低成本传感器记录河流水位

波恩大学的研究人员开发出一种可以全天候监测河流水位的方法。这种具有成本效益的传感器例如适用于区域性洪水预警系统。该研究已发表在《水资源研究》杂志上。

确定水道水位的方法有很多种——从非常简单的方法(通过尺子或水尺)到先进的雷达解决方案。但它们都有一个问题：大多数测量设备可能会因直接暴露在高水位下而损坏，许多测量设备无法进行连续监测，远程读数很困难，或者它们太贵了。

然而，在莱茵河下游的韦塞尔，一种没有这些缺点的测量设备已经投入使用两年：它具有成本效益、可靠并且能够通过移动通信将水位连续传输到评估中心。原则上，这意味着这种传感器适用于为洪水和干旱预警系统提供密集分布的网络。

“我们设备的核心是一个低成本的GNSS接收器和天线，”波恩大学大地测量学和地理信息研究所的MakanKaregar博士解释说。这是一种传感器，通常可以以几米的精度确定其所在位置。它使用美国GPS卫星及其俄罗斯同行GLONASS来执行此操作。

“然而，卫星信号也可用于测量GNSS天线在河面上方的高度，”Karegar说。

反射信号提供有关水位的信息

这是因为卫星发射的波部分被天线直接接收。其余部分从附近的环境(在本例中为水面)反射并绕道到达接收器。因此，该反射部分行进的时间更长。当叠加在直接接收到的信号上时，它会形成某些模式，称为干扰。这些可用于计算天线与水位之间的距离。

“我们可以将GNSS天线安装到任何结构上，无论是桥梁、建筑物，还是河边的树木或栅栏，”Karegar解释道。“从那里，它可以在没有接触的情况下全天候测量河流水位——平均误差在1.5厘米左右。而且它在极端洪水事件中受损的可能性较小。”该方法的准确性与基于雷达的传感器不匹配。但是，对于预期用途来说已经足够了。该设备的价格不到150欧元，也比其先进的同类设备便宜得多。

GNSS天线连接到称为RaspberryPi的微型计算机。“该设备的大小与小型智能手机差不多;但它有足够的能力根据原始数据计算水位，”大地测量学和地理信息研究所的KristineLarson教授说。由于其灵活性和低功耗，微型计算机在爱好者中非常受欢迎，他们用它来实现各种各样的项目。它可以由太阳能电池供电，然后完全独立工作。它还可以通过移动网络传输数据。

互联网上的复制信息

“我们编写的软件是开源的，”拉森解释道。“所以任何人都可以免费使用它。”研究人员还在互联网上提供了有关他们项目的所有信息。因此，有兴趣的人可以很容易地复制测量装置。

然而，这一过程有一个缺点：它只适用于宽度至少为40米的河流。“这是天线可以接收反射卫星信号的最小半径，”Karegar说。“如果河道太窄，大部分反射信号都来自陆地。”但相关人员计划进一步优化他们的评估代码。他们希望这将使他们能够获得较小河流的可靠结果，例如德国的阿尔河，该河流在2021年经历了严重的洪水。