走航式ADCP应用中技术处理实例.doc

走航式ADCP应用中的技术处理实例 (作者：许弟兵长江水利委员会水文局荆江水文水资源勘测局) 摘要： ADCP在工程及非工程水文测验中的使用日益频繁，测验技术日趋成熟，资料的处理技术　上也见仁见智。本文就ADCP使用中遇到的一些技术问题及处理方法提出来与业内人士进行探讨，内容包括外接罗经的使用、数据处理、非常规命令参数的使用等。 关键词：走航式ADCP　外部罗经　数据处理　非常规参数基本测验 1 概述 近年来，随着ADCP在国内大量使用，应用面的不断拓展，ADCP的应用技术也随之提高。虽然仪器文档及产商技术人员在ADCP的测验技术上已经作了大量描述，但在原理和误差理论方面的论述居多，国内关于ADCP测验方面的书籍也太少，且由于没有现行的规范作指导和约束，在一些问题具体的问题处理上还需广泛交流，本文仅叙述在应用中遇到的实际问题及处理方法，与ADCP的使用者进行探讨。 2 外接罗经的使用 在外部磁场干扰下，用外接罗经测定船向时，罗经的安装与标定直接影响测验的精度。 用外接罗经时，其标定分两步走。第一步是外部罗经自身的标定，其目的是让外部罗经记录测量环境的磁参数，即适应环境；第二步是外部罗经与ADCP相对方向的确定，即ADCP正向与罗经正向的差角(当使用ADCP内部罗经时只使用WinRiver软件中的配合进行一次标定即可)。由于ADCP仪器(或软件)说明中的标定方法不太适用，现介绍一种简单的方法，第一步按罗经说明书进行标定，一般是在罗经固定好后让测船正反各转一圈，尽量切割磁场的磁力线，收集有关数据；第二步要借助外接GPS完成，即在一个固定的河流横断面上两个固定点(能够测出该断面的流量)间往返走航测流各一次(两次更好)，回放检查(GGA方式)各航次的流量与流向情况，通过调整WinRiver软件设置中罗经偏移量(Heading Offset)，使得往返流量及流向接近的角度即为采用的偏移量，将该偏移量应用于测验中即可。如果采用的是Honeywell HMR3000型罗经还可以将数据直接写入罗经内部的存储器，而不必在WinRiver软件中另行修正。该方法要求两个航次内水流条件变化不大。如果得不到合适的结果，则说明罗经的安装位置不当或罗经自身标定不成功。当罗经与ADCP的相对方向发生变化时，需进行第二步标定，当测量环境磁场发生变化时，两步均要进行。 其实，在WinRiver软件中，将罗经角度、罗经偏移与磁偏角之和用于仪器坐标到船系坐标或地球坐标的转换，用上述方法时，是否测量磁偏角已无多大意义。而且在WinRiver软件中回放时，当采用底跟踪（Btm）方式时，罗经偏移、磁偏角或二者之和仅影响水流方向而不影响流量；当采用GGA方式时，罗经偏移、磁偏角主或二者之和不仅影响水流方向还要影响流量。所以如果测量结果中住返水流方向值总是相差较大（大于5°），多半是由于罗经安装或标定不当引起。 3 数据处理技术 ADCP流量测验的资料，流量、面积、河宽、断面平均流速流向、断面平均水深、断面最大流速、最大水深数据均可从WinRiver回放软件中直接得出。垂线流速流向数据，可在回放界面中人工摘取，处理时一般用剖面流速代替，产生的差异较小，但对多个剖面平均处理时，WinRiver软件在平均位置及平均水深处理上不太令人满意。而且，当数据量较大时，人工挑选工作量大且极为不便，需通过编制相应的软件进行提取和计算处理。在ADCP数据后处理的算法中，根据资料提交的要求不同，应采取不同的算法。后处理的数据来源为WinRiver回放软件所产生的ASCII码文本文件。 流场测验时，一个断面一般仅测一个单程，数据一般不平均处理，或取少量的数据平均处理，提交的是瞬态资料，由于ADCP数据的密度大，涉及到筛选策略问题；而流量测验中流速资料的提取一般应进行平均处理，提交的是时间及空间上的平均值，涉及到垂线选择策略及平均处理策略问题。两者都涉及到有效数据的判别策略。定点测量的数据处理比较简单，本文不作讨论。 在垂线流速的提交方式上，有的要求提交ADCP实测水层单元的流速，有的要求提交垂线上相对水深的资料，涉及到的算法也不尽相同。 3.1 起点距和水深的确定 ADCP原始数据中记录的位置实际为该剖面的平均位置，一个剖面的跨越宽度一般为1~5m，在提取数据时垂线水深一般用剖面水深代替，垂线的起点距用剖面位置数据计算。当使用GGA方式时，将回放输出的文本文件中的经纬度数据按高斯正算的方法计算垂线平面坐标，再根据断面起止点坐标计算起点距和偏航距，当使用Btm方式时，根据回放输出文本文件中的东向总距离和北向总距离，结合测流记录开始点的起点距及断面方位角(或起止点坐标)，即可算出起点距。 若使用平均处理策略，则对水深也进行平均处理，起点距的算法有平均算法和中心线法等，平均计算时