水務(wù)水利工程中，為了實時獲取水位、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)測設(shè)備。所謂非接觸式，即傳感器無需直接浸入水體或接觸被測介質(zhì)，而是通過物理信號（如聲波、微波、光波等）進行遙測。這類設(shè)備具有安裝維護方便、安全性高（無需斷流或取樣）、適應(yīng)惡劣環(huán)境等優(yōu)點。本文基安云智慧水務(wù)公司按照不同監(jiān)測類型分章節(jié)介紹水位、流量、水質(zhì)、雨量等非接觸式監(jiān)測設(shè)備的原理、應(yīng)用場景及主流實例，供工程技術(shù)人員參考。

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

（1）雷達式水位計

       利用微波雷達測距原理非接觸測量水位。雷達天線朝向水面發(fā)射電磁波脈沖，測量其往返水面的時間或頻率變化來計算距離，從而得到水位值。雷達微波在空氣中傳播速度恒定且不依賴介質(zhì)，因此雷達法不受空氣溫度、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。雷達水位計一般采用高頻微波（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、水閘上方或水庫大壩頂端，遠離洪水沖擊。典型應(yīng)用包括河道水位站、水庫水位自動監(jiān)測等，尤其適用于水面寬、流速快且不易布設(shè)接觸式傳感器的場合（如洪水期的江河）。

（2）超聲波水位計

       利用高頻聲波的飛行時間來測量水位距離。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，計算往返時間即可得水位高度。超聲波液位計結(jié)構(gòu)簡單、成本較低，在泵站水池、水處理沉淀池等場景大量應(yīng)用。不過，空氣中聲速會隨溫度、濕度變化而改變，需對量程進行溫度補償修正。同時，現(xiàn)場環(huán)境對超聲測量影響較大：水面的湍流、波浪或浮沫會散射吸收聲波，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度。為提高可靠性，工程上常加裝導(dǎo)波管（靜水井）來平穩(wěn)水面回波，或選用智能信號處理的超聲波儀表過濾雜波影響。盡管有上述局限，超聲波水位計由于價格低、無機械部件、維護方便，仍是應(yīng)用最為廣泛的非接觸式水位監(jiān)測儀表之一。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選擇。

（3）激光式水位計

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

（4）視頻圖像水位監(jiān)測

       近年來興起的一種新技術(shù)，通過岸邊安裝的攝像機采集河道或水庫的水尺刻度、堰槽出流等圖像，利用計算機視覺算法識別水位。比如，對準(zhǔn)量水尺拍攝的圖像可以通過模式識別讀出刻度淹沒高度，從而得到水位值；或者通過分析水面在堰板上的浸潤高度來推算上游水位。視頻水位監(jiān)測實現(xiàn)了真正的遠程非接觸測量，適合無法安裝傳感器或需要利用現(xiàn)有監(jiān)控攝像頭的情況。目前一些“智慧水務(wù)”系統(tǒng)中已有試點應(yīng)用，將城市河道的監(jiān)控攝像頭圖像用于水位自動采集。這種方法受限于光照、攝像機角度等因素，但隨著人工智能圖像識別的提高，有望成為傳統(tǒng)水位計的有益補充。

       非接觸式水位監(jiān)測設(shè)備幾乎覆蓋了所有水利場景。在江河、湖泊等自然水體中，雷達水位計因其量程大、抗風(fēng)浪能力強，非常適合長期無人值守的水文站和防洪預(yù)警站使用。在水庫大壩和水電站中，雷達或激光水位計可高精度監(jiān)測庫水位、閘門上下游水位，以指導(dǎo)調(diào)度運行。在城市給排水系統(tǒng)中，超聲波水位計安裝于下水道檢查井或泵站集水井頂部，用于監(jiān)測管網(wǎng)水位和防澇預(yù)警。在工業(yè)過程如水處理廠的沉淀池、清水池，常見超聲波或雷達液位計實現(xiàn)液位自動控制。

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