地埋式积水探测器校准
1. 范围
本规范规定了地埋式积水探测器的校准条件、项目、操作方法、数据处理及结果判定。适用于城市道路低洼点、下穿通道、地下出入口、排水管网检查井等场景中安装的接触式电子水尺、投入式静压液位传感器、电极阈值式积水探头及非接触式超声波/雷达水位计的校准与现场比测。
地埋式积水探测器以测量积水深度（路面积水垂直厚度）为核心输出，典型量程为0～0.5 m或0～1.0 m，告警阈值通常设在5 cm、15 cm、27 cm、50 cm等级别。
2. 规范性引用文件
| 编号 | 名称 |
|---|---|
| GB/T 11828.5‑2011 | 水位测量仪器 第5部分：电子水尺 |
| GB/T 11828.2‑2022 | 水位测量仪器 第2部分：压力式水位计 |
| GB/T 20204‑2022 | 水文监测仪器通用技术条件 |
| JJG 971‑2019 | 液位计检定规程 |
| JJG(交通) 168‑2020 | 水位计检定规程 |
| SL 384‑2020 | 水位观测标准 |
| JJF 1059.1‑2012 | 测量不确定度评定与表示 |
| GB/T 4208‑2017 | 外壳防护等级（IP代码） |
3. 术语和定义
积水深度（h）：路面最低点至水面的垂直距离，单位为毫米（mm）或米（m）。
安装基准面：探测器定义的零深参考面（通常为路面标高或预埋基座顶面），所有积水深度读数以此为原点。
等效零点抬升：因井底/基座淤积、探头下沉或被覆物包裹，导致无水状态下读数不为零的现象。
阈值触发误差：探测器告警触点动作时的实际水深与设定阈值之间的偏差。
静压折算：投入式液位传感器依据 P = ρgh 将测得水压换算为水深，ρ 为积水密度（含泥沙浑水需修正）。
4. 校准前准备
4.1 作业条件
| 项目 | 要求 |
|---|---|
| 天气 | 选择晴好时段进行主动充水法校准；雨后自然积水也可用于比测但需在24 h内完成 |
| 现场安全 | 下穿通道/车行道作业须设警示标志、反光锥桶，夜间加设闪光灯；下井作业须执行有限空间安全规程（通风、气体检测、监护） |
| 供电 | 确认探测器及采集终端供电正常，太阳能系统电压不低于标称值的80% |
| 通信 | 确认数据可实时回传，便于校准过程中逐点核对平台显示值与现场实测值 |
| 水温 | 充水法校准时记录水温（精度±0.5 ℃），浑水密度必要时取样测定 |
4.2 标准器具与工具
| 器具 | 精度要求 | 用途 |
|---|---|---|
| 标准水位尺（玻璃钢/不锈钢） | 分度值≤1 mm，经检定合格 | 提供可追溯的积水深度基准 |
| 检定合格钢卷尺 | 示值误差≤±1 mm/m | 测量安装高程、探头缆线余量 |
| 精密数字万用表 | DC V/mA 精度≤0.05% | 采集4～20 mA / 0～5 V 模拟输出 |
| 标准压力源 + 标准压力表 | 精度≥0.25级 | 静压式传感器实验室离线校准 |
| 标准量筒 + 水桶 | 量筒分度值≤10 mL | 充水法确定加入水量→折算水深 |
| 水平仪 | 灵敏度≤0.5 mm/m | 检查电子水尺/支架垂直度 |
| 淤泥厚度测杆/测深杆 | 分度值≤5 mm | 测定井底/基座淤积层厚度 |
| 软毛刷、清水、中性清洁剂、吸水布 | — | 清洁探头/电极表面 |
4.3 被测设备前置检查
外观：壳体无开裂变形，铭牌清晰，电缆外皮无破损，接头密封胶圈完好。
安装状态：
电子水尺应垂直于路面/井壁，倾斜度≤1°，固定卡箍无松动。
投入式探头应悬垂于设计位置，不被井壁贴靠，透水石/过滤罩未淤塞。
非接触式探头（超声波/雷达）发射面正对水面，无异物遮挡，支架无晃动。
电气：屏蔽层接地方式符合说明书（通常单端接地），绝缘电阻≥100 MΩ（500 V兆欧表）。
基准确认：复核安装基准面标高（路面标高或基座顶面）与初次建档值的偏差；若路面经铣刨罩面导致标高变化，须重新引测基准。
5. 校准项目与操作方法
5.1 零点（无水基准）校准
| 传感器类型 | 操作要点 |
|---|---|
| 电极式/电子水尺（接触式） | 确认探测区域完全无积水（必要时用海绵/吸水器吸干），待输出稳定≥5 min，读取显示值 h₀。若 |h₀|> 允许零点偏差（见6.2），通过配置软件/标定电位器写入零点修正，使修正后 h₀ ∈ [−2 mm, +2 mm] |
| 投入式静压液位计 | 若安装位置可排空（如带旁通管的窨井或可拆卸至地面）：排空后执行零点置位。若无法排空：用测深杆实测当前水面至安装基准面的距离 h_act，将传感器当前读数减去 h_act 作为等效零点偏移量录入系统 |
| 超声波/雷达非接触式 | 用钢卷尺精确测量探头发射面至干燥路面/井底的距离 L₀（三次取平均），将此值设为量程零点。确认无水时距离读数偏差 ≤±5 mm |
每次零点校准后须记录：校准前零漂值、修正方式（软件偏移/电位器调节）、校准后零漂值、环境温度、水面状态。
5.2 量程点（充水法）多点校准
采用受控充水法在探测器安装位置附近构筑临时挡水围堰或直接向检查井内定量注水：
选取校准点：在全量程内均匀选取不少于 5 个点，例如量程 0～500 mm 时取 0、100 mm、200 mm、300 mm、400 mm、500 mm。
逐点操作：
用量筒定量加水，或用标准水位尺直接读取实际水深 H_std（每点稳定≥2 min）。
同步记录探测器输出 H_read。
计算单点误差：Δhᵢ = H_read − H_std。
线性修正：若误差呈线性偏移（各点偏差近似相等），修正零点+斜率即可；若呈非线性，需在采集端或平台端载入分段修正表（每两点间线性插值）。
反向验证：逐段放水，重复读数，检查回程误差（hysteresis）。
充水法不适用大范围路面积水探测器时，可用标准水位尺并排比测法：在无车辆通行条件下，等待自然积水达若干深度段，同时读取标准尺与探测器输出。
5.3 告警阈值触发点校准
地埋式积水探测器通常带多级告警输出（如 5 cm 警示、15 cm 限速提示、27 cm 封路阈值）：
逐段充水，使水深越过每一告警设定值。
用高精度水位尺在告警触点动作瞬间读取实际触发水深 H_trip。
计算阈值偏差：δ_trip = H_trip − H_set（设定阈值）。
要求：|δ_trip| ≤ 允许阈值误差（通常±10 mm 或 ±5%FS，取大值）。
若超标，调整阈值参数或修正零点后再验证。
5.4 淤积影响评估与基准修正
检查井/低洼基座底部淤积会虚假抬升水位读数：
用测深杆测定淤积层表面至安装基准面的净空高度 H_clear。
若淤积层厚度年增长＞20 mm，或探头感应面距淤积面＜50 mm（接触式）／＜100 mm（静压式滤头），应：
清理淤积后重新执行零点校准；或
在数据平台中以"淤积修正值 Δh_sed" 持续补偿（须每季度复核）。
记录淤积厚度、清理日期、修正量。
5.5 温度漂移检查（电子水尺/电容式）
在无水状态下，记录上午（较低温）和中午后（较高温）的零点读数变化 Δh_T。
若 |Δh_T| ＞ 3 mm 且探测器无自动温度补偿，须在参数中启用NTC补偿或标注季节性偏差范围。
投入式压阻芯体温漂可通过厂家提供的温补系数复核。
5.6 通信与数据上报验证
在校准各点停留时，同步查看远端监控平台实时数据，确认：
数据刷新间隔与配置一致；
各校准点测量值与平台显示值之差 ≤ 传输链路引入的量化误差（通常≤1 LSB）；
告警触发事件正常上送，无丢失。
6. 数据处理与结果判定
6.1 计算公式
| 公式 | 含义 |
|---|---|
| Δhᵢ = H_read,i − H_std,i | 第 i 点示值误差 |
| δᵣ = (ΣH_read − ΣH_std) / ΣH_std × 100% | 全量程累计相对误差 |
| E_hyst = max(H_up − H_down) | 回程误差（上行充水 vs 下行放水同一点） |
| σ_zero = √(Σ(h₀,j − h̄₀)²/(n−1)) | 零点重复性标准差（n 次无水重复读数） |
6.2 判定标准
| 指标 | 允许限 | 备注 |
|---|---|---|
| 零点偏差 |h₀| | ≤ ±5 mm（接触式电子水尺）/ ≤ ±10 mm（投入式，已作淤积修正后） | 路面预警场景下更严时可取 ±3 mm |
| 单点示值误差 |Δhᵢ| | ≤ ±10 mm 或 ±2%FS（取大值） | 0～500 mm 量程即 ≤±10 mm |
| 全量程累计相对误差 |δᵣ| | ≤ ±4% | |
| 回程误差 E_hyst | ≤ ±10 mm | |
| 阈值触发偏差 |δ_trip| | ≤ ±10 mm（5 cm以下低阈值可取±5 mm） | |
| 告警触点动作可靠性 | 连续3次触发测试均正确动作，无拒动/误动 | |
| 绝缘电阻 | ≥ 100 MΩ | 500 V 兆欧表 |
任一关键项（零点、单点误差、告警阈值）超差即判定不合格，需修正后重新校准；修正后仍超差则应更换传感器或重新调整安装位置。
7. 校准周期与记录
7.1 校准周期
| 场景 | 推荐周期 | 触发条件（随时安排） |
|---|---|---|
| 一般城市道路低洼点 | 12 个月 | — |
| 易淤积路段（施工区周边、泥沙含量高） | 6 个月 | 汛前必校 |
| 强降雨过程（＞50 mm/h 或累计＞100 mm）后 | 视情况安排雨后核查 | 数据出现异常台阶跳变、零点持续漂移＞10 mm |
| 设备更换探头/缆线/采集终端后 | 立即校准 | — |
7.2 校准记录内容
校准记录应包含：
站点编号、安装地点（可附坐标）、设备型号/序列号/出厂日期
探测器类型、量程、输出方式（RS‑485 Modbus / 4～20 mA / 开关量阈值）
安装基准面描述、最近一次路面标高变更记录
标准器具名称、编号、检定证书号/有效期
校准日期、天气、水温、淤积层厚度
各校准点原始数据表（H_std / H_read / Δhᵢ）
零点修正量、斜率/分段修正表、告警阈值核对结果
绝缘电阻、通信验证结论
校准结论（合格/不合格/限用）、操作人及复核人签字
记录保存期限：不少于 3 年；关键防汛节点的设备档案建议长期保存。
8. 安全注意事项
交通安全：车行道作业必须设置符合规范的警示标志和导流措施，人员穿反光背心。
有限空间：进入检查井前须通风≥15 min，检测 O₂/可燃及有毒气体，系安全绳，地面留监护人。
用电安全：打开接线腔前断开供电，确认端子无残余电压；密封复原后做防水复查（IP68 设备重点检查密封圈是否压偏或夹渣）。
充水法场地：临时围堰须确保水不外溢至行车道；试验完毕将水排入雨水口或抽排至排水管网，不得残留形成二次隐患。
探头保护：清洁电极/感应面只用软毛刷和清水，禁用钢丝球或强酸强碱溶剂，避免破坏防腐层或改变表面电容特性。
