T/CHES 45-2020《雷達水位計》應用分析

徐海峰 李玉梅 桑梓

摘 要：本文通過對T/CHES 45-2020《雷達水位計》發布實施背景的簡介，系統闡述雷達水位計的應用特點、標準主要內容及其創新點、主要技術指標國內外分析對比、國內應用案例剖析等情況，研究分析《雷達水位計》自發布實施以來的應用情況，以期為促進我國具有自主知識產權雷達水位產品推廣應用、其技術水平進一步提升、雷達水位計標準向國際標準轉化等提供參考。

關鍵詞：團體標準，雷達水位計，應用，分析

DOI編碼：10.3969/j.issn.1002-5944.2023.01.032

Application Analysis of T/CHES 45-2020，Radar Stage Recorder

XU Hai-feng1，2 LI Yu-mei1，2 SANG Zi3

（1. Nanjing Automation Institute of Water Conservancy and Hydrology， the Ministry of Water Resources； 2. Hydrological Instruments & Geotechnical Instrumentation for Quality Supervision and Testing Center， the Ministry of Water Resources； 3. Nanjing Branch， Shenzhen Huihe Development Co.， Ltd.）

Abstract： This paper introduces the background of publication and implementation of the association standard， T/CHES 45-2020， Radar stage recorder， and studies its application since the publication and implementation. It also systematically describes the application characteristics， main contents and innovations of the standard， compares main technical indexes with relevant standards at home and abroad， and makes an analysis of domestic application cases， in order to promote the popularization and application of radar stage recorder products with independent intellectual property rights in China. It can provide reference for further improvement of technical level and upgrade radar stage recorder standard into international standard.

Keywords： association standards， radar stage recorder， application， analysis

1 引 言

為貫徹落實習近平總書記“節水優先、空間均衡、系統治理、兩手發力”治水思路，按照新《標準化法》《團體標準管理規定》（國標委聯〔2019〕1號）和《關于加強水利團體標準管理工作的意見》（水國科〔2020〕16號）等文件精神，遵循開放、透明、公平的團體標準編制原則，增強水位測量技術能力，促進雷達水位計技術發展和水平提升，引導產品設計、技術創新發展、規范產品市場秩序、保障產品質量，增加水利標準的有效供給，滿足市場發展和技術創新需求，由中國水利學會組織河海大學、水利部水文儀器及巖土工程儀器質量監督檢驗測試中心等單位編制了團體標準T/CHES 45-2020《雷達水位計》[1]，自2021年2月1日起實施，同年發布團體標準英文版。

與通用性國家標準GB/T 15966-2017《水文儀器基本參數及通用技術條件》[2]規定的雷達水位產品技術內容相比，團體標準技術內容更全面、技術參數和性能要求更高、專業性更強、對產品技術應用發展引領性更好。

通過標準化科技成果查新，目前國內外尚無雷達水位計國際、國家和行業技術標準。團體標準《雷達水位計》填補了該領域空白。

本文通過對團體標準國內發展情況、主要技術內容及創新性、國內外產品測量誤差對比分析、應用實施情況等方面進行闡述，分析團體標準應用實施成效。

2 雷達水位計在涉水行業應用特點和場景

2.1 測量原理

雷達水位計是一種非接觸式水位測量儀器[3]，采用發射—反射—接收的工作模式，通過天線發射電磁波至水面，電磁波經水面反射后，由天線接收，電磁波從發射到接收的時間與到水面的距離成正比，通過多次測量和計算，獲取水位測量數據（見圖1）。

2.2 應用特點

雷達水位計產品的主要特點表現：

（1）投資少、見效快、安裝使用方便。

（2）所有測量部件均采用一體化設計，測量時無機械磨損。

（3）不受水體的密度、濃度等物理特性影響，靈活方便，不易被洪水沖毀，使用壽命長，易維護。

（4）抗干擾能力強，不受風、霧影響。

（5）控制條件好時，可無人值守連續在線測量。

（6）測量范圍大，精度高，性能穩定。

（7）抗腐蝕能力強，能適應腐蝕性很強的環境。

（8）功耗低，可利用太陽能供電，無需建水位井等。

2.3 應用場景

雷達水位計作為高科技新型水位測量儀器，自從國外引進到國內自主生產以來，在水利、海洋、氣象、農林、環保等涉水行業或領域得到廣泛應用，主要用于江、河、湖泊、明渠、城市供水、環保污水、農業灌溉、儲水池 （罐）等水位監測。

3 標準主要技術內容和創新點

3.1 主要內容

標準共包括14章、3項資料性附錄、1項參考文獻，主要內容包括：一般規定、工作原理、分類和組成、基本參數、技術要求、數據采集和傳輸要求、試驗方法、檢驗規則、標志和使用說明書、包裝、運輸、貯存、安裝調試、運行維護、考核與驗收。部分關鍵技術指標與GB/T 15966-2017《水文儀器基本參數及通用技術條件》的對比見表1。

3.2 創新點

標準創新點主要體現以下幾個方面：

（1）首項國內外雷達水位計專用技術標準

在標準編寫過程中，創造性地開展以標準為主體的科技查新工作，確保標準的技術先進性。經江蘇省科技查新咨詢中心（國家一級科技查新咨詢單位）對雷達水位計的標準進行查新（查新報告編號：201932B2513172），結論為：國內已見有雷達水位計在水情監測系統中應用的報道，國內已見研究雷達水位計在大量程大變率條件下提高分辨力、精度和穩定性的優化算法及芯片設計方法的報道，國外已見利用雷達遙感數據監測中非基伍湖水位的報道，但相關報道中未述及研究雷達水位計標準，使其能反映當前雷達水位計應用技術水平，統一規范雷達水位計市場應用，促進雷達水位計產品的應用和技術推廣，并規范雷達水位計量程、盲區、測量誤差、重復性、功耗（靜態、工作）、防雷、抗干擾等關鍵技術指標。該標準為雷達水位計產品國內外首個專用技術標準，解決了目前雷達水位計產品市場發展無專用規范性標準可依的問題。

（2）首創產品標準綜合性編寫方法

該標準在編制時，全面考慮了生產方和使用方的需求，以GB/T 20001.10-2014《標準編寫規則—第10部分：產品標準》為主體，增加了《GB/T 20001.5-2017《標準編寫規則—第5部分：規范標準》編寫規則、GB/T 20001.6-2017《標準編寫規則—第6部分：規程標準》的相關編寫要求，與傳統產品標準相比，變革了傳統產品標準技術架框的編寫模式，從團體標準的技術創新性、服務市場、補充政府型技術標準供給的角度出發，融入了更多的市場要求因素，較好地滿足了產品技術和經濟市場發展需求，體現了團體標準融合市場需求的創新特性。

（3）標準技術發展的前瞻性

該標準在起草時，充分考慮了團體標準的市場化特點以及未來應用實施的功能定位，在組建起草單位時，邀請了國內知名相關高等院校、科研院所、生產企業、用戶單位、檢測機構等單位參與標準制定，整理收集了雷達水位計產品在研制生產、質量監督、行業管理、應用管理等全生命周期各個環節的最新成熟成果，確保標準技術內容的科學性、先進性和實用性，極具自主創新技術的特性，也為未來雷達水位計技術發展作了前瞻性引領。

（4）國際化引導

標準在制定過程中，通過整理分析國內外雷達水位計的相關技術文獻資料的基礎上，結合我國自主知識產權雷達水位計技術發展現狀，為促進雷達水位計技術水平發展和應用推廣，讓國產化雷達水位計進軍國際舞臺，同步對標準進行了英文翻譯，首次嘗試探索我國水文儀器產品技術標準向國際標準轉化的路徑和模式。

4 國內外產品測量誤差對比分析

4.1 標準規定的測量誤差

表2是T/CHES 45-2020《雷達水位計》中規定的最大允許誤差值。

4.2 分析樣本和測試條件

比對樣本情況：目前國產水位計產品約占國內市場份額80%，隨機抽取了國內15家企業生產的雷達水位計產品。國內進口產品選取約占60%的市場進口份額的知名品牌雷達水位計產品。

測量條件：在10m量程下，每臺產品測試點不低于40點。

4.3 測量結果分析

（1）15家國產化雷達水位計產品總計測量604次，測量過程數據示意圖見圖2（a），測量誤差分布圖見圖2（b），測量誤差分布統計示意圖見圖3。

（2）進口典型雷達水位計測量過程數據示意圖見圖4（a），圖中標準值線段被測量值覆蓋；測量誤差分布示意圖見圖4（b）。

（3）結果簡述

從國內外典型產品測量誤差分析對比情況來看，10m量程下，國產化雷達水位計產品最大允許誤差可控制在5mm以下，誤差分布柱圖顯示產品在測量全過程中誤差穩定；進品產品基本在5mm以上，測量過程顯示誤差動態起伏較大。

5 國產雷達水位計應用案例

5.1 案例一

某雷達水位計生產企業，T/CHES 45-2020《雷達水位計》主要起草單位之一，所研制生產產品具備自主知識產權。產品特點：零點回波補償功能，虛假回波存儲功能，回波編輯處理功能，時變增益功能，測角功能、超低功耗、太陽能供電、波束角小、測量精度高、防雷等確保儀表不受泥沙、干枯無水、溫度等外界影響，在復雜嚴苛環境下能穩定測量。產品在灌區信息化、水位測站、河流、山洪預警、污水管網等眾多領域進行水位監測。在江蘇、浙江、云南、甘肅、新疆等多地多場景中重到使用，見圖5。

應用成效：通過產品的實施，及時獲取在不同應用場景下水位監測的信息資料，實時了解和掌握用戶現場使用產品的需求，形成產品現場使用的技術數據客觀分析資料和用戶使用需求資料，作為雷達水位計產品技術標準應用數據重要來源之一。在《雷達水位計》團體標準發布后，依據標準對產品質量進行控制并進一步提升產品技術水平，同時在標準中也很好地反映了用戶的使用要求，使產品在研制、生產、檢測和使用等全生命周期內，得到良性循環、螺旋上升式發展。

5.2 案例二

國內知名某研究院，雷達水位計產品科研生產單位，T/CHES 45-2020《雷達水位計》主要起草單位之一，所研制生產的產品具備自主知識產權，主要在廣東、海南、貴州等多個省份進行了規模應用，在山洪災害項目、水庫動態監管項目、水資源監控項目、灌區信息化、城市內澇以及中小河流監測等項目中，進行河道、渠道、水庫、水源地、排污口以及城市內澇等水位測量。

應用成效：產品安裝簡單、維護便潔、測量精度高，大大節約了人力、物力成本，也節約了國土資源空間，對生態環境的影響小，社會、生態環境等綜合效益較高。經不完全統計，近二年來，僅該院簽立的雷達水位計相關合同額超過200多萬元。使用國產化雷達水位計，節省設備投入經費超過1500多萬元。《雷達水位計》標準在各類水位監測項目的規劃、設計、招投標等工作得到引用推廣，成為該院水位測量技術研究，產品研發、使用和檢測的重要技術依據。

6 結 語

綜上所述，T/CHES 45-2020《雷達水位計》應用實施后，對產品經濟和技術市場帶來了持續良性發展的變化：

（1）標準的發布實施，規范了雷達水位計產品技術和經濟市場秩序，為應用雷達水位計的各方提供了技術標準支撐服務。

（2）我國自主研發并實現規模化生產的雷達水位計，其技術已達到國際先進水平。率先發布的產品技術標準從起點上達到國際領先，率先掌握了技術市場話語權，使雷達水位計技術標準向國際化轉變成為可能。

（3）國產化雷達水位計大幅降低了進口產品的經濟成本，使產品實現國內規模化推廣應用甚至進入國際市場成為可能。

參考文獻

[1]雷達水位計：T/CHES 45-2020[S].

[2]水文儀器基本參數及通用技術條件：GB/T 15966-2017[S].

[3]王軍成.氣象水文海洋觀測技術與儀器發展報告2016[M].北京：海洋出版社，2017.

作者簡介

徐海峰，高級工程師，標準計量室副主任，主要從事標準化研究工作。

李玉梅，通信作者，工程師，科員，主要從事標準化研究工作。

（責任編輯：張瑞洋）