相鄰兩條測(cè)線處的水深的平均值乘以測(cè)線間距（見(jiàn)圖4）而得：

（5）計(jì)算部分流量。由每塊部分面積乘以該面積對(duì)應(yīng)的部分平均流速即得部分流量。

（6）計(jì)算斷面流量。各個(gè)部分流量qi之和即為斷面流量Q：

3渠道斷面自動(dòng)測(cè)流車(chē)研制

3.1總體設(shè)計(jì)方案

渠道斷面自動(dòng)測(cè)流車(chē)是一種綜合性的測(cè)量控制系統(tǒng)，其采集垂線水位、分層流速、水深等數(shù)據(jù)，通過(guò)分部流速面積法計(jì)算斷面流量，整個(gè)測(cè)量過(guò)程無(wú)需人的參與，測(cè)量完成后自動(dòng)將測(cè)量數(shù)據(jù)和計(jì)算的流量數(shù)據(jù)上傳到上位機(jī)控制軟件。

渠道斷面自動(dòng)測(cè)流車(chē)使用直流減速電機(jī)驅(qū)動(dòng)前進(jìn)或后退，使用步進(jìn)電機(jī)控制流速儀及鉛魚(yú)的收放，可自主在軌道上移動(dòng)，自主完成儀器收放操作。

渠道斷面自動(dòng)測(cè)流車(chē)使用PLC控制器為控制核心，管理所有采集儀器、監(jiān)測(cè)設(shè)備、輔助支持設(shè)備，實(shí)現(xiàn)整個(gè)量測(cè)過(guò)程的有效控制。

渠道斷面自動(dòng)測(cè)流車(chē)內(nèi)置可充電電池，單次充電可進(jìn)行4次斷面流量測(cè)量。設(shè)計(jì)有電源控制功能，可分別控制各個(gè)功能模塊供電以有效降低系統(tǒng)能耗；設(shè)計(jì)有自動(dòng)充電裝置，可自主返回測(cè)流房進(jìn)行充電，并具有過(guò)沖保護(hù)和低電量報(bào)警功能。

渠道斷面自動(dòng)測(cè)流車(chē)設(shè)計(jì)有文本顯示控制器，可顯示測(cè)流車(chē)運(yùn)行狀態(tài)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，可通過(guò)鍵盤(pán)設(shè)置測(cè)流車(chē)工作模式和相關(guān)運(yùn)行參數(shù)。

渠道斷面自動(dòng)測(cè)流車(chē)具備多個(gè)數(shù)據(jù)接口，支持GPRS、2.4G無(wú)線、433M無(wú)線等多種通信方式，可將采集數(shù)據(jù)和計(jì)算結(jié)果實(shí)時(shí)上傳到上位機(jī)，支持上位機(jī)遠(yuǎn)程對(duì)測(cè)流車(chē)進(jìn)行控制操作，支持手持終端機(jī)和手機(jī)APP客戶(hù)端遠(yuǎn)程對(duì)測(cè)流車(chē)進(jìn)行操作。

3.2機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

渠道斷面自動(dòng)測(cè)流車(chē)機(jī)械結(jié)構(gòu)主要包括外殼、底盤(pán)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、儀器收放機(jī)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)限位機(jī)構(gòu)、線纜收放機(jī)構(gòu)等，見(jiàn)圖5。

3.3硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

硬件主要包括PLC控制模塊、串口通信模塊、無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊、繼電器模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、步進(jìn)電機(jī)控制模塊、文本顯示模塊、電源模塊、自動(dòng)充電模塊、監(jiān)視報(bào)警模塊等，見(jiàn)圖6。

測(cè)流車(chē)選用西門(mén)子S7-200SMART系列PLC控制器，為西門(mén)子新一代小型控制器，具有豐富的I/O節(jié)點(diǎn)，可擴(kuò)展模擬量、數(shù)字量通信接口等，集成以太網(wǎng)模塊，支持三軸100 kHz的脈沖輸出，內(nèi)置芯片處理功能強(qiáng)大，基本指令執(zhí)行時(shí)間可達(dá)0.15μs。

電源模塊采用12V60AH蓄電池給驅(qū)動(dòng)電機(jī)供電，使用12V轉(zhuǎn)24V模塊給PLC控制器、超聲水位計(jì)、無(wú)線通信模塊供電，12V轉(zhuǎn)48V模塊給步進(jìn)電機(jī)供電，12V轉(zhuǎn)5V模塊給旋槳流速儀、限位器等供電。各用電設(shè)備可通過(guò)PLC連接繼電器控制通斷。

串口通信模塊采用服用方式，可同時(shí)支持GPRS、433M無(wú)線、2.4G無(wú)線3種通信方式中的任意2種，使用433M無(wú)線通信時(shí)，支持手持終端PDA的遠(yuǎn)端控制。在GPRS模式下，支持上位機(jī)遠(yuǎn)程控制和手機(jī)APP遠(yuǎn)程控制。

流速數(shù)據(jù)采集支持旋槳流速儀、電磁流速儀，支持脈沖量、數(shù)字量數(shù)據(jù)輸入，可設(shè)置流速儀工作參數(shù)。

文本顯示模塊選用西門(mén)子TD400C文本顯示控制器，其支持15個(gè)可配置按鍵，顯示屏可顯示4行字符，擁有顯示背光，適用于從簡(jiǎn)單到比較復(fù)雜的操作任務(wù)。設(shè)計(jì)支持使用文本顯示控制器操作測(cè)流車(chē)，可查看測(cè)流車(chē)工作狀態(tài)和測(cè)量數(shù)據(jù)，可設(shè)置測(cè)流車(chē)相關(guān)工作參數(shù)。

自動(dòng)充電模塊使用接觸式充電方式，當(dāng)電池電量低于設(shè)定值后，測(cè)流車(chē)運(yùn)動(dòng)到測(cè)流房充電位置進(jìn)行自動(dòng)充電，充電完成后，測(cè)流車(chē)可自動(dòng)斷開(kāi)充電電源防止電池過(guò)充。

測(cè)流車(chē)具有多個(gè)監(jiān)視報(bào)警功能，可監(jiān)視電池電量、測(cè)流車(chē)運(yùn)動(dòng)速度，可監(jiān)測(cè)軌道運(yùn)動(dòng)障礙并報(bào)警提醒，支持軟件閃爍報(bào)警和本地聲光報(bào)警。

3.4 PLC軟件設(shè)計(jì)

PLC軟件使用S7-200SMART專(zhuān)用編程軟件STEP7- Micro/WINSMART開(kāi)發(fā)和LDA梯形圖開(kāi)發(fā)，其主要流程見(jiàn)圖7。

測(cè)流車(chē)在不測(cè)流時(shí)為待機(jī)狀態(tài)，等待執(zhí)行用戶(hù)指令，執(zhí)行完用戶(hù)指令后再次進(jìn)人待機(jī)狀態(tài)。在待機(jī)過(guò)程中，定時(shí)監(jiān)測(cè)電池電量，如果需要充電，自動(dòng)移動(dòng)到充電位置進(jìn)行充電。電池充滿后，自動(dòng)移動(dòng)小車(chē)到待機(jī)位置，防止長(zhǎng)時(shí)間充電對(duì)蓄電池造成損傷。

用戶(hù)指令包括參數(shù)設(shè)置、啟動(dòng)測(cè)量過(guò)程、中斷測(cè)量過(guò)程等，其中自動(dòng)測(cè)量過(guò)程是最重要、最核心的T作流程，其流程見(jiàn)圖8。

上位機(jī)控制軟件使用C#語(yǔ)言開(kāi)發(fā)，基于.net框架，主要功能是實(shí)現(xiàn)與測(cè)流車(chē)的通信、管理以及測(cè)量數(shù)據(jù)的整定、處理，其主界面見(jiàn)圖9。軟件設(shè)計(jì)支持通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)、RS485串口等與測(cè)流車(chē)通信，支持附加的現(xiàn)場(chǎng)視頻監(jiān)控，可以在測(cè)流過(guò)程中遠(yuǎn)程觀察測(cè)流車(chē)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行情況。軟件支持定制化的報(bào)表輸出功能，可以根據(jù)灌區(qū)實(shí)際情況生成指定格式的測(cè)量報(bào)表。

4測(cè)試數(shù)據(jù)分析及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

渠道斷面自動(dòng)測(cè)流車(chē)研制完成后，分別在實(shí)驗(yàn)室和現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)據(jù)比對(duì)試驗(yàn)，其中實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)比對(duì)試驗(yàn)以各項(xiàng)測(cè)量參數(shù)的比對(duì)為主，主要包括水位、水深、流速等參數(shù)的比對(duì)?，F(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)比對(duì)則以與流速儀精測(cè)法測(cè)量的斷面流速和計(jì)算的斷面流量比對(duì)為主。

4.1測(cè)試數(shù)據(jù)分析

測(cè)流車(chē)測(cè)量水位使用的是超聲水位計(jì)，利用國(guó)家水運(yùn)工程檢測(cè)設(shè)備計(jì)量站的水位計(jì)檢定水塔進(jìn)行超聲水位計(jì)的數(shù)據(jù)比對(duì)，結(jié)果見(jiàn)表2。

測(cè)流車(chē)測(cè)量流速使用的是旋槳流速儀，利用國(guó)家水運(yùn)工程檢測(cè)設(shè)備計(jì)量站的流速儀檢定水槽進(jìn)行流速儀的數(shù)據(jù)比對(duì)，結(jié)果見(jiàn)表3。

從實(shí)驗(yàn)室測(cè)試數(shù)據(jù)分析，測(cè)流車(chē)單項(xiàng)水文參數(shù)測(cè)量精度滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和測(cè)量規(guī)范要求。

測(cè)流車(chē)在山東濱州部分灌區(qū)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)比測(cè)，直接比對(duì)人工測(cè)量流量和測(cè)流車(chē)測(cè)量流量，相關(guān)數(shù)據(jù)見(jiàn)表4。

從比對(duì)結(jié)果看，測(cè)流車(chē)測(cè)量的最大相對(duì)誤差在4.02%以下，測(cè)流車(chē)連續(xù)兩次測(cè)量結(jié)果的平均相對(duì)誤差在1.69%以下。

4.2實(shí)際安裝應(yīng)用

渠道斷面自動(dòng)測(cè)流系統(tǒng)自研制以來(lái)，經(jīng)過(guò)了數(shù)次適用性改進(jìn)和完善，先后在山東省濱州市韓墩灌區(qū)、小開(kāi)河灌區(qū)和德州李家岸灌區(qū)等進(jìn)行了大量的安裝測(cè)試，其中小開(kāi)河灌區(qū)自動(dòng)測(cè)流系統(tǒng)經(jīng)過(guò)近幾年的運(yùn)行，已經(jīng)完全可以替代人工測(cè)量，取得了較好的應(yīng)用效果。