低成本传感器记录河流水位

波恩大学的研究人员开发了一种可以全天候监测河流水位的方法。例如，具有成本效益的传感器适用于区域范围的洪水预警系统。该研究已发表在《水资源研究》杂志上。

有多种方法可以确定水道的水位 - 从非常简单的方法(通过标准或人员仪表)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因直接暴露在高水位而损坏，许多设备不允许连续监测，远程读数困难或太贵。

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使用了两年：它经济高效、可靠，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Makan Karegar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位置的位置。它使用GPS卫星和俄罗斯同行GLONASS来做到这一点。“然而，卫星信号也可以用来测量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直接被天线拾取。其余部分从附近的环境(在本例中为水面)反射，并通过绕道到达接收器。因此，该反射部分的行程更长。当叠加在直接接收到的信号上时，它会形成某些称为干扰的模式。这些可用于计算天线和水位之间的距离。

“我们可以将GNSS天线连接到任何结构上，无论是桥梁，建筑物，还是河边的树木或围栏，”Karegar解释说。“从那里，它可以全天候测量河流水位，平均在1.5厘米左右。然而，在极端洪水事件中，它不太可能受到损坏。该方法的精度与基于雷达的传感器的精度不匹配。但是，对于预期用途来说，它完全足够了。该设备的价格略低于150欧元，也比其高级设备便宜得多。

GNSS天线连接到称为Raspberry Pi的微型计算机。“该设备的大小与小型智能手机差不多;然而，它有足够的能力从原始数据中计算水位，“大地测量学和地理信息研究所的Kristine Larson教授博士报告说。由于其灵活性和低功耗，微型计算机在业余爱好者中非常受欢迎，他们使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其数据。

互联网上的复制信息

“我们编写的软件是开源的，”拉尔森解释道。“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有关其项目的所有信息。因此，感兴趣的各方可以轻松复制测量设备。

但是，该过程有一个缺点：它仅适用于宽度至少为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。“如果水道太窄，大部分反射信号来自陆地。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的河流的可靠结果，例如德国的阿尔河，该河在 2021 年经历了严重的洪水。