Radarowy pomiar poziomu wody: zakłócenia, fałszywe echa i optymalizacja montażu

METRAVON Radarowy pomiar poziomu wody: zakłócenia, fałszywe echa i optymalizacja montażu

odbiera odbicia odbitego przez emisję fal elektromagnetycznych i mierzy odległość od czujnika do powierzchni wody Ponieważ czujniki nie muszą pozostawać pod wodą, radar jest szeroko stosowany w rzekach, zbiornikach, otwartych kanałach i stacjach poziomu wody zamontowanych na mostach

Jednak od samego początku należy wziąć pod uwagę jedno praktyczne wyzwanie: radar może odbierać odbicia nie tylko z powierzchni wody.Jeśli dno rzeki, brzeg, konstrukcja mostu lub inny obiekt wpadnie w pole promieniowania radarowego i wytworzy wystarczająco silne odbicie, może to zakłócać śledzenie celu.

1. Dlaczego radar może pomylić inne obiekty z powierzchnią wody?

Sensor radarowy nie emituje promienia o nieskończonej cienkości – tworzy on promień o określonym rozkładzie kątowym.

W zależności od geometrii obszaru mogą obejmować:

Rzeczywistą powierzchnię wody;
Odsłonięte dno rzeki;
Małe brzegi lub płytkie obszary dna;
Brzegi rzeki;
Filary mostów;
Kostatki mostów oraz konstrukcje metalowe;
Klapy oraz konstrukcje hydrauliczne;
Pociągi rzekowe i roślinność;
Duże pływające fragmenty materii.

Wszystkie te cele mogą generować echa. Zatem wyzwanie inżynierskie nie polega wyłącznie na tym, czy radar może «widzieć» wodę, lecz na tym, czy jest w stanie kontynuować śledzenie odpowiedniego echa powierzchni wody w całym zakresie pracy.

2. Dlaczego wysokość montażu ma znaczenie?

W miarę zwiększania się odległości między radarem a celem obszar działania promienia radiowego zazwyczaj staje się szerszy.

Oznacza to, że radar umieszczony na dużym wysokości nad rzeką może pokrywać znacznie większą powierzchnię poziomą przy minimalnym poziomie wody. Ta większa obszar pokrycia może obejmować:

Brzegi rzeki;
Odsłonięte dno rzeki;
Strefy płytkie; słupy mostu
Filary mostów;
Pobliskie konstrukcje.

Z tego powodu proces selekcji nie powinien się ograniczać do pytania „Czy maksymalny zakres jest wystarczający?". Obszar podłoża belki należy również sprawdzić przy najwyższym, normalnym oraz historycznie najniższym poziomie wody.

3. Jakie informacje o terenie należy zebrать przed instalacją?

Dla projektów mostów, rzek lub zbiorników następujące informacje są szczególnie przydatne przy ustalaniu miejsca montażu:

Informacje o terenie	Dlaczego te informacje są istotne
Wysokość montażu radaru	Służy do oceny odległości pomiarowej oraz obszaru promienia radaru przy niskim poziomie wody
Historyczny maksymalny poziom wody	Potwierdza wymagania dotyczące odległości w strefie bliskiej oraz ochrony przed powodzią.
– historyczna minimalna wysokość poziomu wody.	– wskazuje, czy dno rzeki lub jej brzeg może wchodzić w zakres działania systemu.
– szerokość rzeki.	– pomaga ustalić, czy dostępna jest wystarczająca powierzchnia wody o odpowiedniej przejrzystości.
– odległość do obu brzegów rzeki.	– wykorzystywana do oceny ryzyka wystąpienia stałych odbiciów od brzegów.
– położenie słupów i belek mostu.	– umożliwia umieszczenie głównych stałych odbiwców. Utrzymuj się poza głównym pęłem:
– wodospady, strefy rozpraszania wody lub system recyrkulacji;	– pomaga uniknąć pomiaru powierzchni wody nie reprezentatywnej lub niestabilnej;

– zasada inżynierska:Jeśli główny prom radiolotowy wyraźnie pokrywa odkrytą dno rzeki lub brzeg przy historycznym minimalnym poziomie wody, eliminacja fałszywych echa nie powinna być pierwszym rozwiązaniem. Warto przemyśleć punkt montażu lub zastosować szerszy prom o mniejszej szerokości.

4. Dlaczego wąski prom radiolotowy jest przydatny przy kompleksowych instalacjach mostów?

Radar wysokiej częstotliwości, w tym wiele 80GHz Projekty, mogą wykorzystywać stosunkowo kompaktową antenę do wytwarzania wąskiej wiązki.

W przypadku mostów, wąskich rzek oraz złożonych struktur hydraulicznych pozwala to ułatwić utrzymywanie głównego obszaru pomiarowego w centrum powierzchni wody, jednocześnie ograniczając narażenie na brzegi, pilony oraz konstrukcje metalowe.

Praktyczna zaleta 80GHz W tych aplikacjach jest zatem głównie oraz poprawionego oddzielania celów, a nie wyłącznie z większej mocy przekazywanej.

5. Dlaczego interferencje w dnie rzeki są częstsze w okresie niskiego poziomu wody?

W okresie wysokiego poziomu wody radar zazwyczaj odbiera dominującą refleksję od powierzchni wody.

W miarę spadania poziomu wody obszary nagości dno rzeki, płytkie rejony oraz brzegi, które wcześniej nie wchodziły w zakres skutecznej rejonu pomiarowego, mogą zaczynać wchodzić w pole promieniowania radarowego.

Jeśli dane z punktu pomiarowego wykazują dobre wyniki przez większość roku, ale systematycznie wykazuje błędy o stałej długości lub nagłe skoki w okresach niskiego poziomu wody, należy przed modyfikacją parametrów tłumienia lub filtracji zweryfikować pole oddziaływania promienia na poziomie minimalnym.

6. Czy najsilniejszy echo zawsze pochodzi od powierzchni wody?

Nie.

Woda często powoduje silne odbicie radarowe, jednak metale, mokry beton, mokra gleba oraz konstrukcje mostów mogą również generować silne echa.

Współczesne śledzenie celów radarowych może zatem wykorzystywać kombinację następujących parametrów:

Odległość odbić;
Amplituda odbić;
Kontynuowość historycznych poziomów;
Konfigurowany zakres pomiarowy;
Znanie lokalizacji stałych zakłóceń;
Logika śledzenia celu.

7. Czy wodę można zidentyfikować wyłącznie na podstawie jej ruchu?

Ruch powierzchni wody może stanowić przydatną dodatkową cechę sygnału, jednak nie powinno być traktowane jako jedyny sposób identyfikacji.

W spokojnym zbiorniku ruch powierzchni może być bardzo niewielki, podczas gdy pływające fragmenty materiału, gałęzie oraz roślinność mogą również się poruszać. Zatem stwierdzenie «poruszający się cel to woda» nie jest wiarygodnym zasadą stosowaną w praktyce.

8. Jak okno pomiarowe może zmniejszyć liczbę fałszywych celów?

Jeśli możliwy zakres poziomu wody jest już znany, urządzenie można często skonfigurować tak, aby odwrócić normalne śledzenie tych odległości docelowych, które są oczywisto niemożliwe.

Na przykład, jeśli konstrukcja mostu znajduje się 1,5 m poniżej czujnika, podczas gdy rzeczywista powierzchnia rzeki może występować wyłącznie w przedziale od 5 do 12 m, odpowiednio dobrane pole pomiarowe może zmniejszyć ryzyko, że bliższa, stała konstrukcja zostanie uznana za powierzchnię wody.

9. Co to jest fałszywy eko stały?

Jeśli nieprawidłowe odczyty pojawiają się wielokrotnie w praktycznie tej samej odległości, należy rozważyć możliwość istnienia stałego odzwierciedlacza.

Do typowych źródeł należą:

Drewniane belki mostowe;
Konstrukcje mostowych słupów z wystającymi elementami;
Metalowe barierki;
Schody;
Stałe skrzydła lub konstrukcje wsporowe.

Po potwierdzeniu rzeczywistej pozycji powierzchni wody można wykorzystać funkcję mapowania fałszywych echa radara lub funkcję eliminacji stałych odbiorników, aby ograniczyć wpływ nieunikalnych stałych odbiorników.

10. Dlaczego krzywa echa jest bardziej przydatna niż pojedyncza wartość poziomu wody?

Wyświetlona wartość, na przykład 7,52 m, informuje operatora o tym, co wykazuje urządzenie, ale nie o tym, na którym obiekcie radar faktycznie śledzi.

Krzywa echa może pomóc w ustaleniu:

Gdzie znajduje się rzeczywisty echo powierzchni wody;
Czy występuje drugie silne echo stałe;
Czy echo dno rzeki staje się silniejsze w miarę spadku poziomu wody;
Czy radar przeszedł z powierzchni wody na inny cel;

W przypadku prawidłowego działania systemu zaleca się zapisywanie krzywej echa odniesienia;

11. Czy pływające śmieci mogą powodować fałszywe pomiary poziomu wody?

Małe pływające obiekty zazwyczaj nie tworzą stabilnej, długoterminowej celu, jednak drzewa, duże fragmenty materii morskiej, buie lub gęsta pływająca roślinność mogą tymczasowo wywoływać silne odbicie.

Te zakłócenia są często krótkotrwałe i nieregularne, dlatego przed interpretacją danych historycznych jako rzeczywistych zmian poziomu wody należy je dokładnie przeanalizować.

12. Lista kontrolna instalacji radaru pomiarowego poziomu wody na mostie:

– sprawdzenie;	– rekomendacja;
– maksymalny poziom wody;	– potwierdzenie, że powierzchnia pozostaje poza minimalną odległością pomiarową radaru;
– minimalny poziom wody;	– potwierdzenie, że promień radaru nie pokrywa dużej części nagości dno rzeki;
– brzegi rzeki;	– zapewnienie, że brzegi pozostają poza głównym promieniem radaru w całym zakresie oczekiwanych poziomów wody;
– mostStruktury:	– zachować belki, ramy ochronne oraz słupy poza główną belką;
– stan powierzchni wody	Jeśli to możliwe, unikaj wodospadów, intensywnych rozprysków oraz silnej recyrkulacji.

13. Zalecana sekwencja diagnostyki:

Upewnij się o rzeczywisty poziom wody za pomocą miernika wiertła lub innego wiarygodnego źródła odniesienia.
Przeglądaj, czy obecny poziom wody jest bliski historycznemu minimalnemu lub maksymalnemu poziomowi wody.
Przeglądaj pozycję montażową oraz rzeczywisty obszar pokrycia pręta.
Inspekcja krzywej ech.
Upewnij się, że skonfigurowany zakres pomiarowy jest odpowiedni.
Wykorzystuj tłumienie fałszywych echa wyłącznie po jasnym zidentyfikowaniu stałej interferencji.
Reguluj tłumienie lub średnienie wyłącznie wtedy, gdy poprawny obiekt jest śledzony.

Podsumowanie

Zjawisko zakłóceń w pomiarze poziomu wody za pomocą radaru to w istocie problem wielu celów: kilka obiektów znajdujących się w tym samym promieniu może generować odzwierciedlenia przydatne do pomiaru.

W przypadku instalacji nad rzekami i mostami kontrolowanie obszaru działania promienia jest zazwyczaj bardziej skuteczne niż poleganie na dodatkowym filtrowaniu za pomocą oprogramowania. W trakcie projektowania należy uwzględnić jednocześnie pozycję montażową, historyczną minimalną poziomowość wody oraz geometrię rzeki.

W przypadku istniejącego miejsca z nieprawidłowymi odczytami najbardziej użytecznymi informacjami diagnostycznymi są zwykle zdjęcie instalacyjne, historyczne wysokie i niskie poziomy wody, kąt wiązki radaru i krzywa echa.