走航式adcp观测误差浅析

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1、.7.上海航道科技2014年8月走航式ADCP观测误差浅析摘要：本文从走航式ADCP工作原理及水文测验的实际操作出发，分析了影响作业和成果质量的各项误差源，以期从误差产生的源头上，来采取控制措施，以提高成果精度，供以后测验作业参考。关键词：ADCP；误差；走航；流速；流向；测验.7.上海航道科技2014年8月1引言ADCP进行水文测验，在我国有20多年的应用历史，相对于传统的转子式流向流速仪，ADCP可采用动态和静态方法，即走航式和定点式；而且，测量精度高，速度快、效率高，因此，能够广泛应用于水文测验领域。然而，走航式ADCP，外业过程受干扰因素较多，

2、内业数据后处理较为复杂，很大一部分工作是对ADCP数据进行质量控制和误差订正。如果能在前期测量过程中有效地提高ADCP的测量精度、减小误差，数据后处理的工作量将会大大减少。为此，本文根据其测量原理和外界干扰等方面来浅析ADCP观测误差，并提出了一些提高精度的改进措施。2ADCP测量原理及系统组成ADCP的基本原理是利用了多普勒效应进行流速测量。它突破传统机械转动为基础的传感流速仪，用声波换能器作传感器，换能器发射声脉冲波，声脉冲波通过水体中不均匀分布的泥沙颗粒、浮游生物等反散射体反散射，由换能器接收信号，经测定多普勒频移而测算出流速，具有不扰动流场、测

3、验历时短、测速范围大等特点。ADCP测验系统组成包括：1、ADCP换能器2、计算机（需配有4个R232串口）3、ADCP数据采集和控制软件（WinRiver）；4、外接设备（GPS导航定位、罗经、测深仪）等4个主要部分组成。在走航测量中，主要采集：相对流速（由“水跟踪”测出）、船速（由“底跟踪”测出，或由GPS测验数据算出）、水深（由“底跟踪”测出，或外接测深仪测出）、测船航行轨迹（由船速数据算出，或由GPS测出）。3ADCP观测误差来源走航式ADCP受影响因素较多，一般来讲，主要有以下几种误差来源：（1）自身限制误差；（2）外围设备的精度误差；（3）

4、仪器安装误差；（4）外部环境影响造成的误差：船体铁磁影响、水体含沙影响、动底影响、水体温度、盐度等变化引起的声速变化误差；（5）参数配置误差（6）时间不同步误差。.7.上海航道科技2014年8月3.1限制误差3.1.1深度范围限制声波在水中的传播，受水体颗粒物等影响，信号强度随着水深的增加而不断衰减，当信号强度降低，返回的波谱宽度增加，波谱宽度随着测深范围的增加导致流速测量的标准差增大，超出范围，回波是不可用的。ADCP测深范围取决于换能器的频率，其次是发射脉冲长度和波束角，下表给出了常用的不同频率的换能器的ADCP在标准工作模式下的的最大剖面深度（见

5、表1）。.7.上海航道科技2014年8月表1ADCP主要技术指标1200kHz600kHz300kHz标准工作模式(Mode1)盲区（米）00.251.0最小单元长度（米）0.250.51.0最小剖面深度（米）0.81.83.5最大剖面深度（米）2075180流速量程（米/秒）±3.0（默认）±20.0（最大）±3.0（默认）±20.0（最大）±5.0（默认）±20.0（最大）.7.上海航道科技2014年8月3.1.2盲区限制ADCP的盲区，主要集中在测流断面的上、下、左、右四个边界区域（即：顶部盲区、底部盲区、左、右岸边盲区），如图1。.7.上海航道

6、科技2014年8月图1ADCP盲区分布图.7.上海航道科技2014年8月（1）顶部盲区顶部盲区又称表层盲区，是由于换能器发射声波脉冲后的余震不能立即消除，使靠近换能器附近的回波信号受到余震干扰引起的。主要受三个因素影响：换能器的吃水深度；ADCP仪器盲区；二分之一单元尺寸大小。不断发送的脉冲与脉冲之间有一定距离，其大小约等于二分之一个单元尺寸，因此，在计算顶部盲区时也应该考虑进去。（2）底部盲区底部盲区又叫旁瓣区，是因为底部盲区是由靠近河底的水层受到旁瓣影响产生的。旁瓣影响的底部盲区厚度取决与ADCP声束与仪器轴线的夹角。夹角为20度时，旁瓣影响的底部

7、盲区厚度约为水深的6%；夹角25度时，约为10%；30度时，约为15%。走航测量时，断面的底部盲区如下图所示，粗黑实线与细黑实线之间部分。.7.上海航道科技2014年8月图2底部盲区图.7.上海航道科技2014年8月（3）岸边盲区岸边盲区主要出现在内河测量中，这种盲区并不是实质意义上的测量盲区。而是因为水深较浅，船体不能靠近，使得实测断面的左右端与左右岸边有一定的“空”距，因此，对测验断面的流量计算会产生影响。3.2外围设备精度误差走航式ADCP测验，往往受到外界磁场干扰；河床底砂运动；水体含沙浓度高等因素影响，降低测验质量，因此，《声学多普勒流量测验

8、规范》（SL337-2006）明确规定“根据断面河床、水流、泥沙特性和测船，准备必要的外接设备