如何正確分析與處理雷達液位計在液位測量過程中出現數據跳變現象

由于水利行業的水位測量環境復雜,在水面平靜且無漂浮物等干擾時,雷達液位計可**的對水位進行測量。但若有較大波浪、漂浮物、結冰、浮雪、干灘等諸多干擾的情況下,數據跳變的問題使得測量準確度大大降低。

 
1.雷達液位計數據跳變的原因分析
雷達液位計的工作原理可簡單概括為如下:雷達液位計發射雷達波一水面反射雷達波雷達液位計接收雷達波。在以上三個過程中,雷達液位計本身的技術指標決定了發射與接收過程的信號質量,而水面反射雷達波的過程對信號強度產生至關重要的影響,在此過程中各種干擾因素會使反射波信號強度降低,使得雷達液位計接收到的反射波太弱或接收不到反射波,導致水位測量失敗。
 
2.解決數據跳變的“三步走
(1)加大發射功率,增強信號反射。既然反射波的強弱決定水位測量的成敗,且不同的干擾物造成的影響不同,為更好地分析各類干擾的影響,我們模擬了平穩的水環境、大波浪水面、有漂浮物水面、戈壁干灘等各種不同情況,采用30M量程發射功率的雷達液位計在10M高度進行測試以保證信號反射的量程一致。多次實驗結果表明:平穩的水環境基本能夠正常反射信號,而大波浪水面出現數據波動,有漂浮堆積物的水面、戈壁干灘則出現數據跳變。我們將發射功率加大到70M量程,則基本不出現數據跳變的問題;經過反復驗證,適當加大發射功率可有效降低數據跳變概。
 
(2)改用常供電,保證工作狀態穩定。野外監測設備通常采用太陽能供電模式,為了能夠更好地保證系統用電,RTU會對雷達液位計進行供電控制:一般數據采集頻次設置為不小于6分鐘,在采集數據發射的間隔期,RTU將停止對雷達液位計進行供電,且RTU自身也會進入休眠狀態以降低功耗,在下一個數據采集周期RTU自動蘇醒,并給雷達液位計供電。在雷達液位計經幾十秒的加電預熱后,RTU對其發送數據采集指令,獲取到回傳的數據后進行發送雷達液位計供電預熱的時長受外界氣溫的變化影響較大,一般高溫度(25°℃以上)時在28秒左右,低溫(-10℃C以下)時會增長到45秒左右,且RTU為雷達液位計加電的瞬間會產生較大的啟動工作電流,不但增加功耗,還將縮短雷達液位計的使用壽命。目前使用的RTU和雷達液位計均采用低功耗元器件制造,因此適當增加太陽能板和蓄電池的容量,可保證RTU和雷達液位計長時間工作,為增強其穩定性,第二步實驗采用常供電的模式:即RTU給雷達液位計持續加電,保證其一直處于穩定的工作狀態。通過多次實驗對比,低溫時常供電工作方式對雷達液位計數據測量效果突出,數據跳變的幾率降低60%以上,數據可用率得到了較大提高。
 
(3)多次均值測量,過濾跳變數據。為了能夠更好地處理特例的數據跳變,第三步,我們對雷達液位計CPU內固化的軟件程序進行優化,以此更大程度地避免跳變數據的出現。CPU內固化的軟件程序原有數據處理模式為:發射脈沖波后并接收到反射波即迅速處理一組數據,作為測量數據回送給RTU,因此易將跳變數據作為正常數據來處理。通過常供電工作模式的調整,雷達液位計一直處于穩定工作狀態CPU內的程序可控制雷達液位計按照特定的周期發射脈沖波后進行接收處理,獲得采集數據。實驗中按照每05秒鐘發射一組雷達波,進行一次數據處理,并將數據進行存儲,連續采集18組數據,去掉4組 值和4組 小值后,取平均值作為可用數據測量值返回給RTU,通過RTU發送數據。
通過“三步走"的調整和優化,雷達液位計工作穩定可靠,經過不同環境下的多次實驗,改造后的雷達液位計很好地屏蔽了數據跳變現象,可以應用到生產過程中
 
3.雷達液位計應用
如新疆地區的流域水資源整合項目中采用了300余個雷達液位計,在實際應用中均不同程度出現數據跳變問題,冬季時問題更為嚴重,依本文所中的解決方案改造后,目前各三暢雷達液位計均能正常工作。經人工驗證,數據準確無誤,證明方案切實可行激活
 
4.結語
雷達液位計因精度高、安裝方便、維護簡單,雷達液位計作為水位測量設備已在水利行業中得到了**應用,本文研究通過軟硬件結合調整的方式,很好地解決了雷達液位計受環境影響導致的數據跳變問題,并在實際生產中得到了驗證,該方案可推進雷達液位計在水利行業的進一步應用,也可為其他行業同類應用起到很好的借鑒作用。


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