摘要：点流速雷达流量监测是一种基于雷达技术的非接触式流速测量方法，适用于河道、桥梁等场景的断面点流速监测。该技术利用多普勒效应，能够测量最小0.3m/s或0.5m/s的流速，并通过校准表面点流速与断面平均流速的关系来计算断面过流流量。
点流速雷达流量监测是一种基于雷达技术的非接触式流速测量方法，适用于河道、桥梁等场景的断面点流速监测。该技术利用多普勒效应，能够测量最小0.3m/s或0.5m/s的流速，并通过校准表面点流速与断面平均流速的关系来计算断面过流流量。
然而，点流速雷达流量监测存在一定的局限性。例如，它通常适用于河道平顺、液态稳定、风浪较小的断面，且在无冲淤变化和不受回水跌水影响的情况下效果较好。此外，点流速雷达流量监测设备对安装位置和角度有严格要求，增加了测量不确定性和维护难度。
相比之下，侧扫雷达技术则具有更广泛的应用范围和更高的精度。侧扫雷达不仅能够提供断面平均流速，还能提供表面流场的二维各网格点流速流向，适用于复杂环境下的流量测验。因此，尽管点流速雷达流量监测在某些特定条件下具有优势，但在实际应用中，侧扫雷达技术往往被认为更具优越性。
点流速雷达流量监测技术近年来取得了显著的发展和改进，主要体现在以下几个方面：
非接触式测流技术的应用：点流速雷达流量监测技术采用非接触式测流方法，避免了传统接触式方法对水流结构的扰动和破坏。这种技术具有实时性、高精度和非接触性的优点，可以远距离定点测量水流流速，实现流量自动监测。FFT算法的优化：为了提高点流速雷达流速仪的计算效率和精度，现代点流速雷达流量监测技术广泛采用快速傅里叶变换（FFT）算法进行数据处理。FFT算法通过减少计算步骤，提高了测量效果的准确性和设备的成本效益。雷视融合测流技术：最新的雷视融合测流技术结合了雷达和视频技术，通过视频和雷达相互校准以及内置的AI测流算法，有效提升了单雷达和单视频情况下的测流精度。该技术避免了依赖单传感器模组难以满足高精度测流需求的问题，实现了多场景协同工作的融合流速测量方案。侧扫雷达技术的引入：侧扫雷达技术能够对河流表面进行探测，并提供二维各网格点流速流向信息。这种技术不仅适用于复杂环境如携带漂流物的河流及浅滩过水等，还能够实现多点同时全天候连续监测，提供更为全面和精确的流量数据。实时在线监测系统的开发：现代点流速雷达流量监测技术集成了现代光电和自控技术，开发了流量监测计算和视频监控管理软件，实现了数据实时接收及处理、流速流量计算、成果合理性分析等功能。这些系统能够将现场图像和监控视频实时传输到管理中心，支持“无人值守、有人看护、巡测管理”的水文测验模式。点～线～面流速关系模型的构建：通过河流断面流速分布的分析，构建了点～线～面流速关系模型，简化了河流流量测验的方法和技术，提高了测量效率和精度。要准确校准点流速雷达流量监测中的表面点流速与断面平均流速的关系，可以参考以下步骤和方法：
使用雷达波测流系统测量水道断面上若干条垂线的水面流速。雷达波测流系统通过非接触方式测量水面流速，并结合水位信息计算出过流断面面积。
根据雷达测量的表面流速v，利用断面流量模型，将表面流速转换为断面流速V=k(d)⋅v，其中k(d)是一个与水深d相关的转换系数。
采用传统流速仪法与雷达波测流系统同步比测，确保雷达测得的表面流速与实际断面平均流速一致。通过比测数据，可以调整和优化转换系数k(d)，以减少系统误差。
对于不同水位级，分别建立表面流速与断面平均流速之间的关系曲线。当存在偏差时，应分水位级进行校准，确保不同水位条件下测量结果的一致性。
在计算流量时，引入修正系数来补偿实际测量环境中的误差。修正系数是根据实际测量环境得到的标准值进行计算的，从而提高流量计算的准确性。
数值法（流速剖面法）基于 H-ADCP 获取的流速数据，根据理论垂向流速分布推算全断面流量；代表流速法（指标流速法）通过分析流速网格数据关系找到合适区间得到代表流速，并将代表流速与常规测流方法得到的断面平均流速建立函数关系，进而推求流量。
对于超高频雷达系统测得的数据，需要进行数据后处理，筛选叠加受到船只、漂浮物或风速影响的数据，以确保数据的合理性。
风浪影响：雷达表面流速仪法在河道平顺、液态稳定、风浪较小的断面效果较好，但在强风浪条件下，雷达信号可能会受到干扰，导致测量精度下降。例如，在台风伴随强风的情况下，雷达截面（NRCS）会随入射角变化，影响测量结果。冲淤变化：雷达流量监测在无冲淤变化的条件下效果较好，但在有冲淤变化的环境中，雷达信号可能会受到干扰，导致测量结果不准确。回水跌水影响：雷达流量监测不适用于受回水跌水影响的断面，因为这些条件会改变水流特性，影响雷达信号的准确捕捉。多普勒谱复杂性：雷达回波信号的多普勒谱由于天线束宽、分布式多散射点和环境条件而变得复杂，当前信号处理主要依赖于对强散射点的粗略多普勒谱分析，微多普勒信息的利用不足，这限制了测量精度。自适应滤波算法需求：流量速度监测高度依赖于滤波方法，尤其是在有 clutter 干扰的情况下。现有的滤波算法仅在有 clutter 事先知识时才有效，需要进一步研究和开发更高效的自适应滤波算法。水动力过程考虑不足：传统的表面速度-流量算法大多是经验或半经验模型，不考虑水运动对流场的影响，因此在计算不同河流流量时适用性较差。需要开发新的流量反演算法以确保准确性和实用性。点流速雷达流量监测在复杂环境下（如强风浪、冲淤变化）具有显著的优势，但同时也面临诸多挑战和限制。
监测范围和精度：
侧扫雷达：侧扫雷达能够获取分段距离内的平均流速，而非单点流速，因此可以连续自动监测河道的表面流速。它通过反射电磁波的频移计算被测目标的运动速度，适用于河道、水库、渠道等水体流速与流向监测。此外，侧扫雷达系统可以全天候连续监测河流表面流场和网格点流速，并将数据上传至水文基础数据通用平台。
点流速雷达：点流速雷达通常用于测量单个点的流速，其精度较高，但无法像侧扫雷达那样提供连续的流速分布信息。
安装与维护：
侧扫雷达：侧扫雷达系统一般架设在河岸边，多采用UHF波段，安装简单，适应性强，适合在恶劣天气、高洪多漂浮物等特殊情况下使用。然而，其安装位置受限，只适用于岸边安装。
点流速雷达：点流速雷达的安装相对简单，但需要定期校准和维护，以确保测量精度。
自动化与实时性：
侧扫雷达：侧扫雷达系统具有无人值守、全自动采集和计算流量的特点，能够支持宽河道测量，全天候测量，不受风雨和停电影响。例如，在黄河兰州段的水文观测中，侧扫雷达流量在线监测系统实现了全天候、连续自动流量监测。
点流速雷达：点流速雷达通常需要人工操作，费时费力且存在安全风险。
应用领域与环境适应性：
侧扫雷达：侧扫雷达测流技术在水文学、海洋学和环境监测等领域具有广泛的应用，特别是在复杂水流条件下，如水利工程影响等情况下，其应用精度面临挑战，但可以通过多元线性回归模型、机器学习模型等方法提升精度。
点流速雷达：点流速雷达主要用于精确测量单点流速，适用于需要高精度测量的场合。
成本与推广：
侧扫雷达：尽管侧扫雷达系统具有高精度和高稳定性，但其成本较高且需要专业安装调试。目前，侧扫测流雷达仍处于研究验证阶段，推广应用较少。
点流速雷达：点流速雷达的成本相对较低，易于推广和应用。
侧扫雷达技术在监测范围、自动化程度和环境适应性方面具有显著优势，但成本较高且安装位置受限；而点流速雷达则在精度和成本方面更具优势，但无法提供连续的流速分布信息。
安装位置：
水面平缓稳定区域：雷达流量计应安装在水面平缓且稳定的区域，避免回流和漩涡等干扰因素，以确保测量精度。
避免障碍物：安装点应远离排水口、垂直跌水、挡流板、河道弯曲或结合处等可能影响测量精度的区域。
安装高度：雷达传感器的安装高度通常建议在3-4米之间，这样可以确保良好的信号质量并避免受岸边运动目标的影响。过高的安装高度会导致回波信号弱，信号质量差，特别是在水流速度较低的情况下。
发射角度：
波束角和俯仰角：雷达流量计的波束角、方位角及俯仰角是影响测量精度的主要参数。波束角通常为5.5°，当目标与天线的距离越远时，波束形成的椭圆形检测区域就越大。
水平角度：雷达流速仪的波束应朝向来水方向，与水流方向保持0°水平角度，这样可以减少偏角误差对数据准确性的影响。如果流速计与水流方向呈斜角，则需要进行偏角修正，但实际操作中往往难以准确测定偏角，从而影响数据准确性。
安装方式：
单点立杆安装：适用于宽度小于20米的明渠，通过立杆将雷达流量计固定在渠道中央位置。
桥梁安装：利用现有桥梁结构进行安装，适用于宽度较大的渠道，可以采用双点立杆安装以提高测量精度。
阵列式安装：适用于宽度大于20米的明渠，通过多个雷达流量计形成阵列，间距不应大于15米。
其他注意事项：
遮挡问题：确保雷达传感器没有遮挡物，否则会影响测量准确度。
环境适应性：在渠道硬化处理后，即使波束照射到渠道两侧也不会对测流造成影响。
来源：小月科技论
