海冰冰裂缝自动化检测装置及其系统在南极海冰监测中的应用研究

南极海冰冰裂缝宽度的变化严重影响人类在南极活动中冰上物资的运输,利用研制成功的电容感应式冰原传感器,设计并研究了南极海冰冰裂缝的自动化检测装置及其系统,并对该套系统在南极海冰的试验应用进行了分析,结果证明,该冰裂缝检测装置及其系统能较好的实现海冰裂缝的无人自动化监测.     

基于IMB的南极近岸海冰物质平衡过程研究

介绍了目前对南极海冰厚度的多种检测手段,提出了基于电容感应技术利用浮标作为载体的新式检测方法的设计方案.相应位置电极所测得的电容值与所测海冰厚度所对应,利用温度数据作辅助判断,通过分析多点电容值变化判断海冰变化情况,实现了海冰厚度的实时监测.     

南极中山站周边水环境冰情监测系统的设计与研究

系统实现对南极中山站周边冰、水环境的长期连续实时监测,可以为分析南极环境变化是否对全球气候异常变化造成影响提供最基本的科学数据.利用空气,冰与水介质的电导率不同的原理用微控制器控制冰情检测传感器来实现冰水环境的自动化监测,设计了可以实现冰厚度、水深度、温度的定点连续冰情监测系统,监测数据可以存储在系统内嵌的SD存储卡中,方便观测人员进行调用.通过卫星实现数据无线传输.     

电阻电路分析方法在冰水情自动监测中的应用

电阻元件特性和包含电阻元件的电路分析是电路理论中最基本的分析内容和电路分析方法之一.根据冰水情工程检测中的客观环境条件,利用空气、冰与水的等效电阻随温度变化所具有的数值差异这一特点,将电路理论中电阻电路分析方法应用于冰水情工程检测中,提出了将检测环境分层处理的思路,应用线性电路理论中电阻分压的原理,通过对各分层介质等效电阻的检测、计算,反推出被检测介质的物理形态,进而实现对冰层内部物理状态、冰层厚度与冰下水位连续监测的目的.基于这一新的检测原理,作者研制成功新型R-T(电阻-温度梯度)冰水情自动检测传感器及其检测系统,并在南极海冰观测、黄河中上游河道冰水情定点连续监测、高寒地区河道与水电大坝冰情预警与水文信息自动测报等多个重大工程领域获得应用,为解决南极科学考察、黄河冰凌灾害预报、高寒地区河道、水电大坝、湖泊等领域冰情自动监测难题提供了一种新的检测方法与实现途径.     

估计海冰厚度函数的一种辨识方法

提出一种采用海冰和海水温度观测数据来估计海冰厚度的辨识方法, 避免了因使用厚度数据所带来的种种局限性. 首先建立一个拟线性海冰-海水热力学系统, 得到了系统解的存在唯一性; 然后以该系统中描述海冰厚度函数的参数为辨识量, 以系统输出的温度和实际观测温度的偏差为目标泛函, 建立了以目标泛函为最小的参数辨识模型; 最后构造了以半隐式差分格式、遗传算法和Hooke-Jeeves算法相结合的数值算法, 得到了海冰厚度函数, 并对辨识量做了敏感性分析. 结果表明: 这种方法是有效可行的.     

基于ZigBee技术的黄河河道冰情多点监测系统设计

针对黄河河道冰情的多点监测问题,提出了一种基于ZigBee技术的河道冰层厚度多点监测系统的设计方案,简要介绍了ZigBee技术的主要特点,冰层厚度传感器结构与检测原理,提出了基于ZigBee的黄河河道冰情多点监测系统结构,讨论了监测系统硬件与软件的设计思路,利用系统可以实现黄河河道局部区域内多点冰情远程无人连续自动监测.     

辽东湾某平台冰堆积成因及安全问题分析

辽东湾某平台位于辽东湾海域,该海域每年冬季都会形成大量的海冰,海冰给平台的作业生产及船舶运输带来严重安全威胁.由于辽东湾某平台结构特殊,海冰不仅使平台发生较强的冰激振动,同时海冰也在平台底部形成堆积,给平台冬季的安全运行带来一定的安全隐患.基于多年冬季现场监测,针对平台底部冰堆成因及冰阻塞对平台安全影响进行分析,并给出应对措施及建议.     

黄河河道冰水情定点连续自动检测及数据分析

根据黄河中上游流域冰水情监测以及预防凌汛灾害的需求,设计了一种适合黄河河道的冰水情自动测报系统.该系统由基于空气、冰与水电阻特性差异的冰层厚度传感器、DS18B20的温度梯度传感器以及智能处理仪构成.采用该系统在内蒙托克托县黄河河道进行了黄河封冻期河道冰层厚度连续监测试验,获取了大量的现场实测数据,对采样数据进行分析,提出了判别冰层厚度的平均滤波算法,实现了对冰层生消变化全过程的自动监测.     

云计算技术在输电线路状态监测系统中的应用

在分析输电线路状态监测系统特点的基础上,提出了在系统中引入云计算存储与并行处理技术的设计方案,将关系型数据库与开源的Hadoop云计算平台结合使用,解决了关系型数据库在系统使用中存储和访问效率等方面的问题.介绍了所开发的原型系统提供的服务及其主要功能,并针对系统中的典型应用进行了性能测试.测试结果表明所提方案可以满足输电线路状态监测系统对数据存储与读取、分析的性能要求.     

海冰弯曲破坏下的破坏准则数值模拟方法研究

海冰的弯曲破坏进程的研究已经称为冰工程界的一项重要课题.通过理论分析结合数值计算对海冰弯曲破坏数值模拟方法进行探索:探讨适合于海冰弯曲应力状态下的本构模型和破坏准则;在LS-DYNA中模拟圆环形冰排弯曲破坏和冰排与锥体结构相互作用的进程,提出了一种对海冰破坏准则验证的技术思路;通过所提出的技术思路对基于三轴压缩试验的Derradji破坏准则进行了修正,使其能够适用于海冰的弯曲破坏.     

基于PS021的电容式冰层厚度检测系统的设计

根据空气、冰和水的电容特性差异,本文设计了一种新型的电容式冰层厚度检测系统.该检测系统应用了德国acam公司的电容数字转换器PS021,可以把电容式传感器采集到的电容信号转换成数字信号输出.黄河的现场实验数据分析结果表明,系统结构简单,可靠性高,可以应用于冬季河道冰层厚度及冰下水位的定点、连续自动测量.     

基于GPRS的黄河冰凌图像远程测报系统设计

基于当前成熟的移动网络覆盖技术,设计了一种新型的冰凌图像远程测报系统.系统利用监控类摄像头获取河道现场冰凌图像,通过移动GPRS网络实时传送到监控中心,实现对黄河冰凌的实时远程监测预报.通过特定的图像处理方法与软件,冰凌图像测报系统不仅可以在线实时浏览黄河河道现场的实时图像,还能获得被监测河道河面的瞬时冰凌分布密度和流速等重要参数,从而为凌汛预警和防凌决策部门提供第一手河道现场资料.     

基于DS18B20的冰层温度梯度-厚度传感器的设计

根据高寒地区河流结冰时,河道冰情监测点垂直柱面内空气、冰与水三种介质所表现出的不同温度特性,设计了基于DS18820温度传感器的高显示分辨率冰层温度梯度一厚度自动化检测传感器,传感器内部采用单总线结构,通过MSP430单片机的控制实现了温度梯度各监测点的数字化数据采集,使传感器具有结构简单、功耗低、抗干扰能力强等优点.将新型传感器安装在内蒙古三湖口黄河河道并进行了连续两个月的现场冰情数据采集试验,传感器获得了黄河河道监测点系统的温度梯度数据.通过对采集获得的冰层温度梯度数据的进一步分析,可以全面掌握河道冰层变化的状况,实验结果表明这一新的冰层温度梯度一厚度传感器是一种更加适应于工程应用的冰情检测设备.     

Fracture Mechanical Analysis of Cracks in Ice Shelves using the Finite Element Method and Configurational Forces

Ice shelves are important elements of the climate system and sensitive to climate changes. The disintegration of large Antarctic ice shelves is the focus of this fracture mechanical analysis. Ice is a complex material which, depending on the context, can be seen as a viscous fluid or as an elastic solid. A fracture event usually occurs on a rather short time scale, thus the elastic response is important and linear elastic fracture mechanics can be used. The investigation of the stress intensity factor as a measure of crack tip loading is based on a 2-dimensional analysis of a single crack with a mode-I type load and additional body loads. This investigation is performed using configurational forces. Depth dependent density and temperature profiles are considered. The relevant parameters are obtained by literature, remote sensing data analysis and modeling of the ice dynamics. The criticality of wet surface cracks is investigated. (© 2011 Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim)