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ADCP（音響ドップラー流速プロファイラー）による流量測定は、現在世界で最も先進的な河川流速・流量測定装置の一つです。ドップラー効果の原理を利用して流速を測定し、水文部門がオンラインでリアルタイムに河川流速・流量情報を取得するのに役立ちます。ADCPの活用により、水文部門は河川の運用状況や法則の変化を把握し、洪水予防・治水政策の意思決定に信頼性の高いデータを提供することで、洪水災害による人命や財産の損失を最小限に抑え、人々の生命と財産の安全を確保することができます。
プロジェクトの背景
山東省済南市羅口鎮黄河堤防南岸に位置する羅口水文観測所は、国防総省と黄河総防衛省に年間を通じて水文状況を監視・報告し、山東省黄河下流域の洪水対策や干ばつ対策、用水計画、工事建設、地域経済発展などに正確な水文データ情報を提供している。洪水期の到来に伴い、黄河上流域の水質・堆積調節と洗掘の影響を受け、黄河東部の河川水は堆積物濃度が高く、流量と排出量が増加しているため、羅口水文観測所は常に堆積物濃度の高い環境での流量測定の問題に直面している。
ペインポイント分析
羅口水文観測所で使用されている流速計とADCPは、堆積物濃度の高い環境では正常に試験を行うことができません。流量計の試験には約1時間かかる長い時間が必要で、試験方法も比較的複雑で、試験区間に対する要求も高いです。また、流速計は労働集約型であり、試験のためにオペレーターが試験船を運転する必要があり、人身の安全に対する潜在的な危険が潜んでいます。しかし、ADCPは堆積物濃度が高い環境に直面した場合、送信された音響信号が急速に吸収され、有効なエコーが得られないため、底質追跡情報を測定できず、流量や流れのデータを取得することが困難になります。
実施プログラム
黄河は堆積物濃度が高く過酷な環境であるため、ADCPは海底追跡情報を取得できず、単独での試験も不可能です。そこでHi-Targetは、HD-MAX DF二周波音響測深機とK20高精度スプリットRTKを搭載したiFlow RP600 ADCPというソリューションを提供しました。
この方式では、HD-MAX DF二周波エコーサウンダを用いて水深情報を計測し、ADCP底追跡情報の水深パラメータを補完するとともに、K20高精度スプリットRTKを用いて速度を計測し、ADCP底追跡情報における機器の相対対地速度を補完します。各機器の計測データは、HD-MAX DF二周波エコーサウンダとK20高精度スプリットRTKのマッチングソフトウェアを介してiFlow流量計測ソフトウェアにリアルタイムで出力され、iFlow RP600 ADCPで計測された相対流速情報と統合され、流量を算出してADCP流量計測操作タスクを完了します。
ワークフロー
1. 機器の設置
ジョイント計測時の各機器間の距離による計測誤差を低減するため、iFlow RP600 ADCPを鋼製調査船の右前方に横向きに設置し、HD-MAX DF二周波エコーサウンダをiFlow RP600 ADCPの前方に設置することで、HD-MAX DF二周波エコーサウンダとiFlow RP600 ADCP間の距離を狭め、K20高精度スプリットRTKの2つの測位指向性アンテナをiFlow RP600 ADCPの固定ブラケットの真上に設置しました。また、ジョイント計測の精度と品質を向上させるため、Hi-TargetテスターはK20高精度スプリットRTKのアンテナ基線とiFlow RP600 ADCPの機首設置角度との間に-4°の偏差補正を行いました。
2. データ収集
この流量測定では、iFlow RP600 ADCP が2回の測定ラウンド（合計4回のハーフ測定ラウンド）を実施しました。各テストの開始時間と記録されたデータファイルは右の表に示されています。
3. データ分析
iFlow流量測定ソフトウェアにより、羅口区間の試験区間全体の流速プロファイルなど、さまざまな情報を取得できます。
iFlow流量測定ソフトウェアをベースに、断面の電流測定とデータの統計分析・計算から、流量、速度、面積、河川幅などのパラメータ値を取得することができます。
iFlow 流量測定ソフトウェアをベースとすることで、測定時間の関数としてセクション全体の測定流量の曲線の概略図を取得でき、時間による流量の変化の傾向を明確に把握できます。
iFlow 流量測定ソフトウェアに基づいて、iFlow RP600 ADCP で測定された 4 つのビームに対応する流速とエコー強度を各測定時間ごとに取得できます。
iFlow フロー計測ソフトウェアに基づいて、各バースト時間に対応する GNSS 情報を取得できます。
iFlow 流量測定ソフトウェアに基づいて、鋼製測定容器の現在のトラック軌跡線と対応する流速ベクトルを取得できます。
iFlow フロー測定ソフトウェアに基づいて、フロー結果テーブルを自動的に生成し、現在の測定の構成情報、フローパラメータ測定結果、測定平均結果を自動的に記録できます。
結果
iFlow RP600 ADCPの4回の半測定の最大相対偏差は2.12%であり、断面平均流速、流向、河川幅、断面積パラメータの自己偏差（標準偏差）はいずれも0.6%～2.7%の範囲内にあり、測定規格の精度要件を満たし、高い試験精度を実現しました。その中で、iFlow RP600 ADCPが測定した平均流量と、当日の公式予報で発表された羅口水文ステーションの流量との相対偏差は1.01%でした。比較的大きな堆積物濃度の条件下でiFlow RP600 ADCPが測定したデータは高い精度と正確性を備えており、今回の共同試験は完全に成功したと結論付けることができます。
プロジェクト概要
羅口水文観測所とHi-Targetが共同で実施したテストでは、Hi-Target iFlow RP600 ADCP、HD-MAX DFデュアル周波数サウンダ、K20高精度スプリットRTKを併用することで、砂の多い過酷な条件の影響を克服し、ADCPの測定タスクを完了できることが示され、黄河の砂の多い環境での流れを測定するためのより多くの手段と方法を提供します。
クイズでは、周辺機器の拡張、設置と試運転、サポート ソフトウェア、流量測定結果の点でも、iFlow RP600 ADCP の優れたパフォーマンスが実証されました。
周辺機器の拡張性に関しては、iFlow RP600 ADCP は、需要に応じて他の周辺機器パラメータを適切に入力することで ADCP フロー計算に使用でき、周辺機器の互換性も良好です。
iFlow RP600型ADCPの設置および試運転プロセスは便利で迅速であり、HD-MAX DFデュアル周波数エコーサウンダーおよびK20高精度スプリットRTKとの接続は信頼性が高く、砂の濃度が高い環境でも使用できます。
サポートソフトウェアとしては、iFlow フロー測定ソフトウェアが、テストプロセス中および測定完了後のデータ分析プロセス中に豊富な測定情報を提示し、優れたユーザーエクスペリエンスを提供します。
流量測定結果において、iFlow RP600 ADCPで測定した流量、流速、底面流速、断面積などのデータの自己偏差（標準偏差）は2.7%以内であり、測定精度はADCP流量検査仕様の要件を満たしています。