H-ADCP在线流量监测软件

H-ADCP在线流量监测软件: 流量通-H

王发君

（大连海事大学，辽宁大连 116026）

席占平

(河南黄河水文科技有限公司，河南郑州 450004)

黄河宁

（美国RD仪器公司，加利福尼亚州圣地亚哥 92131）

摘要：流量通-H (中文Q-Monitor-H)是针对H-ADCP开发的流量监测软件。它具有参数设定、在线流量监测、在线仪器状态监测和数据回放及处理等功能。流量计算可选用指标流速法和数值法。对于指标流速法，流量通-H可以采用5种形式的回归方程计算流量。数值法则无须率定。流量通-H用户界面友好，使用方便，已在实际中应用。

关键词：H-ADCP，在线流量监测，软件

1.引言

流量通-H(中文Q-Monitor-H)是针对美国RD仪器公司H-ADCP开发的流量监测软件。它可对H-ADCP进行参数设定、在线流量监测和数据回放及处理。

流量通-H由三个功能模块组成：数据实时采集/显示、数据回放/处理和监视终端（见图1）。

图1 流量通-H主菜单界面

2.数据实时采集/显示

数据实时采集/显示模块的主要功能是参数设定、实测数据和计算结果的显示和保存。用户在这一模块中可设定通讯参数（串口、波特率等）、用户参数（单元数、单元尺寸等）和流量计算参数（计算方法、断面形状等）。用户可指定一文件来保存H-ADCP

实测的原始数据，当这一文件大于某一大小（如3M或5M，可由用户设定）时，流量通-H自动建立另一文件继续保存原始数据，以保证所有原始数据文件不会大于用户设定的大小。同时，流量通-H针对特定原始数据文件生成用户工作文件（*.wsp）和流量计算结果文件（*.QVH）。用户工作文件记录用户设定的流量计算参数和界面设置参数，在备份存档时，应与原始数据文件一起保存。在数据回放时，流量通-H可根据用户工作文件恢复用户原始参数设定。流量计算结果文件记录用户选定的流量计算方法及相应的计算结果（流量、断面平均流速、水位、总水量等）。

数据实时采集/显示模块的主界面如图2所示。主界面可同时显示采样开始时间、采样历时、总样数、整点时刻水量、当前流量、断面平均流速、水位、断面过水面积、总水量、指标流速、H-ADCP纵摇、横摇和水温等参数。主界面有三个时间序列和两个剖面显示窗口，可分别显示流量、流速、水位和断面平均流速和剖面单元流速（分量或矢量）、回波强度、标准差、相关度和流速分布系数（流量数值算法）。

图2 数据实时采集/显示主界面

2.1 H-ADCP参数设定

H-ADCP的参数分为通讯参数和用户参数。通讯参数通过串口参数设定对话窗来设定（见图3）。设定串口、波特率、奇偶校验和停止位。当串口参数不确定时，流量通-H 可自动搜索、设定H-ADCP的通讯参数。

图3 串口参数设定对话窗

H-ADCP的用户参数在用户参数设定对话窗中设定（见图4）。通过用户参数设定对话窗，可设定采样开始时间、数据文件名、数据格式、文件大小、采样间隔、采样时段、单元数、单元尺寸等参数。

图4 用户参数设定对话窗

2.2 流量计算参数设定

流量计算参数在流量参数设定对话窗中设定（见图5）。用户首先需要选择流量计算方法：指标流速法或数值法。然后设定用于流量计算的有效单元、以及测流断面尺寸等参数。

图5 流量参数设定对话窗

对于指标流速法，流量通-H 可以采用5种形式的回归方程计算流量。表1列出了嵌入流量通-H 的5种流速回归方程。

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对于数值法，要求H-ADCP 安装在河岸边，其高程z adcp （以H-ADCP 垂向换能器的顶表面为准。z =0为当地高程基准点）需要精确确定。H-ADCP 轴线应尽可能与水流主流方向垂直。即H-ADCP 仪器坐标x 方向与 水流主流方向基本平行，y 方向与过水断面基本平行（见图6）， 保证H-ADCP 的纵倾和横倾尽可能接近零（纵倾和横倾值在主界面显示）。H-ADCP 剖面范围应覆盖整个过水断面，对于河床慥率比较均匀和流态比较稳定的河道，该条件可适当放宽。

设),(z y V 为垂直于河道过水断面的流速分量，则流量可由下式计算：

⎰⎰=

s

dxdy z y V Q ),( （1）

假定),(z y V 符合如下幂函数分布，即：

β

α)

()(),(b z z y z y V -⋅= （2）

式中：b z 为河底高程，)(y α为流速分布系数，β为经验常数。β与河床慥率、河流流态有关，一般取1/6。

)(y α可由H-ADCP 测得的单元流速求得：

β

α)

(),()(b adcp adcp z z z y V y -=

（3）

式中，),(adcp z y V 为H-ADCP 测得的),(adcp z y 点的单元流速。

在实际计算中，首先将河道过水断面划分成许多方形单元。单元的宽度一般为最大水深的1/10。然后应用式（2）算出各个矩形单元的流速。最后采用高斯数值积分计算流量。

图6 流量通-H 流量数值算法示意图

2.3 声束姿态及流速分布显示

H-ADCP 声束姿态可在测流断面窗中显示（见图7）。数值算法横断面流速分布在断面流速等值线窗中显示（见图8）。

图7 横断面显示窗

图8 断面流速等值线分布显示窗

3.数据回放/处理

数据回放/处理模块的主要功能是回放H-ADCP采集的原始数据。用户可重新设置流量计算参数或使用用户工作文件（*.wsp）保存的参数进行流量计算，同时用户还可以对数据进行滑动时间平均。在回放过程中，同样会生成相应的用户工作文件和流量计算结果文件（*.QVH）。

数据回放/处理的主界面同数据实时采集/显示的主界面基本相同。只是增加了数据回放按钮（见图9）。用户在数据回放/处理状态下可以重新设定流量计算参数。流量计算参数设定和结果显示同数据实时采集/显示模块基本相同。

图9 数据回放/处理的主界面