T/CHES 45-2020《雷达水位计》应用分析

徐海峰 李玉梅 桑梓

摘 要：本文通过对T/CHES 45-2020《雷达水位计》发布实施背景的简介，系统阐述雷达水位计的应用特点、标准主要内容及其创新点、主要技术指标国内外分析对比、国内应用案例剖析等情况，研究分析《雷达水位计》自发布实施以来的应用情况，以期为促进我国具有自主知识产权雷达水位产品推广应用、其技术水平进一步提升、雷达水位计标准向国际标准转化等提供参考。

关键词：团体标准，雷达水位计，应用，分析

DOI编码：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

為贯彻落实习近平总书记“节水优先、空间均衡、系统治理、两手发力”治水思路，按照新《标准化法》《团体标准管理规定》（国标委联〔2019〕1号）和《关于加强水利团体标准管理工作的意见》（水国科〔2020〕16号）等文件精神，遵循开放、透明、公平的团体标准编制原则，增强水位测量技术能力，促进雷达水位计技术发展和水平提升，引导产品设计、技术创新发展、规范产品市场秩序、保障产品质量，增加水利标准的有效供给，满足市场发展和技术创新需求，由中国水利学会组织河海大学、水利部水文仪器及岩土工程仪器质量监督检验测试中心等单位编制了团体标准T/CHES 45-2020《雷达水位计》[1]，自2021年2月1日起实施，同年发布团体标准英文版。

与通用性国家标准GB/T 15966-2017《水文仪器基本参数及通用技术条件》[2]规定的雷达水位产品技术内容相比，团体标准技术内容更全面、技术参数和性能要求更高、专业性更强、对产品技术应用发展引领性更好。

通过标准化科技成果查新，目前国内外尚无雷达水位计国际、国家和行业技术标准。团体标准《雷达水位计》填补了该领域空白。

本文通过对团体标准国内发展情况、主要技术内容及创新性、国内外产品测量误差对比分析、应用实施情况等方面进行阐述，分析团体标准应用实施成效。

2 雷达水位计在涉水行业应用特点和场景

2.1 测量原理

雷达水位计是一种非接触式水位测量仪器[3]，采用发射—反射—接收的工作模式，通过天线发射电磁波至水面，电磁波经水面反射后，由天线接收，电磁波从发射到接收的时间与到水面的距离成正比，通过多次测量和计算，获取水位测量数据（见图1）。

2.2 应用特点

雷达水位计产品的主要特点表现：

（1）投资少、见效快、安装使用方便。

（2）所有测量部件均采用一体化设计，测量时无机械磨损。

（3）不受水体的密度、浓度等物理特性影响，灵活方便，不易被洪水冲毁，使用寿命长，易维护。

（4）抗干扰能力强，不受风、雾影响。

（5）控制条件好时，可无人值守连续在线测量。

（6）测量范围大，精度高，性能稳定。

（7）抗腐蚀能力强，能适应腐蚀性很强的环境。

（8）功耗低，可利用太阳能供电，無需建水位井等。

2.3 应用场景

雷达水位计作为高科技新型水位测量仪器，自从国外引进到国内自主生产以来，在水利、海洋、气象、农林、环保等涉水行业或领域得到广泛应用，主要用于江、河、湖泊、明渠、城市供水、环保污水、农业灌溉、储水池 （罐）等水位监测。

3 标准主要技术内容和创新点

3.1 主要内容

标准共包括14章、3项资料性附录、1项参考文献，主要内容包括：一般规定、工作原理、分类和组成、基本参数、技术要求、数据采集和传输要求、试验方法、检验规则、标志和使用说明书、包装、运输、贮存、安装调试、运行维护、考核与验收。部分关键技术指标与GB/T 15966-2017《水文仪器基本参数及通用技术条件》的对比见表1。

3.2 创新点

标准创新点主要体现以下几个方面：

（1）首项国内外雷达水位计专用技术标准

在标准编写过程中，创造性地开展以标准为主体的科技查新工作，确保标准的技术先进性。经江苏省科技查新咨询中心（国家一级科技查新咨询单位）对雷达水位计的标准进行查新（查新报告编号：201932B2513172），结论为：国内已见有雷达水位计在水情监测系统中应用的报道，国内已见研究雷达水位计在大量程大变率条件下提高分辨力、精度和稳定性的优化算法及芯片设计方法的报道，国外已见利用雷达遥感数据监测中非基伍湖水位的报道，但相关报道中未述及研究雷达水位计标准，使其能反映当前雷达水位计应用技术水平，统一规范雷达水位计市场应用，促进雷达水位计产品的应用和技术推广，并规范雷达水位计量程、盲区、测量误差、重复性、功耗（静态、工作）、防雷、抗干扰等关键技术指标。该标准为雷达水位计产品国内外首个专用技术标准，解决了目前雷达水位计产品市场发展无专用规范性标准可依的问题。

（2）首创产品标准综合性编写方法

该标准在编制时，全面考虑了生产方和使用方的需求，以GB/T 20001.10-2014《标准编写规则—第10部分：产品标准》为主体，增加了《GB/T 20001.5-2017《标准编写规则—第5部分：规范标准》编写规则、GB/T 20001.6-2017《标准编写规则—第6部分：规程标准》的相关编写要求，与传统产品标准相比，变革了传统产品标准技术架框的编写模式，从团体标准的技术创新性、服务市场、补充政府型技术标准供给的角度出发，融入了更多的市场要求因素，较好地满足了产品技术和经济市场发展需求，体现了团体标准融合市场需求的创新特性。

（3）标准技术发展的前瞻性

该标准在起草时，充分考虑了团体标准的市场化特点以及未来应用实施的功能定位，在组建起草单位时，邀请了国内知名相关高等院校、科研院所、生产企业、用户单位、检测机构等单位参与标准制定，整理收集了雷达水位计产品在研制生产、质量监督、行业管理、应用管理等全生命周期各个环节的最新成熟成果，确保标准技术内容的科学性、先进性和实用性，极具自主创新技术的特性，也为未来雷达水位计技术发展作了前瞻性引领。

（4）国际化引导

标准在制定过程中，通过整理分析国内外雷达水位计的相关技术文献资料的基础上，结合我国自主知识产权雷达水位计技术发展现状，为促进雷达水位计技术水平发展和应用推广，让国产化雷达水位计进军国际舞台，同步对标准进行了英文翻译，首次尝试探索我国水文仪器产品技术标准向国际标准转化的路径和模式。

4 国内外产品测量误差对比分析

4.1 标准规定的测量误差

表2是T/CHES 45-2020《雷达水位计》中规定的最大允许误差值。

4.2 分析样本和测试条件

比对样本情况：目前国产水位计产品约占国内市场份额80%，随机抽取了国内15家企业生产的雷达水位计产品。国内进口产品选取约占60%的市场进口份额的知名品牌雷达水位计产品。

测量条件：在10m量程下，每台产品测试点不低于40点。

4.3 测量结果分析

（1）15家国产化雷达水位计产品总计测量604次，测量过程数据示意图见图2（a），测量误差分布图见图2（b），测量误差分布统计示意图见图3。

（2）进口典型雷达水位计测量过程数据示意图见图4（a），图中标准值线段被测量值覆盖；测量误差分布示意图见图4（b）。

（3）结果简述

从国内外典型产品测量误差分析对比情况来看，10m量程下，国产化雷达水位计产品最大允许误差可控制在5mm以下，误差分布柱图显示产品在测量全过程中误差稳定；进品产品基本在5mm以上，测量过程显示误差动态起伏较大。

5 国产雷达水位计应用案例

5.1 案例一

某雷达水位计生产企业，T/CHES 45-2020《雷达水位计》主要起草单位之一，所研制生产产品具备自主知识产权。产品特点：零点回波补偿功能，虚假回波存储功能，回波编辑处理功能，时变增益功能，测角功能、超低功耗、太阳能供电、波束角小、测量精度高、防雷等确保仪表不受泥沙、干枯无水、温度等外界影响，在复杂严苛环境下能稳定测量。产品在灌区信息化、水位测站、河流、山洪预警、污水管网等众多领域进行水位监测。在江苏、浙江、云南、甘肃、新疆等多地多场景中重到使用，见图5。

应用成效：通过产品的实施，及时获取在不同应用场景下水位监测的信息资料，实时了解和掌握用户现场使用产品的需求，形成产品现场使用的技术数据客观分析资料和用户使用需求资料，作为雷达水位计产品技术标准应用数据重要来源之一。在《雷达水位计》团体标准发布后，依据标准对产品质量进行控制并进一步提升产品技术水平，同时在标准中也很好地反映了用户的使用要求，使产品在研制、生产、检测和使用等全生命周期内，得到良性循环、螺旋上升式发展。

5.2 案例二

国内知名某研究院，雷达水位计产品科研生产单位，T/CHES 45-2020《雷达水位计》主要起草单位之一，所研制生产的产品具备自主知识产权，主要在广东、海南、贵州等多个省份进行了规模应用，在山洪灾害项目、水库动态监管项目、水资源监控项目、灌区信息化、城市内涝以及中小河流监测等项目中，进行河道、渠道、水库、水源地、排污口以及城市内涝等水位测量。

应用成效：产品安装简单、维护便洁、测量精度高，大大节约了人力、物力成本，也节约了国土资源空间，对生态环境的影响小，社会、生态环境等综合效益较高。经不完全统计，近二年来，僅该院签立的雷达水位计相关合同额超过200多万元。使用国产化雷达水位计，节省设备投入经费超过1500多万元。《雷达水位计》标准在各类水位监测项目的规划、设计、招投标等工作得到引用推广，成为该院水位测量技术研究，产品研发、使用和检测的重要技术依据。

6 结 语

综上所述，T/CHES 45-2020《雷达水位计》应用实施后，对产品经济和技术市场带来了持续良性发展的变化：

（1）标准的发布实施，规范了雷达水位计产品技术和经济市场秩序，为应用雷达水位计的各方提供了技术标准支撑服务。

（2）我国自主研发并实现规模化生产的雷达水位计，其技术已达到国际先进水平。率先发布的产品技术标准从起点上达到国际领先，率先掌握了技术市场话语权，使雷达水位计技术标准向国际化转变成为可能。

（3）国产化雷达水位计大幅降低了进口产品的经济成本，使产品实现国内规模化推广应用甚至进入国际市场成为可能。

参考文献

[1]雷达水位计：T/CHES 45-2020[S].

[2]水文仪器基本参数及通用技术条件：GB/T 15966-2017[S].

[3]王军成.气象水文海洋观测技术与仪器发展报告2016[M].北京：海洋出版社，2017.

作者简介

徐海峰，高级工程师，标准计量室副主任，主要从事标准化研究工作。

李玉梅，通信作者，工程师，科员，主要从事标准化研究工作。

（责任编辑：张瑞洋）