《ADCP介绍》PPT课件.ppt

声学多普勒流速剖面仪(ADCP) 流量测验原理及应用(普及版) 黑龙江省水文局培训教材 拓展翔,黄河水文科技有限公司 网址:,ADCP,Acoustic 声学 Doppler 多普勒 Current 流速 Profiler 剖面仪,三体船 ADCP,ADCP,内置 数传电台 和电池,舵槽,遥 测 型 ADCP,声学多普勒原理,由于观察者与声源之间的相对运动使观察者接收到的声波频率发生改变的一种现象,经典实例,ADCP 利用声波测量流速,声波是压力波，可在气体、液体、及固体中传播。 声波波峰对应于高压区，波谷对应于低压区。 人们通过压力波对耳膜产生的振动感觉声波。内耳将压力波的机械能转化为大脑可识别的电信号。 人类能听到的声波频率范围为 40-24,000 Hz ADCP 频率范围为 300,000-3,000,000 Hz,ADCP利用水中颗粒测流速,ADCP 向水中发射固定频率的声波短脉冲。 这些脉冲碰到水中的散射体（浮游生物，泥沙等）发生背散射。 ADCP接受回波信号并处理得到流速。,不同坐标下的流速及其转换,ADCP首先测量的是沿声束方向的流速分量。 根据声束角，将声束坐标下的流速分量转换成 ADCP坐标(X-Y-Z)下的流速分量 利用罗盘提供的方向、倾斜计提供的纵摇和横摇数据，将ADCP坐标(X-Y-Z)下的流速分量转换成地球坐标下的流速分量东向，北向和垂向分量。,水流在垂向上被分割成若干层，叫做深度单元（depth cell）。 一台ADCP相当于许多台单点流速仪,深度单元和流速剖面,深度单元,ADCP,机械式流速仪,水跟踪和底跟踪,水跟踪 由水中颗粒的回波测量水流相对于ADCP的运动，该功能叫做水跟踪。 底跟踪 由河底或海底的回波测量河底或海底相对于ADCP的运动，该功能叫做底跟踪。如果河底或海底无推移质，底跟踪测得的速度即为测船的速度。,所需流速=测得流速 + 船速,ADCP在走航测量中测量如下数据： 相对流速（由“水跟踪”测出） 船速(由“底跟踪”测出, 或由GPS算出) 水深（由河底回波强度测出，类似于回声测深仪） 船的航行轨迹（由船速和计时数据算出，或由GPS算出）,ADCP流量测验与航迹无关,ADCP 流量测验原理,与传统流速仪法（人工船测、桥测、缆道、涉水）的基本原理一样： 将整个测流断面化分为许多子断面（即布设多条垂线） 在每个子断面中垂线处测量水深并测量多点的流速从而得到垂线（即子断面）平均流速,ADCP实测区、非实测区、微断面、单元示意图,ADCP实测区、非实测区、单元示意图,ADCP方法与传统方法的不同,传统流速仪法是静态方法。流速仪是固定的。ADCP方法是动态方法。ADCP在随测量船运动过程中进行测验。 传统流速仪法要求测流断面垂直于河岸。ADCP方法不要求测流断面垂直于河岸。测船航行的轨迹可以是斜线或曲线。 ADCP所测的垂线（子断面）可以很多，每条垂线上的测点也很多。,ADCP获得河道流量的方法,ADCP是一种利用声学多普勒原理测验水流速度剖面的仪器。 ADCP一般配备有四个换能器。换能器与ADCP轴线成一定夹角。每个换能器既是发射器又是接收器。换能器发射某一固定频率的声波，然后聆听被水体中颗粒物散射回来的声波。假定颗粒物的运动速度与水体流速相同。当颗粒物的运动方向是接近换能器时，换能器聆听到的回波频率比发射波频率高。当颗粒物的运动方向是背离换能器时，换能器聆听到的回波频率比发射波频率低,这种颗粒物的运动引起频率的改变称为声学多普勒频移。,回波频率与发射波频率之差由下式确,式中：Fd 声学多普勒频移 F 发射波频率 V颗粒物沿声束方向的移动速度（即沿声束方向的水流速度） C声波在水中的传播速度 上式中的系数是因为ADCP即发射声波又接收回波，因此多普勒频移加倍（Gordon， 1996）。,距离 = 3m,Depth,0.2,0.2,0.1,ADCP流量测验示意过程,距离= 9m,Depth,ADCP流量测验示意过程,0.2,0.2,0.1,0.3,0.3,0.3,0.2,0.3,距离= 15m,Depth,ADCP流量测验示意过程,距离= 21m,Depth,0.2,0.2,0.1,0.3,0.3,0.3,0.2,0.3,0.4,0.4,0.5,0.4,0.5,0.4,0.3,0.3,0.2,0.3,0.5,0.6,0.7,0.6,0.6,0.6,0.5,0.5,0.4,0.4,0.3,0.3,0.2,ADCP流量测验示意过程,距离= 27m,Depth,ADCP流量测验示意过程,0.2,0.2,0.1,0.3,0.3,0.3,0.2,0.3,0.4,0.4,0.5,0.4,0.5,0.4,0.3,0.3,0.2,0.3,0.5,0.6,0.7,0.6,0.6,0.6,0.5,0.5,0.4,0.4,0.3,0.3,0.2,0.8,0.8,0.8,0.8,0.7,0.7,0.5,0.5,0.4,0.4,0.3,0.3,0.2,距离= 33m,Depth,ADCP流量测验示意过程,0.2,0.2,0.1,0.3,0.3,0.3,0.2,0.3,0.4,0.4,0.5,0.4,0.5,0.4,0.3,0.3,0.2,0.3,0.5,0.6,0.7,0.6,0.6,0.6,0.5,0.5,0.4,0.4,0.3,0.3,0.2,0.8,0.8,0.8,0.8,0.7,0.7,0.5,0.54,0.4,0.4,0.3,0.3,0.2,1.0,1.0,1.0,0.9,1.0,0.9,0.7,0.7,0.5,0.5,0.4,0.4,0.2,0.2,距离= 39m,Depth,ADCP流量测验示意过程,0.2,0.2,0.1,0.3,0.3,0.3,0.2,0.3,0.4,0.4,0.5,0.4,0.5,0.4,0.3,0.3,0.2,0.3,0.5,0.6,0.7,0.6,0.6,0.6,0.5,0.5,0.4,0.4,0.3,0.3,0.2,0.8,0.8,0.8,0.8,0.7,0.7,0.5,0.5,0.4,0.4,0.3,0.3,0.2,1.0,1.0,1.0,0.9,1.0,0.9,0.7,0.7,0.5,0.5,0.4,0.4,0.2,0.2,1.0,1.0,1.0,0.9,1.0,0.9,0.7,0.7,0.5,0.5,0.4,0.4,0.2,0.2,距离= 45m,Depth,ADCP流量测验示意过程,0.2,0.2,0.1,0.3,0.3,0.3,0.2,0.3,0.4,0.4,0.5,0.4,0.5,0.4,0.3,0.3,0.2,0.3,0.5,0.6,0.7,0.6,0.6,0.6,0.5,0.5,0.4,0.4,0.3,0.3,0.2,0.8,0.8,0.8,0.8,0.7,0.7,0.5,0.5,0.4,0.4,0.3,0.3,0.2,1.0,1.0,1.0,0.9,1.0,0.9,0.7,0.7,0.5,0.5,0.4,0.4,0.2,0.2,1.0,1.0,1.0,0.9,1.0,0.9,0.7,0.7,0.5,0.5,0.4,0.4,0.2,0.2,0.9,0.8,0.8,0.6,0.5,0.4,0.2,0.8,0.8,0.7,0.5,0.4,距离= 51m,ADCP流量测验示意过程,0.2,0.2,0.1,0.3,0.3,0.3,0.2,0.3,0.4,0.4,0.5,0.4,0.5,0.4,0.3,0.3,0.2,0.3,0.5,0.6,0.7,0.6,0.6,0.6,0.5,0.5,0.4,0.4,0.3,0.3,0.2,0.8,0.8,0.8,0.8,0.7,0.7,0.5,0.5,0.4,0.4,0.3,0.3,0.2,1.0,1.0,1.0,0.9,1.0,0.9,0.7,0.7,0.5,0.5,0.4,0.4,0.2,0.2,1.0,1.0,1.0,0.9,1.0,0.9,0.7,0.7,0.5,0.5,0.4,0.4,0.2,0.2,0.9,0.8,0.8,0.6,0.5,0.4,0.2,0.8,0.8,0.7,0.5,0.4,0.7,0.7,0.6,0.4,0.3,0.6,0.4,0.3,0.2,距离= 57m,ADCP流量测验示意过程,0.2,0.2,0.1,0.3,0.3,0.3,0.2,0.3,0.4,0.4,0.5,0.4,0.5,0.4,0.3,0.3,0.2,0.3,0.5,0.6,0.7,0.6,0.6,0.6,0.5,0.5,0.4,0.4,0.3,0.3,0.2,0.8,0.8,0.8,0.8,0.7,0.7,0.5,0.5,0.4,0.4,0.3,0.3,0.2,1.0,1.0,1.0,0.9,1.0,0.9,0.7,0.7,0.5,0.5,0.4,0.4,0.2,0.2,1.0,1.0,1.0,0.9,1.0,0.9,0.7,0.7,0.5,0.5,0.4,0.4,0.2,0.2,0.9,0.8,0.8,0.6,0.5,0.4,0.2,0.8,0.8,0.7,0.5,0.4,0.7,0.7,0.6,0.4,0.3,0.6,0.4,0.3,0.2,0.4,0.3,0.2,0.2,0.1,黄河小浪底站ADCP流量测验实例 (2003.10.22),黄河小浪底站ADCP流量测验实例 (2003.10.22),黄河小浪底站ADCP流量测验实例 (2003.10.22),黄河小浪底站ADCP流量测验实例 (2003.10.22),黄河小浪底站ADCP流量测验实例 (2003.10.22),黄河小浪底站ADCP流量测验实例 (2003.10.22),黄河小浪底站ADCP流量测验实例 (2003.10.22),黄河小浪底站ADCP流量测验实例 (2003.10.22),黄河小浪底站ADCP流量测验实例 (2003.10.22),黄河小浪底站ADCP流量测验实例 (2003.10.22),ADCP分类,窄带 (Narrowband): ADCP的声信号发射和处理的一种方法. 对于每一个流速测量，ADCP发射一个单独 的、相对较长的脉冲波,然后聆听(即接受)水 体中颗粒物对这个脉冲的反射波, 并记录发 射波与反射波之间的频率改变即多普勒频移, 用来计算水体的速度.,脉冲相干,对于每一下流速测验，脉冲相干型ADCP发射一对较短的脉冲波。ADCP先发射第一个脉冲，待ADCP接收到这个脉冲波的回波后发射第二个脉冲。ADCP测验两个回波之间的相位差并据此计算流速。相干型ADCP的优点是流速测验标准误差小，这个优点可以用来提高流速测验的空间或时间分辨率。相干型ADCP缺点是测验剖面范围小、流速量程小。(RDI 11模式),宽带 (Broadband): ADCP的声信号发射和处理的一种方 法.对于每一个流速测量,ADCP发射两组 或多组脉冲波序列. 每个脉冲波序列由许 多子脉冲(称为编码单元)组成ADCP测 量回波序列的相关系数及相位差, 铲除粗 差,精确计算流速.其优点是流速测量标准 误差小,空间 (测点) 和时间 (垂线) 分辨率 高.,ADCP 主要差别,ADCP短期误差比较,二、RDI 公司ADCP 主要优点 比较根据公开发表的资料(供参考),1.宽带信号处理专利技术优点,短期精度高（比窄带高倍左右） 长期精度高（比窄带高至倍） 时间分辨率高（相当于测速垂线多）（比窄带 高十几倍） 垂向空间分辨率高（相当于垂线上测点多,可采 用较小的单元,最多可达128个）,2. 四波束换能器,如果有一个波束被阻挡或信号不好，其它 三波束仍然提供有效数据。 能自动消除船摇晃的影响 可用于数据质量控制,3. 零盲区专利技术,零盲区专利技术的应用，使中国北方河 流使用ADCP监测河道流量成为现实， 提高测验精度,4. 多种工作模式,一台仪器可以配备多种模式，适应不同 的水流 条件 标准模式：适用大多数场合 高精度、高分辩率模式：用于浅水，低 流速情况,三、与其它厂家ADCP的比较,全球ADCP厂家比较,美国地调局河流ADCP数量 （截止 2002 年 11 月, 总计165台 RDI 占 89.1% SonTek占 7.3% ）,RDI “瑞江”牌 ADCP,SonTek ADP,ADCP主要差别,全球走航式流速剖面仪实用水深比较,ADCP剖面深度比较 (1),ADCP剖面深度比较 (2),黄河花园口(ADCP)流量测验断面图 (2003.6.5),漓江阳朔站测流断面水草情况 （2004.9.10）,桂江平乐 漓江桂林 漓江阳朔水文站ADCP流量实测界面,广西比测情况,通过用美国RDI公司四波束零盲区（WHR1200-1型）ADCP，对桂江平乐水文站和漓江阳朔桂林水文站现场进行流量实测，ADCP实测流量自测重复偏差最大只有2.9（均小于5.0美国地调局规定）， ADCP实测流量多次（24次）均值与测站流量相差仅为0.7,单次为3.7，这说明ADCP性能可靠，精度较高，在水草严重的江段使用仍然能够快速地进行流量测验，精度高于水文测验规范要求。,河南省水文局淮河淮滨（三）站比测情况 （2004.8.9）,黄河兰州站实测界面 （2004.7.15）,巴蒙总干渠大桥断面测流界面(往返) (2003.10.28),上海松浦水文站ADCP船测流量与人工船测流量的比较,五、ADCP安装 测验实例,ADCP与涉水流量测验比测 (USGS Florida),利用缆道或船拖带ADCP进行流