非接触式雷达流量计产品说明书

一、产品概述

S-CGRDF01非接触式雷达流量计是一种面向河流、灌溉渠道、闸口、城市排水通道、山洪沟及生态水文断面的在线流量监测设备。系统采用24GHz毫米波流速雷达与80GHz水位雷达组合测量技术，在不与水体直接接触的条件下同步获取水面流速和实时水位，并结合渠道或河道断面参数、表面流速系数及水力计算模型，计算断面平均流速、瞬时流量和累计水量。

与浸没式流速传感器不同，非接触式雷达流量计安装于水面上方，不需要将流速探头长期浸入水中，可减少泥沙、污水、漂浮物、水草、生物附着及沉积物对传感器造成的直接影响，适合野外河道、水利渠道、市政排水及不便进入水体维护的监测场景。

设备采用平面微带阵列天线设计，其中24GHz雷达负责测量水面流速，80GHz雷达负责测量传感器至水面的距离。系统根据安装高程计算实际水位，并根据预先建立的梯形、圆形、U形或自定义断面模型计算实时过水面积。

雷达直接测量的是代表区域的水体表面流速，而不是整个断面的平均流速，因此工程应用中需要通过现场流量比测建立表面流速与断面平均流速之间的转换关系。通过“雷达流速＋雷达水位＋断面模型＋流速系数”的综合色计算，实现连续在线流量监测。

二、应用背景与行业痛点

河流、渠道和城市排水通道的流量并不是一个能够通过单一传感器直接获得的物理量。实际流量由断面流速分布和实时过水面积共同决定，其计算结果受到水位、断面形状、边界摩阻、河床糙率、淤积、冲刷、回水和流态变化等多种因素影响。

传统人工流速仪能够开展断面流量测验，但需要人员到达现场进行布点、测速、测深和计算，难以形成分钟级、小时级连续流量过程。

接触式多普勒流速仪、超声波流速仪等设备需要长期与水体接触，在高泥沙、高污染、水草和漂浮物较多的环境中可能出现挂污、覆盖和维护困难。

部分山区河流、泄洪通道和城市排水渠在高水位期间具有较高流速，人员接近水体存在安全风险，也不适合频繁进入水中维护传感器。

非接触式雷达测流将主要测量部件布置在最高水位以上，通过电磁波完成流速和水位测量，可以降低设备与水体直接接触带来的维护压力。

但雷达测流也存在明确的工程边界：雷达获取的是局部水面速度，不能简单将表面流速直接乘以整个断面面积作为最终流量；平静水面反射纹理不足、复杂回流、断面剧烈变化以及不合理安装角度都会影响测量结果。因此，可靠的雷达流量监测必须同时解决测流断面选择、安装几何、断面建模和现场率定问题。

三、产品组成

1. 24GHz流速雷达

向水面发射毫米波电磁信号，通过水面波纹和微小扰动形成的雷达回波频移测量水面径向速度，并根据安装角度换算沿渠道主流方向的表面流速。

2. 80GHz水位雷达

测量传感器与实时水面之间的距离，根据安装基准高程换算实际水位或水深。

3. 姿态与角度校正单元

用于获取设备安装姿态并对垂直方向安装角度进行校正，减少现场安装姿态变化对测量结果造成的影响。

4. 流量计算单元

根据表面流速、水位、断面参数及现场率定系数计算断面平均流速、过水面积、瞬时流量和累计流量。

5. 通信接口单元

设备默认提供RS485通信，可选RS232、SDI-12及4～20mA输出，支持MODBUS协议，可与RTU、智能采集终端和综合在线监测平台连接。

6. 蓝牙调试单元

用于现场参数设置、实时数据查看和设备维护，减少现场调试过程中对专用通信线缆和计算机的依赖。

7. 安装支架

根据河道、渠道、桥梁、闸口等现场条件配置立杆、悬臂或桥梁固定结构，使雷达测量波束稳定覆盖目标水面。

8. 远程采集终端

通过RS485读取雷达流量计数据，并通过4G、以太网或项目通信网络上传远程服务器。

9. 供电系统

有市电区域可采用AC/DC电源，无市电野外监测点可根据设备、RTU和通信系统实际功耗配置太阳能供电系统。

四、工作原理与技术路线

1. 雷达表面流速测量原理

流速雷达向具有运动特征的水面发射24GHz电磁波。当水面波纹相对于雷达发生运动时，反射信号会产生多普勒频移。系统根据发射频率与回波频率之间的变化计算水面径向速度。

理想多普勒关系可表示为：

f_d = 2V_rf₀ / c

其中：

f_d为多普勒频移；V_r为水面对雷达方向的径向速度；f₀为雷达工作频率；c为电磁波传播速度。

因此：

V_r = cf_d / 2f₀

2. 安装角度修正

雷达通常以一定俯角照射水面，因此直接获得的是沿雷达波束方向的速度分量。设雷达波束与水流方向之间的有效夹角为θ，则需要通过安装几何关系进行速度修正。

工程中必须准确记录安装角度，并保证设备朝向与主要水流方向保持正确关系。

3. 雷达水位测量

80GHz水位雷达通过测量雷达至水面的距离D获得实时水面位置。

若雷达测量基准至渠底或断面零点的垂直距离为H₀，则水深可表示为：

h = H₀ - D

若采用绝对高程系统，则根据设备安装高程和测距结果计算实时水面高程。

4. 断面面积计算

根据实时水位h和断面几何参数建立：

A = f(h)

系统支持梯形、圆形、U形及自定义断面等参数配置。

5. 表面流速转换

雷达测得表面代表流速V_s后，需要根据现场流量比测确定表面流速系数K_v：

V_avg = K_v × V_s

其中V_avg为断面平均流速。

6. 瞬时流量计算

根据速度—面积法：

Q = V_avg × A

综合色表面流速系数后：

Q = K_v × V_s × A(h)

7. 累计流量

系统按照连续时间序列对瞬时流量进行积分：

V_cum = ΣQ_iΔt_i

从而获得小时、日、月、年度及项目自定义周期累计水量。

8. 总体技术路线

测流断面调查 → 雷达安装位置确定 → 24GHz水面流速测量 → 80GHz水位测量 → 安装角度修正 → 水位基准转换 → 断面过水面积计算 → 表面流速系数修正 → 断面平均流速 → 瞬时流量 → 累计水量 → RS485/MODBUS → RTU/4G → SIYB®水文流量监测平台。

五、核心功能

1. 非接触式流速监测

设备安装在水面上方，无需将流速探头长期浸入水体。

2. 非接触式水位监测

采用80GHz雷达连续测量水面距离，并根据安装高程计算实时水位。

3. 瞬时流量计算

综合色表面流速、实时水位、断面面积和流速率定系数计算瞬时流量。

4. 累计水量统计

对瞬时流量进行时间积分，形成累计过水量。

5. 流向自动识别

根据雷达测速结果识别水流方向，可用于存在流向变化的水力监测场景。

6. 安装角度校正

内置垂直角度校正功能，用于降低安装姿态变化对流速计算造成的影响。

7. 多断面模型

支持梯形、圆形、U形及自定义断面参数配置。

8. 流速系数率定

支持根据现场参考流量对表面流速系数进行调整。

9. 蓝牙现场调试

支持本地参数设置和实时数据查看。

10. 数字通信

支持RS485/MODBUS，可扩展RS232、SDI-12和4～20mA。

11. 低功耗运行

设备具备周期自动测量及低待机功耗特性，适合太阳能供电的野外监测点。

12. 远程综合在线监测

配合RTU和4G通信系统，可实现流速、水位、瞬时流量、累计流量及设备状态远程在线监测。

六、产品优势

1. 完全非接触测量

流速和水位均通过雷达完成测量，主要传感部件无需进入水体。

2. 降低挂污影响

可减少污水、泥沙、水草、生物附着和漂浮物直接覆盖传感器造成的维护问题。

3. 适应高流速环境

流速测量范围覆盖0.03～20m/s，可用于常规渠道及较高流速水体。

4. 大量程水位监测

80GHz水位雷达资料标称测量范围达到40m，可满足河道、深渠及桥梁高位安装场景。

5. 流速、水位独立雷达通道

24GHz流速雷达与80GHz水位雷达分别承担测速和测距任务，有利于针对不同物理量进行独立测量。

6. 适合危险水情监测

山洪沟、泄洪渠和暴雨排水场景无需人员进入水体附近开展频繁人工测流。

7. 安装结构灵活

可根据现场采用桥梁悬挂、岸边悬臂、立杆横臂及闸口结构安装。

8. 适合远程无人监测

低功耗设计可与太阳能、RTU和4G系统组成野外综合在线流量监测站。

七、核心技术参数

1. 基本参数

产品型号：S-CGRDF01。

产品名称：非接触式雷达流量计。

外壳材质：铝合金外壳。

外形尺寸：174×166×80mm。

测量原理：平面微带阵列天线，CW＋FMCW。

工作模式：周期自动测量。

2. 流速雷达参数

工作频率：24GHz。

发射功率：11dBm。

资料标称最大测量距离：40m，与实际水面流态和雷达反射条件相关。

流速测量范围：0.03～20m/s。

流速测量精度：±0.01m/s；±2%FS。

流速雷达天线角度：12°。

流向识别：支持自动识别水流方向。

角度功能：内置垂直角度校正。

3. 水位雷达参数

工作频率：80GHz。

发射功率：10dBm。

水位测量范围：40m。

水位测量精度：±1.5mm；±0.05%FS。

水位雷达天线角度：8°。

4. 通信参数

默认数字接口：RS485。

可选接口：RS232、SDI-12。

通信协议：MODBUS。

模拟输出：4～20mA可选。

5. 蓝牙参数

蓝牙功能：本地参数设置、实时数据查看等。

蓝牙标准：4.2及以上。

发射功率：+8dBm。

接收灵敏度：-95dBm（0.1%BER）。

6. 电气参数

工作电压：DC7～32V；DC5.5～32V可选。

工作电流：DC12V供电时≤60mA。

待机电流：≤1mA。

7. 环境参数

工作温度：-35～70℃。

存储温度：-40～70℃。

资料标称防护等级：IP68。

资料标称防雷等级：6kV。

上述技术参数依据S-CGRDF01现有产品资料整理。资料同时明确指出，最大流速测量距离及实际流量测量效果受到水面波纹、雷达反射条件、安装角度、断面稳定性和流速系数率定等因素影响。防护等级、防雷等级属于资料标称参数，项目最终配置应以技术协议及出厂资料为准。

八、流量计算模型

1. 矩形断面

设渠道宽度为B，实时水深为h：

A = Bh

则：

Q = K_vV_sBh

2. 梯形断面

设底宽为b，边坡系数为m：

A = h(b + mh)

则：

Q = K_vV_sh(b + mh)

3. 圆形非满管断面

圆形管道处于非满流状态时，应根据管径D和实时水深h计算当前湿润断面面积，不应直接按照满管面积计算。

4. U形断面

根据U形渠实际底部曲线、直壁尺寸和实时水深建立A=f(h)模型。

5. 自定义断面

对于天然河道、复式河槽和不规则渠道，通过现场断面测量建立水位—过水面积关系：

A = f(H)

平台根据实时水位自动查算或插值获得过水面积。

6. 表面流速系数

现场比测获得参考平均流速V_ref和同期雷达表面流速V_s：

K_v = V_ref / V_s

不建议在缺乏现场比测的情况下将某一个固定经验系数作为所有河道和渠道的通用参数。

7. 分水位段率定

当断面流态随水位变化明显时，可建立：

K_v = f(H)

使不同水位区间采用不同的率定关系，提高复杂断面的适应能力。

8. 水位—流量关系校核

长期运行后可综合色雷达计算流量建立Q-H散点关系。当相似水位条件下流量关系发生明显变化时，应检查断面淤积、冲刷、回水或流速系数是否发生变化。

九、安装部署方式

1. 测流断面选择

优先选择河道或渠道相对顺直、断面稳定、水流方向明确且水面具有适当纹理的区域。

2. 避开复杂水力区

不宜直接安装于跌水、瀑布、剧烈紊流、明显回流、密集漂浮物聚集区域及紧邻闸门的位置。

3. 雷达朝向

流速雷达应综合色实际主流方向确定设备水平朝向，使雷达测量区域具有良好的速度代表性。

4. 安装俯角

根据设备至水面的安装高度和目标测速区域确定俯角，并记录实际安装角度。

5. 安装高程测量

准确测量雷达参考点相对于渠道底部、水尺零点或项目高程基准的安装高程。

6. 波束无遮挡

24GHz测速波束和80GHz测距波束范围内应避免桥梁构件、护栏、线缆、树枝等固定遮挡。

7. 断面测绘

安装前应测量真实渠道断面，不应仅依靠设计图纸建立流量模型。

8. 零水位基准

雷达水位、断面测绘和现场水尺必须使用统一高程基准。

9. 现场比测

安装完成后，应使用人工流速仪、ADCP或项目认可的参考方法开展现场流量比测。

10. 多工况率定

条件允许时，应覆盖低、中、高不同流量和水位工况，以确定更具有代表性的表面流速系数。

11. 支架设计

桥梁和闸口可采用悬挂结构；岸边监测站可采用立杆＋横臂结构，使雷达伸至代表性水面上方。

12. 防雷接地

野外高位安装结构应综合色设备、供电和通信系统配置浪涌保护及接地。

十、软件平台与数据展示

S-CGRDF01可通过RS485/MODBUS接入RTU、4G采集主机和SIYB®水文流量监测平台，形成测量、传输、计算、展示和分析一体化的数据链路。

1. 实时数据

显示实时表面流速、水位、断面平均流速、瞬时流量、累计流量、电源电压及设备状态。

2. 流速趋势

展示分钟、小时、日等不同时间尺度的流速变化。

3. 水位趋势

分析水位涨落、洪峰、灌溉调度及排水过程。

4. 流量过程线

综合色展示瞬时流量随时间变化，形成完整水文流量过程。

5. 累计水量

统计小时、日、月、季度和年度累计过水量。

6. 流速—水位联合分析

将流速、水位和流量置于同一时间轴，分析不同水力条件下三者之间的变化关系。

7. 断面参数管理

保存断面类型、断面尺寸、高程—面积关系及参数版本。

8. 流速系数管理

保存现场比测获得的流速系数、率定日期、参考流量及适用条件。

9. 安装参数管理

保存设备安装高度、俯角、方向及水位基准。

10. 异常告警

可根据项目设置高水位、低水位、高流量、流量突变、异常流向及设备通信状态等告警规则。

十一、数据分析与智能应用

1. 洪水过程分析

根据水位、流速和流量连续过程识别起涨、峰值和退水阶段。

2. 灌溉输水分析

统计不同灌溉周期实际过水量，为渠道输水调度提供数据。

3. 闸门调度响应

分析闸门动作前后流速、水位和流量变化。

4. 城市雨洪分析

将降雨量与排水通道水位、流速和流量关联，评价降雨—径流—排水响应。

5. 回水识别

当水位明显上涨而表面流速下降时，可综合色上下游水位和现场工况分析是否发生下游顶托。

6. 断面变化识别

长期Q-H关系发生系统性变化时，应检查渠道淤积、冲刷和断面结构变化。

7. 流速系数稳定性分析

通过定期现场比测评价K_v是否仍适用于当前断面。

8. 水资源统计

按行政区域、河流、渠道、灌区和监测站点统计累计水量。

9. 生态流量分析

综合色连续流量数据评价生态下泄水量和过程。

10. 多站水量平衡

上游、支渠和下游同时布设监测点后，可通过累计水量分析综合色水量平衡。

十二、应用场景

1. 河流流量在线监测

适用于天然河道及人工整治河段的连续水位、流速和流量监测。

2. 灌区渠道流量监测

用于干渠、支渠和输水渠道的用水量统计。

3. 闸口流量监测

监测闸门调度过程中的实时流量变化。

4. 水库生态下泄监测

用于生态补水和下泄流量连续记录。

5. 城市雨水渠监测

用于暴雨期间排水通道流量过程监测。

6. 污水处理排放通道

在满足现场雷达测量条件的开放式排水断面开展流量监测。

7. 山洪沟监测

非接触方式适合人员不宜接近的快速涨水区域。

8. 潮汐河口监测

可结合流向识别和上下游水位监测分析复杂水力过程。

9. 桥梁水文监测

利用桥梁结构进行高位悬挂安装，形成水位、流速和流量综合在线监测点。

10. 水资源计量断面

用于取水、输水及区域水资源管理；涉及法定计量用途时应按照适用计量管理要求实施。

十三、产品应用边界

非接触式雷达流量计具有维护量低和安装方便的特点，但并非所有水体均适合直接使用。

雷达流速测量依赖水面对电磁波形成有效反射。当水面过于平静、缺少足够波纹或反射特征时，测速信号质量可能下降。

设备测量的是局部表面流速，因此最终流量准确性不仅取决于雷达流速精度，还取决于测速位置代表性、断面面积准确性、安装角度以及表面流速系数。

存在明显横向流、旋流、回流和复杂二维流动时，单台雷达获取的局部表面速度可能无法充分代表整个断面。

河床或渠道发生明显淤积、冲刷以后，即使雷达本身工作正常，原断面模型也可能失效，需要重新测量断面。

设备资料给出的流速精度、水位精度不应直接理解为整个流量系统的综合色流量精度。流量属于由多个测量量和工程参数综合色计算得到的结果。

十四、运维与校准

定期检查安装支架是否发生松动、倾斜、沉降和方向变化。

定期核对雷达安装角度和测速区域，防止支架变形造成测速位置改变。

检查雷达天线表面是否存在大量灰尘、鸟粪、蛛网或其他遮挡物。

定期使用现场水尺或测量基准核对雷达水位。

汛期、清淤、渠道维修或河床明显变化以后，应重新检查断面模型。

根据项目精度要求定期开展人工流速仪、ADCP或其他参考设备现场比测。

现场比测结果应与原流速系数比较。当综合色偏差发生持续性变化时，应分析是否需要重新率定。

所有断面修改、流速系数修改、安装角度调整和现场比测均应形成记录，保证历史流量数据具有可追溯性。

十五、效果价值分析

非接触式雷达测流避免流速和水位传感器长期浸水，可降低高泥沙、高污染和漂浮物环境下的传感器维护工作量。

连续在线测量能够形成完整水位—流速—流量过程，相比低频人工测流更适合水资源调度、雨洪过程分析和长期水量统计。

设备可以安装在桥梁、闸口或岸边悬臂结构上，降低部分高流速和洪水环境下人工计划进入水体附近开展测量的需要。

24GHz流速雷达与80GHz水位雷达集成，使一个测量终端能够同时获取流速和水位两个流量计算关键参数。

低功耗设计配合RTU、4G和太阳能系统，可建设分散式无人值守河道流量监测站。

通过长期积累流速、水位、流量和累计水量数据，可进一步服务于灌区用水管理、河湖水资源评价、生态补水、城市排水和水利工程运行分析。

十六、标准规范与技术依据

• GB/T 15966—2017《水文仪器基本参数及通用技术条件》。
• GB 50179—2015《河流流量测验规范》。
• GB/T 21303—2017《灌溉渠道系统量水规范》。
• 项目所在地水资源管理、水文监测和计量管理相关技术要求。
• 涉及生态环境监管的项目，应同时执行项目适用的污染源及水环境在线监测技术要求。
• 涉及贸易结算、水资源计量或行政监管用途时，应根据主管部门要求开展检定、校准、现场比测和数据有效性审核。

标准引用用于说明产品及工程方案设计时可参考的技术依据，不表示S-CGRDF01已经取得上述标准对应的认证、型式评价或检测资质。

十七、典型应用案例（示例）

以下内容用于说明非接触式雷达流量计的典型工程应用逻辑，不作为未经核验的实际客户项目业绩。

案例一：灌区渠道输水流量监测

在渠道岸边设置立杆和悬臂结构，将S-CGRDF01安装于渠道代表性水面上方。设备连续获取水面流速和水位，根据梯形断面模型计算实时流量和每日累计输水量，为灌区调度提供数据。

案例二：城市雨洪排水监测

在城市排水渠上方安装非接触式雷达流量计，并同步接入雨量数据。暴雨过程中记录水位上涨、流速增加和流量峰值，形成完整降雨—排水过程。

案例三：桥梁河道流量监测

利用桥梁结构设置悬臂安装雷达设备，不需要在河床内施工。通过断面测绘和现场流量比测建立流速系数，实现河道连续流量监测。

案例四：高泥沙河流监测

针对水体含沙量较高、浸没式传感器维护困难的断面，将主要测量部件布置于水面以上，减少泥沙直接覆盖传感器造成的维护问题。

案例五：断面淤积导致流量关系变化

某渠道长期运行后发现相似水位条件下计算流量与历史关系发生持续偏移。现场复测发现断面发生淤积，更新断面参数并重新开展流量比测后恢复合理水力关系。

案例六：下游顶托工况

某排水渠道下游水位上涨后，雷达水位明显增加，但水面流速下降。系统通过水位和流速联合变化识别该状态与正常大流量上涨过程存在差异，为判断回水影响提供数据依据。

案例七：流速系数重新率定

渠道完成护坡改造后，断面糙率和流速分布发生变化。项目重新采用参考流量开展多工况比测，并更新表面流速系数，避免继续沿用改造前参数。

案例八：山洪沟流量监测

在山洪沟岸边高位安装雷达流量计，暴雨期间无需人员进入快速涨水区域即可连续获取水位、表面流速和计算流量，为山洪过程分析提供数据。

十八、常见问题（FAQ）

1. 雷达不接触水体为什么能够测量流速？

水面波纹和微小扰动能够反射雷达电磁波。当水面发生运动时，回波频率相对于发射频率产生多普勒频移，设备根据频移计算水面运动速度。

2. 为什么已经测到流速，还需要现场率定？

雷达直接获得的是局部水面流速，而流量计算需要断面平均流速。二者之间的关系受到断面、糙率、水深和流态影响，因此需要通过现场参考流量建立流速转换系数。

3. 水面非常平静是否能够测量？

雷达测速需要水面具有足够的电磁波反射纹理。水面过于平静时回波信号可能变弱，因此测流断面选择时需要评价实际水面条件。

4. 泥沙会不会影响雷达？

由于设备不直接浸入水体，泥沙通常不会像接触式传感器一样直接覆盖雷达测速单元。但泥沙造成的河床淤积会改变断面面积，因此仍会影响最终流量计算。

5. 漂浮物会不会影响测量？

零星漂浮物通常与传感器没有直接接触，但大量密集漂浮物覆盖测速区域时可能改变雷达回波特征，应结合信号质量和现场情况判断。

6. 雷达流量计能否用于反向流？

产品资料支持自动识别水流方向。具体反向流量计算应同时确保断面模型和流速系数适用于对应水力工况。

7. 40m是流速量程还是安装距离？

产品资料中的流速测量范围为0.03～20m/s；流速雷达最大测量距离标称为40m，并注明与实际流态相关。两者属于不同技术指标。

8. 能否直接用于贸易结算或法定水资源计量？

不能仅根据产品标称参数作出这一结论。是否能够用于相关计量用途，应根据项目所在地计量管理、检定、校准和验收要求确定。

十九、售后与服务保障

提供测流断面选择、设备选型、支架结构、安装位置和雷达朝向技术指导。

提供渠道、河道及排水断面参数建立技术支持。

提供安装高度、零水位基准和流速系数配置指导。

支持蓝牙参数配置、RS485/MODBUS通信调试及RTU平台主管联调。

协助建立断面参数、安装角度、流速系数、现场比测和维护档案。

根据项目要求提供现场比测、参数复核及系统运行技术支持。

二十、参考文献

1. 《S-CGRDF01 非接触式雷达流量计产品说明书》，V1.0，2026年9月。
2. 产品来源技术资料《RD-600彩页》。
3. GB/T 15966—2017《水文仪器基本参数及通用技术条件》。
4. GB 50179—2015《河流流量测验规范》。
5. GB/T 21303—2017《灌溉渠道系统量水规范》。
6. 项目河道、渠道或排水断面测绘资料。
7. 项目现场流量比测、流速系数率定及水位基准记录。

S-CGRDF01非接触式雷达流量计以24GHz水面流速雷达和80GHz水位雷达为核心，通过非接触式方式获取流速与水位，并将现场断面模型和流速率定系数纳入流量计算，形成“水面雷达测速—雷达水位—安装角度校正—断面面积计算—表面流速系数率定—断面平均流速—瞬时流量—累计水量—RS485/MODBUS—RTU/4G—SIYB®水文流量监测平台”的完整技术体系，适用于河流、灌区渠道、闸口、城市排水、山洪沟、生态补水及其他不宜长期布置水下接触式传感器的流量在线监测场景。