T/CHES 45-2020《雷達(dá)水位計》應(yīng)用分析

徐海峰 李玉梅 桑梓

摘 要：本文通過對T/CHES 45-2020《雷達(dá)水位計》發(fā)布實施背景的簡介，系統(tǒng)闡述雷達(dá)水位計的應(yīng)用特點、標(biāo)準(zhǔn)主要內(nèi)容及其創(chuàng)新點、主要技術(shù)指標(biāo)國內(nèi)外分析對比、國內(nèi)應(yīng)用案例剖析等情況，研究分析《雷達(dá)水位計》自發(fā)布實施以來的應(yīng)用情況，以期為促進我國具有自主知識產(chǎn)權(quán)雷達(dá)水位產(chǎn)品推廣應(yīng)用、其技術(shù)水平進一步提升、雷達(dá)水位計標(biāo)準(zhǔn)向國際標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)化等提供參考。

關(guān)鍵詞：團體標(biāo)準(zhǔn)，雷達(dá)水位計，應(yīng)用，分析

DOI編碼：10.3969/j.issn.1002-5944.2023.01.032

Application Analysis of T/CHES 45-2020，Radar Stage Recorder

XU Hai-feng1，2 LI Yu-mei1，2 SANG Zi3

（1. Nanjing Automation Institute of Water Conservancy and Hydrology， the Ministry of Water Resources； 2. Hydrological Instruments & Geotechnical Instrumentation for Quality Supervision and Testing Center， the Ministry of Water Resources； 3. Nanjing Branch， Shenzhen Huihe Development Co.， Ltd.）

Abstract： This paper introduces the background of publication and implementation of the association standard， T/CHES 45-2020， Radar stage recorder， and studies its application since the publication and implementation. It also systematically describes the application characteristics， main contents and innovations of the standard， compares main technical indexes with relevant standards at home and abroad， and makes an analysis of domestic application cases， in order to promote the popularization and application of radar stage recorder products with independent intellectual property rights in China. It can provide reference for further improvement of technical level and upgrade radar stage recorder standard into international standard.

Keywords： association standards， radar stage recorder， application， analysis

1 引 言

為貫徹落實習(xí)近平總書記“節(jié)水優(yōu)先、空間均衡、系統(tǒng)治理、兩手發(fā)力”治水思路，按照新《標(biāo)準(zhǔn)化法》《團體標(biāo)準(zhǔn)管理規(guī)定》（國標(biāo)委聯(lián)〔2019〕1號）和《關(guān)于加強水利團體標(biāo)準(zhǔn)管理工作的意見》（水國科〔2020〕16號）等文件精神，遵循開放、透明、公平的團體標(biāo)準(zhǔn)編制原則，增強水位測量技術(shù)能力，促進雷達(dá)水位計技術(shù)發(fā)展和水平提升，引導(dǎo)產(chǎn)品設(shè)計、技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展、規(guī)范產(chǎn)品市場秩序、保障產(chǎn)品質(zhì)量，增加水利標(biāo)準(zhǔn)的有效供給，滿足市場發(fā)展和技術(shù)創(chuàng)新需求，由中國水利學(xué)會組織河海大學(xué)、水利部水文儀器及巖土工程儀器質(zhì)量監(jiān)督檢驗測試中心等單位編制了團體標(biāo)準(zhǔn)T/CHES 45-2020《雷達(dá)水位計》[1]，自2021年2月1日起實施，同年發(fā)布團體標(biāo)準(zhǔn)英文版。

與通用性國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 15966-2017《水文儀器基本參數(shù)及通用技術(shù)條件》[2]規(guī)定的雷達(dá)水位產(chǎn)品技術(shù)內(nèi)容相比，團體標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)內(nèi)容更全面、技術(shù)參數(shù)和性能要求更高、專業(yè)性更強、對產(chǎn)品技術(shù)應(yīng)用發(fā)展引領(lǐng)性更好。

通過標(biāo)準(zhǔn)化科技成果查新，目前國內(nèi)外尚無雷達(dá)水位計國際、國家和行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。團體標(biāo)準(zhǔn)《雷達(dá)水位計》填補了該領(lǐng)域空白。

本文通過對團體標(biāo)準(zhǔn)國內(nèi)發(fā)展情況、主要技術(shù)內(nèi)容及創(chuàng)新性、國內(nèi)外產(chǎn)品測量誤差對比分析、應(yīng)用實施情況等方面進行闡述，分析團體標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用實施成效。

2 雷達(dá)水位計在涉水行業(yè)應(yīng)用特點和場景

2.1 測量原理

雷達(dá)水位計是一種非接觸式水位測量儀器[3]，采用發(fā)射—反射—接收的工作模式，通過天線發(fā)射電磁波至水面，電磁波經(jīng)水面反射后，由天線接收，電磁波從發(fā)射到接收的時間與到水面的距離成正比，通過多次測量和計算，獲取水位測量數(shù)據(jù)（見圖1）。

2.2 應(yīng)用特點

雷達(dá)水位計產(chǎn)品的主要特點表現(xiàn)：

（1）投資少、見效快、安裝使用方便。

（2）所有測量部件均采用一體化設(shè)計，測量時無機械磨損。

（3）不受水體的密度、濃度等物理特性影響，靈活方便，不易被洪水沖毀，使用壽命長，易維護。

（4）抗干擾能力強，不受風(fēng)、霧影響。

（5）控制條件好時，可無人值守連續(xù)在線測量。

（6）測量范圍大，精度高，性能穩(wěn)定。

（7）抗腐蝕能力強，能適應(yīng)腐蝕性很強的環(huán)境。

（8）功耗低，可利用太陽能供電，無需建水位井等。

2.3 應(yīng)用場景

雷達(dá)水位計作為高科技新型水位測量儀器，自從國外引進到國內(nèi)自主生產(chǎn)以來，在水利、海洋、氣象、農(nóng)林、環(huán)保等涉水行業(yè)或領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，主要用于江、河、湖泊、明渠、城市供水、環(huán)保污水、農(nóng)業(yè)灌溉、儲水池 （罐）等水位監(jiān)測。

3 標(biāo)準(zhǔn)主要技術(shù)內(nèi)容和創(chuàng)新點

3.1 主要內(nèi)容

標(biāo)準(zhǔn)共包括14章、3項資料性附錄、1項參考文獻(xiàn)，主要內(nèi)容包括：一般規(guī)定、工作原理、分類和組成、基本參數(shù)、技術(shù)要求、數(shù)據(jù)采集和傳輸要求、試驗方法、檢驗規(guī)則、標(biāo)志和使用說明書、包裝、運輸、貯存、安裝調(diào)試、運行維護、考核與驗收。部分關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)與GB/T 15966-2017《水文儀器基本參數(shù)及通用技術(shù)條件》的對比見表1。

3.2 創(chuàng)新點

標(biāo)準(zhǔn)創(chuàng)新點主要體現(xiàn)以下幾個方面：

（1）首項國內(nèi)外雷達(dá)水位計專用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

在標(biāo)準(zhǔn)編寫過程中，創(chuàng)造性地開展以標(biāo)準(zhǔn)為主體的科技查新工作，確保標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)先進性。經(jīng)江蘇省科技查新咨詢中心（國家一級科技查新咨詢單位）對雷達(dá)水位計的標(biāo)準(zhǔn)進行查新（查新報告編號：201932B2513172），結(jié)論為：國內(nèi)已見有雷達(dá)水位計在水情監(jiān)測系統(tǒng)中應(yīng)用的報道，國內(nèi)已見研究雷達(dá)水位計在大量程大變率條件下提高分辨力、精度和穩(wěn)定性的優(yōu)化算法及芯片設(shè)計方法的報道，國外已見利用雷達(dá)遙感數(shù)據(jù)監(jiān)測中非基伍湖水位的報道，但相關(guān)報道中未述及研究雷達(dá)水位計標(biāo)準(zhǔn)，使其能反映當(dāng)前雷達(dá)水位計應(yīng)用技術(shù)水平，統(tǒng)一規(guī)范雷達(dá)水位計市場應(yīng)用，促進雷達(dá)水位計產(chǎn)品的應(yīng)用和技術(shù)推廣，并規(guī)范雷達(dá)水位計量程、盲區(qū)、測量誤差、重復(fù)性、功耗（靜態(tài)、工作）、防雷、抗干擾等關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)。該標(biāo)準(zhǔn)為雷達(dá)水位計產(chǎn)品國內(nèi)外首個專用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，解決了目前雷達(dá)水位計產(chǎn)品市場發(fā)展無專用規(guī)范性標(biāo)準(zhǔn)可依的問題。

（2）首創(chuàng)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)綜合性編寫方法

該標(biāo)準(zhǔn)在編制時，全面考慮了生產(chǎn)方和使用方的需求，以GB/T 20001.10-2014《標(biāo)準(zhǔn)編寫規(guī)則—第10部分：產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)》為主體，增加了《GB/T 20001.5-2017《標(biāo)準(zhǔn)編寫規(guī)則—第5部分：規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)》編寫規(guī)則、GB/T 20001.6-2017《標(biāo)準(zhǔn)編寫規(guī)則—第6部分：規(guī)程標(biāo)準(zhǔn)》的相關(guān)編寫要求，與傳統(tǒng)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)相比，變革了傳統(tǒng)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)架框的編寫模式，從團體標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)創(chuàng)新性、服務(wù)市場、補充政府型技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)供給的角度出發(fā)，融入了更多的市場要求因素，較好地滿足了產(chǎn)品技術(shù)和經(jīng)濟市場發(fā)展需求，體現(xiàn)了團體標(biāo)準(zhǔn)融合市場需求的創(chuàng)新特性。

（3）標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)發(fā)展的前瞻性

該標(biāo)準(zhǔn)在起草時，充分考慮了團體標(biāo)準(zhǔn)的市場化特點以及未來應(yīng)用實施的功能定位，在組建起草單位時，邀請了國內(nèi)知名相關(guān)高等院校、科研院所、生產(chǎn)企業(yè)、用戶單位、檢測機構(gòu)等單位參與標(biāo)準(zhǔn)制定，整理收集了雷達(dá)水位計產(chǎn)品在研制生產(chǎn)、質(zhì)量監(jiān)督、行業(yè)管理、應(yīng)用管理等全生命周期各個環(huán)節(jié)的最新成熟成果，確保標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)內(nèi)容的科學(xué)性、先進性和實用性，極具自主創(chuàng)新技術(shù)的特性，也為未來雷達(dá)水位計技術(shù)發(fā)展作了前瞻性引領(lǐng)。

（4）國際化引導(dǎo)

標(biāo)準(zhǔn)在制定過程中，通過整理分析國內(nèi)外雷達(dá)水位計的相關(guān)技術(shù)文獻(xiàn)資料的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國自主知識產(chǎn)權(quán)雷達(dá)水位計技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，為促進雷達(dá)水位計技術(shù)水平發(fā)展和應(yīng)用推廣，讓國產(chǎn)化雷達(dá)水位計進軍國際舞臺，同步對標(biāo)準(zhǔn)進行了英文翻譯，首次嘗試探索我國水文儀器產(chǎn)品技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)向國際標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)化的路徑和模式。

4 國內(nèi)外產(chǎn)品測量誤差對比分析

4.1 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的測量誤差

表2是T/CHES 45-2020《雷達(dá)水位計》中規(guī)定的最大允許誤差值。

4.2 分析樣本和測試條件

比對樣本情況：目前國產(chǎn)水位計產(chǎn)品約占國內(nèi)市場份額80%，隨機抽取了國內(nèi)15家企業(yè)生產(chǎn)的雷達(dá)水位計產(chǎn)品。國內(nèi)進口產(chǎn)品選取約占60%的市場進口份額的知名品牌雷達(dá)水位計產(chǎn)品。

測量條件：在10m量程下，每臺產(chǎn)品測試點不低于40點。

4.3 測量結(jié)果分析

（1）15家國產(chǎn)化雷達(dá)水位計產(chǎn)品總計測量604次，測量過程數(shù)據(jù)示意圖見圖2（a），測量誤差分布圖見圖2（b），測量誤差分布統(tǒng)計示意圖見圖3。

（2）進口典型雷達(dá)水位計測量過程數(shù)據(jù)示意圖見圖4（a），圖中標(biāo)準(zhǔn)值線段被測量值覆蓋；測量誤差分布示意圖見圖4（b）。

（3）結(jié)果簡述

從國內(nèi)外典型產(chǎn)品測量誤差分析對比情況來看，10m量程下，國產(chǎn)化雷達(dá)水位計產(chǎn)品最大允許誤差可控制在5mm以下，誤差分布柱圖顯示產(chǎn)品在測量全過程中誤差穩(wěn)定；進品產(chǎn)品基本在5mm以上，測量過程顯示誤差動態(tài)起伏較大。

5 國產(chǎn)雷達(dá)水位計應(yīng)用案例

5.1 案例一

某雷達(dá)水位計生產(chǎn)企業(yè)，T/CHES 45-2020《雷達(dá)水位計》主要起草單位之一，所研制生產(chǎn)產(chǎn)品具備自主知識產(chǎn)權(quán)。產(chǎn)品特點：零點回波補償功能，虛假回波存儲功能，回波編輯處理功能，時變增益功能，測角功能、超低功耗、太陽能供電、波束角小、測量精度高、防雷等確保儀表不受泥沙、干枯無水、溫度等外界影響，在復(fù)雜嚴(yán)苛環(huán)境下能穩(wěn)定測量。產(chǎn)品在灌區(qū)信息化、水位測站、河流、山洪預(yù)警、污水管網(wǎng)等眾多領(lǐng)域進行水位監(jiān)測。在江蘇、浙江、云南、甘肅、新疆等多地多場景中重到使用，見圖5。

應(yīng)用成效：通過產(chǎn)品的實施，及時獲取在不同應(yīng)用場景下水位監(jiān)測的信息資料，實時了解和掌握用戶現(xiàn)場使用產(chǎn)品的需求，形成產(chǎn)品現(xiàn)場使用的技術(shù)數(shù)據(jù)客觀分析資料和用戶使用需求資料，作為雷達(dá)水位計產(chǎn)品技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用數(shù)據(jù)重要來源之一。在《雷達(dá)水位計》團體標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布后，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)對產(chǎn)品質(zhì)量進行控制并進一步提升產(chǎn)品技術(shù)水平，同時在標(biāo)準(zhǔn)中也很好地反映了用戶的使用要求，使產(chǎn)品在研制、生產(chǎn)、檢測和使用等全生命周期內(nèi)，得到良性循環(huán)、螺旋上升式發(fā)展。

5.2 案例二

國內(nèi)知名某研究院，雷達(dá)水位計產(chǎn)品科研生產(chǎn)單位，T/CHES 45-2020《雷達(dá)水位計》主要起草單位之一，所研制生產(chǎn)的產(chǎn)品具備自主知識產(chǎn)權(quán)，主要在廣東、海南、貴州等多個省份進行了規(guī)模應(yīng)用，在山洪災(zāi)害項目、水庫動態(tài)監(jiān)管項目、水資源監(jiān)控項目、灌區(qū)信息化、城市內(nèi)澇以及中小河流監(jiān)測等項目中，進行河道、渠道、水庫、水源地、排污口以及城市內(nèi)澇等水位測量。

應(yīng)用成效：產(chǎn)品安裝簡單、維護便潔、測量精度高，大大節(jié)約了人力、物力成本，也節(jié)約了國土資源空間，對生態(tài)環(huán)境的影響小，社會、生態(tài)環(huán)境等綜合效益較高。經(jīng)不完全統(tǒng)計，近二年來，僅該院簽立的雷達(dá)水位計相關(guān)合同額超過200多萬元。使用國產(chǎn)化雷達(dá)水位計，節(jié)省設(shè)備投入經(jīng)費超過1500多萬元?！独走_(dá)水位計》標(biāo)準(zhǔn)在各類水位監(jiān)測項目的規(guī)劃、設(shè)計、招投標(biāo)等工作得到引用推廣，成為該院水位測量技術(shù)研究，產(chǎn)品研發(fā)、使用和檢測的重要技術(shù)依據(jù)。

6 結(jié) 語

綜上所述，T/CHES 45-2020《雷達(dá)水位計》應(yīng)用實施后，對產(chǎn)品經(jīng)濟和技術(shù)市場帶來了持續(xù)良性發(fā)展的變化：

（1）標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布實施，規(guī)范了雷達(dá)水位計產(chǎn)品技術(shù)和經(jīng)濟市場秩序，為應(yīng)用雷達(dá)水位計的各方提供了技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)支撐服務(wù)。

（2）我國自主研發(fā)并實現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)的雷達(dá)水位計，其技術(shù)已達(dá)到國際先進水平。率先發(fā)布的產(chǎn)品技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)從起點上達(dá)到國際領(lǐng)先，率先掌握了技術(shù)市場話語權(quán)，使雷達(dá)水位計技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)向國際化轉(zhuǎn)變成為可能。

（3）國產(chǎn)化雷達(dá)水位計大幅降低了進口產(chǎn)品的經(jīng)濟成本，使產(chǎn)品實現(xiàn)國內(nèi)規(guī)?；茝V應(yīng)用甚至進入國際市場成為可能。

參考文獻(xiàn)

[1]雷達(dá)水位計：T/CHES 45-2020[S].

[2]水文儀器基本參數(shù)及通用技術(shù)條件：GB/T 15966-2017[S].

[3]王軍成.氣象水文海洋觀測技術(shù)與儀器發(fā)展報告2016[M].北京：海洋出版社，2017.

作者簡介

徐海峰，高級工程師，標(biāo)準(zhǔn)計量室副主任，主要從事標(biāo)準(zhǔn)化研究工作。

李玉梅，通信作者，工程師，科員，主要從事標(biāo)準(zhǔn)化研究工作。

（責(zé)任編輯：張瑞洋）