ADCP流量測驗輔助程序設計

余軍強 鄭宣東 周思宇 徐靈靈

摘要：為縮短ADCP（聲學多普勒流速剖面儀）測驗前期準備時間，減少參數輸入差錯，達到多測站流量快速巡測、精準測驗目的，采用Visual Studio.NET設計了ADCP流量測驗輔助程序。該程序內置GNSS導航模塊，能夠指示大斷面起點距和偏距，實現一步操作完成ADCP測驗和GNSS導航工作。結果表明：ADCP流量測驗輔助程序既保障了水文測驗成果精度，也提高了水文測驗工作效率，同時深化了水文流量測驗新技術的探索與發展。該程序經過1a來的多次測驗使用，效果良好。

關鍵詞： ADCP;流量測驗;Visual Studio.NET

中圖法分類號：P332.4 文獻標志碼：A DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2021.05.012

文章編號：1006 - 0081（2021）05 - 0049 - 05

1 程序概況

ADCP測驗技術已廣泛應用于江河湖海水文測驗，流量測驗軟件WinRiver II在使用中需錄入各種參數和命令，易于出錯，每次測驗基礎工作重復，輸入繁雜[1-2]。鑒于此，采用Visual Studio.NET設計了ADCP流量測驗輔助程序，并使測驗軟件WinRiver II操作過程簡便化、程序化、系統化，以達到測驗前期工作簡便且一步到位的效果。同時，為了確保WinRiver II航線航跡準確，編寫了GNSS導航偏離指示條，可不再運行其他軟件，指示測驗斷面起點距和偏距，實現一步操作完成ADCP測驗和GNSS導航工作。

2 程序模塊

采用Visual Studio.NET中高級程序語言Visual Basic.NET設計《ADCP流量測驗輔助程序》，使用SQLite本地數據庫進行水文系統單位分級管理、測驗基礎參數和ADCP測驗控制的信息一體化[3-7]，簡化ADCP測驗操作流程。結合GNSS導航定位模塊，根據SQLite數據庫的測站參數，計算北京85和CGCS2000平面坐標[1-2]，以解決ADCP測驗航線航跡信息反饋過程，為水文巡測船引導航行，從而提高測驗精度。同時程序界面友好，結構簡單直觀，測驗流程智能化，以便快速測驗、規范操作。ADCP測驗輔助程序主要模塊包括以下5點。

（1）StartForm啟動窗體，引入系統狀態條快捷操作方式。

（2）AdcpForm測驗設置窗體，通過數據庫規劃多站點ADCP測驗基礎參數[1-5]。

（3）DeviateForm導航偏離窗體，通過GNSS的GGA定位數據實施導航偏離、斷面起點距指示等。

（4）StationConfigForm測站配置窗體，設置或修改測站測驗參數。

（5）MainModule主模塊，常用函數和模塊。

3 程序設置、導航及測站配置

3.1 設置與使用

ADCP流量測驗輔助程序運行后，駐留在操作系統任務欄（圖1）

（1）測站設置。首次運行程序，要進行測站相應參數配置，以便測驗時獲得測站的完整正確參數。

（2）常規設置。選擇測站、測次、開始水位、風力風向、天氣情況、斷面最大水深、ADCP用戶命令等（測次首次輸入正確后，下次自動產生正確測次）。設置完成后，即可點擊[開始測量]，形成測驗使用的MMT測驗工程文件，并自動運行WinRiver II程序打開本次形成的測驗工程文件，從而進行測試或測驗。

（3）外圍設備設置?？勺孕卸x修改WinRiver II外圍串口設備GNSS和羅經，以及本程序導航端口設置?？稍O置本程序啟動時，窗體是否自動打開的默認方式，是否進行語言播報偏航距，以及偏航條窗體透明度等。

若要實現多個巡測站進行測驗，只要點擊任務欄ADCP流量測驗輔助程序圖標，在ADCP測驗配置更改測站和相關配置，修改自定義ADCP用戶命令，以適應測站斷面，點擊“開始測驗”按鈕即可，同時測次、用戶命令自動保存在相應測站數據庫中，以待下次該站進行流量測驗。設置界面如圖2～3所示。

3.2 ADCP測驗斷面線同步導航

在ADCP流量測驗輔助程序測驗設置中，選擇測站后，自動調用相關參數。根據三參數進行坐標轉換，將GNSS坐標轉換為北京54坐標系（支持選擇CGCS2000坐標系統）。此外，計算測船GNSS位置相對斷面線的偏移距、相對斷面線中起的投影起點距（在斷面線上就是起點距）。ADCP測驗輔助程序具備語音播報航跡偏距功能，偏距超過3 m進行偏距語音播報，具備顯示測船位置的上下游關系。

3.2.1 導航航跡偏離

導航界面設計置頂，通過合理設置透明度，不會遮擋WinRiver II程序。導航航跡偏離界面如圖4～5所示。

3.2.2 定位精度對比分析

在南咀站相同位置進行GNSS定點定位測試，對比ADCP流量測驗輔助程序導航航跡偏距與商業軟件HYPACK航跡偏距數據，通過數據比較分析，定位偏距精度可靠。程序導航偏航距定位數據與HYPACK航跡偏距數據對比見圖6～7。

3.3 測站配置

任務欄程序右鍵菜單，點擊測站配置，進入測站配置窗口，鼠標右鍵支持單元格和行的復制、粘貼、刪除、排序和保存，即可添加、修改、刪除測站、測船和設備使用、測員參數（圖8～10）。

4 WinRiver II程序流量測驗簡介

對于ADCP流量測驗輔助程序，點擊“開始測驗”后，自動創建MMT測驗工程文件，啟動WinRiver II程序，并自動打開ADCP測驗輔助程序形成的測驗文件。在WinRiver II已經設置好外圍設備的前提下，即可進行設置ADCP時鐘與開始ADCP測試。按快捷鍵F3進行現場配置檢查，快捷鍵F4開始ADCP發射，快捷鍵F5進行ADCP測驗。

對于非美國德立達儀器（TRDI）公司瑞江600 kHz的儀器，亦可使用ADCP流量測驗輔助程序形成MMT測驗工程文件，點擊“開始測驗”后，啟動WinRiver II程序，自動打開ADCP測驗輔助程序形成的測驗文件。點WinRiver II采集菜單，點擊配置向導，在向導中選擇使用設備，按快捷鍵F3檢查修改測前必要參數，確定參數后，馬上可以進行ADCP測試，并進行測驗。按快捷鍵F3進行現場配置檢查和ADCP測試，見圖11。

5 測站數據庫配置文件Config.db結構

ADCP測驗輔助程序由主程序ADCP測驗輔助.exe、測站數據庫配置文件Config.db、漢字轉首字母庫HzToPy.FLI、ADCP測驗輔助程序配置文件Config.xml與Sqlite數據庫控件System.Data.SQLite.dll等組成。

測站數據庫若要配置文件，ADCP測驗輔助程序可以進行配置管理，也可使用Sqlite管理軟件進行修改編輯（如Database.net），但不要改變數據庫結構。

（1）StationInfo表。測站信息設置測站地點、起始點坐標、投影角、起始岸邊（測站中起標識，右岸為1，左岸為0），測次在程序界面直接輸入。必須設置測站三參數、中斷面起止點坐標、起始岸邊，才能用于導航偏距，才能自動顯示測站上下游關系，語音播報測船位于測驗斷面的上下游位置。設置測站斷面河床最深處高程，可以自動生成WinRiver II程序所需要的最大水深。

使用Database.net數據庫管理程序打開的測站信息表結構，如圖12～13所示，為WinRiver提供測驗單位、測站基礎信息，并為ADCP測驗輔助程序GNSS導航偏離指示條模塊提供定位參數。

（2）Surveyor表。使用Database.net數據庫管理程序打開的測驗單位測員表結構，如圖14（a）所示，為WinRiver提供測驗單位、測員信息。

（3）ShipEquipment表。使用Database.net數據庫管理程序打開的測船設備表結構，為WinRiver提供測船、ADCP吃水信息、使用設備信息等，如圖14（b）所示。

（4）History表。使用Database.net數據庫管理程序打開的測驗歷史信息表結構（圖15）。使用ADCP測驗輔助程序后，下次測驗默認打開歷史測驗測站信息，簡化測驗輸入過程。

6 結 語

ADCP流量測驗輔助程序界面友好，簡化了參數輸入過程，減少了輸入參數的差錯，易于流量測驗操作，將其應用于瑞江600 kHz ADCP、瑞智設備進行測驗穩定可靠。結合生產工作實際，在ADCP流量測驗輔助程序中，內置了航跡偏離模塊，測站斷面線導航偏距準確可靠，定位精度高。該模塊窗口保持在最前面，并可設置透明度，不影響WinRiver II或其他軟件的顯示和操作，比商業軟件HYPACK占用內存小，一體化操作便捷。

ADCP測驗輔助程序的設計實現了測驗操作過程智能化、配置設置自由，簡化了測驗流程，易于操作。將該程序應用于日常水文流量測驗、大斷面測驗，有助于提高生產效率，特別是多站點應急測驗或者高洪測驗中，為水文測驗快速反應爭取了時間，降低了差錯，提高了效率。

參考文獻：

[1] 何海波. 高精度GNSS動態測量及質量控制[D]. 鄭州：中國人民解放軍信息工程大學，2002：179-182.

[2] 陳建湘，梅軍亞.? ADCP數據中GPS坐標轉換方法的探討[J]. 水利水電快報，2006，27（17）：20-21，27.

[3] 王俊，劉東，陳松生. 河流流量測驗誤差的理論與實踐[M]. 武漢：長江出版社，2018：310-315.

[4] 田淳，劉少華. 聲學多普勒測流原理及其應用[M]. 鄭州：黃河水利出版社，2008：225-234.

[5] 林祚頂，朱春龍，余達征，等. 水文現代化與水文新技術[M]. 北京：中國水利水電出版社，2003：114-115.

[6] 黃河寧. ADCP河流測量原理和方法[R]. 圣地亞哥：美國亞迪儀器公司，2002：10-11.

[7] 曹貫中，蔣建英，陳望琴，等. 走航式聲學多普勒流速儀流量測驗過程控制方法[J]. 水文，2011（增1）：3-7.

（編輯：唐湘茜）

Abstract： In order to shorten preparation time for the ADCP measuring， reduce parameter input errors， and achieve the purpose of rapid and accurate tour flow measurement of multiple stations， a ADCP flow measuring auxiliary program was designed with Visual Studio.NET. The program has a built-in GNSS navigation module to indicate the starting position and offset of measurement cross-section. The program completes ADCP measurement and GNSS navigation in one times， which can not only guarantee the accuracy of hydrological measurement results， but also can improve the efficiency of hydrological measurement work， and improve the new technology of hydrological flow measuring. A lot of measurement in the past year showed that the effect was good.

Key words： ADCP;? discharge measurement; Visual Studio.NET