水務(wù)水利工程中，為了實(shí)時(shí)獲取水位、流量、水質(zhì)、雨量等關(guān)鍵參數(shù)，廣泛應(yīng)用了各類非接觸式監(jiān)測(cè)設(shè)備。所謂非接觸式，即傳感器無(wú)需直接浸入水體或接觸被測(cè)介質(zhì)，而是通過(guò)物理信號(hào)（如聲波、微波、光波等）進(jìn)行遙測(cè)。這類設(shè)備具有安裝維護(hù)方便、安全性高（無(wú)需斷流或取樣）、適應(yīng)惡劣環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)。本文基安云智慧水務(wù)公司按照不同監(jiān)測(cè)類型分章節(jié)介紹水位、流量、水質(zhì)、雨量等非接觸式監(jiān)測(cè)設(shè)備的原理、應(yīng)用場(chǎng)景及主流實(shí)例，供工程技術(shù)人員參考。

水位是水利監(jiān)測(cè)的基本參數(shù)，非接觸式水位計(jì)則包括雷達(dá)式、超聲波式、激光式等類型：

（1）雷達(dá)式水位計(jì)

       利用微波雷達(dá)測(cè)距原理非接觸測(cè)量水位。雷達(dá)天線朝向水面發(fā)射電磁波脈沖，測(cè)量其往返水面的時(shí)間或頻率變化來(lái)計(jì)算距離，從而得到水位值。雷達(dá)微波在空氣中傳播速度恒定且不依賴介質(zhì)，因此雷達(dá)法不受空氣溫度、壓力影響，在真空、高溫等環(huán)境也可工作。此外，雷達(dá)波可穿透蒸汽、塵埃等介質(zhì)表層干擾，而這些往往是超聲波設(shè)備的弱點(diǎn)。雷達(dá)水位計(jì)一般采用高頻微波（常用24GHz或60GHz頻段），頻率越高波束越窄、精度越高。其天線可安裝在橋梁、水閘上方或水庫(kù)大壩頂端，遠(yuǎn)離洪水沖擊。典型應(yīng)用包括河道水位站、水庫(kù)水位自動(dòng)監(jiān)測(cè)等，尤其適用于水面寬、流速快且不易布設(shè)接觸式傳感器的場(chǎng)合（如洪水期的江河）。

（2）超聲波水位計(jì)

       利用高頻聲波的飛行時(shí)間來(lái)測(cè)量水位距離。超聲波傳感器安裝在水面上方，發(fā)出20～200 kHz的聲脈沖，聲波遇到水面反射回傳感器，計(jì)算往返時(shí)間即可得水位高度。超聲波液位計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本較低，在泵站水池、水處理沉淀池等場(chǎng)景大量應(yīng)用。不過(guò)，空氣中聲速會(huì)隨溫度、濕度變化而改變，需對(duì)量程進(jìn)行溫度補(bǔ)償修正。同時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境對(duì)超聲測(cè)量影響較大：水面的湍流、波浪或浮沫會(huì)散射吸收聲波，導(dǎo)致回波減弱或失真；蒸汽、濃霧以及化學(xué)氣體也可能削弱聲波強(qiáng)度。為提高可靠性，工程上常加裝導(dǎo)波管（靜水井）來(lái)平穩(wěn)水面回波，或選用智能信號(hào)處理的超聲波儀表過(guò)濾雜波影響。盡管有上述局限，超聲波水位計(jì)由于價(jià)格低、無(wú)機(jī)械部件、維護(hù)方便，仍是應(yīng)用最為廣泛的非接觸式水位監(jiān)測(cè)儀表之一。在城市排水渠液位監(jiān)控、污水處理廠池位、給水調(diào)節(jié)池液位等領(lǐng)域，超聲波傳感器都是常見(jiàn)選擇。

（3）激光式水位計(jì)

       采用激光測(cè)距原理的非接觸水位計(jì)。典型地，儀器向水面發(fā)射一束激光，接收反射光并測(cè)量飛行時(shí)間，從而精確計(jì)算距離。由于激光具有方向性強(qiáng)、光束發(fā)散小的特點(diǎn)，在煙霧、蒸汽環(huán)境下仍能較好地穿透且受到干擾小。激光水位計(jì)測(cè)距精度高、響應(yīng)快，可用于要求高精度測(cè)量的場(chǎng)所，例如實(shí)驗(yàn)渠道、水力學(xué)模型等。同時(shí)激光傳感器也適合在礦井、水洞等有霧氣的封閉空間監(jiān)測(cè)液位。然而，激光光學(xué)設(shè)備價(jià)格相對(duì)昂貴，其光學(xué)窗口需要定期清潔以保證測(cè)量準(zhǔn)確。在戶外長(zhǎng)期使用時(shí)，灰塵和水汽容易在透鏡上積聚，因此激光水位計(jì)的維護(hù)要求較高。目前激光式液位計(jì)主要用于工業(yè)過(guò)程和特殊場(chǎng)景，在大多數(shù)水利工程中應(yīng)用相對(duì)較少，但隨著成本下降和技術(shù)進(jìn)步，也開(kāi)始出現(xiàn)在一些高端監(jiān)測(cè)站中作為補(bǔ)充。

（4）視頻圖像水位監(jiān)測(cè)

       近年來(lái)興起的一種新技術(shù)，通過(guò)岸邊安裝的攝像機(jī)采集河道或水庫(kù)的水尺刻度、堰槽出流等圖像，利用計(jì)算機(jī)視覺(jué)算法識(shí)別水位。比如，對(duì)準(zhǔn)量水尺拍攝的圖像可以通過(guò)模式識(shí)別讀出刻度淹沒(méi)高度，從而得到水位值；或者通過(guò)分析水面在堰板上的浸潤(rùn)高度來(lái)推算上游水位。視頻水位監(jiān)測(cè)實(shí)現(xiàn)了真正的遠(yuǎn)程非接觸測(cè)量，適合無(wú)法安裝傳感器或需要利用現(xiàn)有監(jiān)控?cái)z像頭的情況。目前一些“智慧水務(wù)”系統(tǒng)中已有試點(diǎn)應(yīng)用，將城市河道的監(jiān)控?cái)z像頭圖像用于水位自動(dòng)采集。這種方法受限于光照、攝像機(jī)角度等因素，但隨著人工智能圖像識(shí)別的提高，有望成為傳統(tǒng)水位計(jì)的有益補(bǔ)充。

       非接觸式水位監(jiān)測(cè)設(shè)備幾乎覆蓋了所有水利場(chǎng)景。在江河、湖泊等自然水體中，雷達(dá)水位計(jì)因其量程大、抗風(fēng)浪能力強(qiáng)，非常適合長(zhǎng)期無(wú)人值守的水文站和防洪預(yù)警站使用。在水庫(kù)大壩和水電站中，雷達(dá)或激光水位計(jì)可高精度監(jiān)測(cè)庫(kù)水位、閘門上下游水位，以指導(dǎo)調(diào)度運(yùn)行。在城市給排水系統(tǒng)中，超聲波水位計(jì)安裝于下水道檢查井或泵站集水井頂部，用于監(jiān)測(cè)管網(wǎng)水位和防澇預(yù)警。在工業(yè)過(guò)程如水處理廠的沉淀池、清水池，常見(jiàn)超聲波或雷達(dá)液位計(jì)實(shí)現(xiàn)液位自動(dòng)控制。

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