潮位观测

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2017.7

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潮位观测潮位观测

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多种验潮仪的优缺点对比

声学验潮仪的原理

声学验潮仪的安装

声学验潮仪与浮子式验潮仪观测结果的对比

潮位观测

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多种潮位观测传感器的优劣比较

浮子式验潮仪

优点：1、成本低廉、结构简单，密封点较小，使用安全可靠，安装、修理方便。

2、感应方式简单，耐振动性优良。

3、连续直观、醒目、测量范围大，观察方向可任意改变。

缺点：1、磁性材料如退磁易导致液位计不能正常工作

2、翻板容易卡死，造成无法远传指示。

3、使用时必须建测井，干扰了水位原来的状态，增加投资，并且有些地方不易建测井，限制了浮子传感器的使用范围

4、存在回位误差，若生锈，回位误差会变大，影响精度。

5、对环境要求高，机动性差

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多种潮位观测传感器的优劣比较

压力式传感器

优点：1、体积小、重量轻、灵敏度高、稳定可靠、成本低、便于集成化

2、安装和使用方便

3、价格便宜

缺点：1、精度比较差，易受到环境的影响而造成测量不准确

2、要求测量介质的密度均匀一致，限制了其使用范围

3、不适用于测量高腐蚀性、过于粘稠或者容易凝固的液体

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多种潮位观测传感器的优劣比较

声学传感器

优点：1、无机械可动部分，可靠性高

2、计量精度高、反应快

3、安装简单、方便，属于非接触测量，且受液体的粘度、密度等影响精度比较低

4、指向性好、穿透能力强、能量高、用起来安静。

缺点：1、受空气成分变化影响，影响测量的准确性.

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多种潮位观测传感器的优劣比较

雷达传感器

优点：1、不需要传输媒介，不受大气、蒸气、槽内挥发雾影响，能用于挥发介质的液位测量，应用条件场合广。

2、采用非接触式测量，不受槽内液体的密度、浓度等物理特性的影响，测量精度高，无磨损，无污染。

3、测量连续准确,无须维修，可行性强,维护方便，操作简单。

4、盲区更小、高性噪比、高频率。

缺点：1、价格昂贵。

2、仪表需要设置的参数较多，一旦出现问题，通常很难查出是什么原因造成的。

3、如果天线本身不慎沾上介质会报错。

4、如有结晶结冰现象会报错，需加热保温处理，并清理天线。

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声学验潮仪

原理：通过固定在水位顶端的声学换能器向下发射声信号，信号遇到声管的校准孔和水面分别产生回波，同时记录发射接收的时间差，进而求得水面高度。

用途：适用于无验潮井场合的潮位观测，为港口调度、导航及港口建设随时提供现场数据，也可用于沿海台站的常规长潮潮位观测及水库、湖泊和内河的水位自动测量。

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雷达式潮位仪

雷达式潮位仪是一款高精度、非接触式的水位测量仪。通过往水面发射高频雷达波，接收水面反射波，测量到水面的距离，测量中不与水面接触、不受浑水、污泥、水生植物等因素的影响。并且安装工作量比较小，只需安装一个悬臂。

用途：河流水位，明渠水位自动监测水库坝前，坝下尾水水位监测调压塔（井）水位监测潮位自动监测系统，城市供水，排污水位。

雷达潮位仪主要用于水情监测采集系统对水位的采集。相对于传统的浮子式和压力式水位计及目前较为流行的超声波式水位计，雷达测量水位技术是目前国内外精度最高，可靠性最好的技术之一。

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雷达式潮位仪

雷达潮位仪计对于水体的波动，可以通过前置CPU高速采集、信号处理、分析计算，达到用软件程序消除水面晃动的干扰，从而保证测量的精度，代替了原有防浪桶机械设备。超声波潮位仪由于自身的物理特征，可靠性不佳。其测量精度受温度，蒸汽，空气流动的影响较大，雷达潮位仪最主要的优点是抗干扰能力强，不受温度，风，蒸汽等影响，安装、使用、维护方便。该水位传感器具有技术成熟、性能稳定、精度高等鲜明的优点，适合对测量精度要求较高的场合测量水位使用。雷达无机械磨损，所以寿命长也更容易维护。特点：1、全天候工作，26G微波反射原理，抗干扰能力强2、水位计可靠精度达5毫米3、无机械磨损、非接触型测量，寿命长，易维护4、测量与水质无关，不受浮冰等漂浮物影响5、不需要防浪井，对水流无影响6、可无人值守连续在线采集7、超低功耗，支持太阳能供电8、成本低，安装维护简单，寿命长

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雷达式潮位仪的工作原理

BRL500型雷达潮位仪采用12V直流供电，最大工作电流30mA,静态工作电流1mA,可采用太阳能板加蓄电池供电。雷达潮位仪从接收到启动命令到输出水位数据的相应时间大约30秒。

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$H:\预报学习\业务学习\遮浪照片\DSC01790.JPG$

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雷达式潮位仪的安装

$H:\预报学习\业务学习2014\学习照片\2014年11月26~28日遮浪海洋站海洋仪器安装\DSC01799.JPG$

$H:\预报学习\业务学习2014\学习照片\2014年11月26~28日遮浪海洋站海洋仪器安装\DSC01865.JPG$

$H:\预报学习\业务学习2014\学习照片\2014年11月26~28日遮浪海洋站海洋仪器安装\DSC01867.JPG$

$H:\预报学习\业务学习2014\学习照片\2014年11月26~28日遮浪海洋站海洋仪器安装\DSC01870.JPG$

$H:\预报学习\业务学习\遮浪照片\psb (3).jpg$

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雷达式潮位仪的安装

$H:\预报学习\业务学习\遮浪照片\DSC01795.JPG$

$H:\预报学习\业务学习\遮浪照片\DSC01877.JPG$

$H:\预报学习\业务学习\遮浪照片\psb (1).jpg$

$H:\预报学习\业务学习\遮浪照片\psb (4).jpg$

$H:\预报学习\业务学习\遮浪照片\psb (2).jpg$

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遮浪海洋站-验潮井

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$H:\预报学习\业务学习\遮浪照片\DSC01766.JPG$

遮浪海洋站-验潮井

$H:\预报学习\业务学习\遮浪照片\DSC01765.JPG$

$H:\预报学习\业务学习\遮浪照片\DSC01768.JPG$

$H:\预报学习\业务学习\遮浪照片\psb (15).jpg$

验潮井

井内水尺

井外水尺=井内水尺+30cm

SCA11-3A型浮子式水位计

$H:\预报学习\业务学习\遮浪照片\DSC01844.JPG$

水位计读数

$H:\预报学习\业务学习\遮浪照片\DSC01878.JPG$

校核水准点

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声学验潮仪的安装

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声学验潮仪的安装

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广州站浮子式验潮仪

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声学验潮仪与浮子式验潮仪结果对比

存在问题：

1.声学验潮仪出现两个半小时的数据空缺

2.浮子验潮仪出现数据异常

3.声学结果与浮子结果存在相位差

浮子验潮仪数据

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声学验潮仪与浮子式验潮仪结果对比

调整相位后的结果对比

声学验潮仪观测效果：

1.消波效果比浮子式验潮仪差，表现为潮位过程曲线毛刺多，不够平滑。

2.浮子验潮仪结果数据高于声学验潮仪结果，且随潮位上升，两者差异逐渐加大，具体原因未明。

3.两种验潮仪结果的绝对误差约为6.3厘米。

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雷达式潮位仪的验证

$H:\预报学习\业务学习\图相减.tif$

上图是遮浪站潮位仪的逐时数据减去雷达式验潮仪的逐时数据，结果表明，除在12月10日存在相对较大的差异外，二者的逐时水位数据差异较小，绝对误差都在0.1m以内。

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遮浪站雷达式验潮仪

$H:\预报学习\业务学习\遮浪照片\DSC01877.JPG$

$H:\预报学习\业务学习\遮浪照片\psb (1).jpg$

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雷达式潮位仪的验证

$E:\图1.tif$

雷达式潮位仪输出的水位资料是每5分钟一个数据，数据质量就目前的结果而言缺测值比较多，为了统一我们取整点的数据即逐时资料，编写matlab程序提取整点的水位数据，逐时数据遇到缺测值就采用插值的方法进行填补，如果是连续缺测，则赋值NaN；遮浪站的数据采用的是逐时的水位数据，时间段采用的是2014.12.05~2015.01.04，分别进行画图如上图。

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雷达式潮位仪的验证

$H:\预报学习\业务学习\图相减.tif$

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雷达式潮位仪的验证

$H:\预报学习\业务学习\综合图.tif$

上图是遮浪海洋站的水位逐时水位数据、雷达式潮位仪的逐时水位数据和二者的差值，结果表明，二者的逐时水位数据差异较小，比较吻合，绝对误差都在0.1m以内，从图中可以看出，验潮站的潮差相对于雷达式的稍微大一些。

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分别对2014.12.05~2015.01.04期间遮浪站验潮站和雷达式逐时水位数据做调和分析，结果如右图的表中，从图中可以看出就4个主要分潮进行比较，验潮站的资料的4个主要分潮的振幅相对比较大，位相超前一点，不过差异很小。

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涯门-雷达式验潮仪的验证

$E:\台山--崖门.tif$

台山海洋站的逐时水位数据在2014.12.05~2015.01.04缺测值较多，因此我们采用的是逐分的水位数据，然后要编写matlab程序从逐分的水位数据中挑选逐时的数据，因为有大量缺测值，要手动从原来逐分的数据里挑选时间相近的数据进行插值填补；雷达式潮位仪输出的水位资料是每5分钟一个数据，数据质量就目前的结果而言缺测值比较多，为了统一我们取整点的数据即逐时资料，编写matlab程序提取整点的水位数据，逐时数据遇到缺测值就采用插值的方法进行填补，如果是连续缺测，则赋值NaN；时间段采用的是2014.12.05~2015.01.04，分别进行画图如上图。

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涯门-雷达式验潮仪的验证

$E:\台山--崖门--2.tif$

上图是台山海洋站的水位逐时水位数据、雷达式潮位仪的逐时水位数据和二者的差值，结果表明，二者的逐时水位数据差异较大，在位相和振幅上差异大，尤其是涯门的雷达式验潮仪的数据异常值较多，与台山海洋站的资料相比，振幅和位相关系还是比较相似的。

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