彩信图像监测技术在河道冰-水情远程无人监测中的应用

针对黄河中上游冰凌灾害预报系统的建设,设计研制了黄河河道冰、水情图像远程无人自动监测系统.该系统基于GPRS移动通信中彩信图像数据传输技术,利用单片机控制摄像探头采集和压缩黄河河道现场冰情图像信息,通过GPRS网络以彩信格式发送到用户手机,实现了对黄河河道冰情图像的无线远程实时监测.该系统可以使冰情检测人员在移动过程中随时获取河道实时冰情图像信息,更加适合野外环境下冰凌灾害预防的监测与预报,具有较大的工程应用价值.     

基于3G网络的河道冰凌图像遥测系统设计与冰凌密度分析

设计了一种适用于野外无供电条件下的河道冰凌图像远程遥测系统,介绍了系统的整体结构、运行模式和关键电路的构成以及图像处理模块的选型.设计系统可以通过3G无线网络将上位微机图像监测控制命令传送到河道现场,可以实时控制现场控制摄像头的旋转角度、方向及焦距,实现对被监测河道区域冰凌图像的多视角实时在线监测;系统上位微机管理软件对接收到的冰凌图像信号经过动态阈值分割算法处理,可获得观测区域河道水面冰凌密度数值.     

基于亮度均衡化的图像阈值分割技术在黄河冰凌监测中的应用

一种基于亮度均衡化的图像阈值分割算法被提出.该算法将冰凌图像亮度数据均衡化,以类间方差最大为标准,求得最佳阈值,并将冰凌图像转化为二值图像,通过冰凌像素统计,最终确定冰凌密度.该算法被应用于黄河河道冰凌图像密度的计算中,取得较好的效果.     

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.     

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.     

基于Zigbee与GPRS网络数据传输技术的黄河河道断面冰水情多点自动监测系统设计与应用

基于空气、冰与水物理特性差异的冰情检测方法是一种可以实现对检测点垂直柱面冰层内部物理状态连续在线检测的新型冰情检测方法.方法由于受测试点的局限,仅仅实现了对河道断面的单点取样数据采集,无法掌握河道断面整体冰生消变化的过程,在工程应用中受到限制.结合黄河冬季冰情现场实验的需求,在原有基于空气、冰与水物理特性差异的冰情检测系统基础上,融合了Zigbee和GPRS网络数据传输技术设计了一套黄河河道断面冰水情多点自动监测试验系统.现场试验结果表明,系统实现了对河道断面多点数据的连续实时采集和传输,可以满足工程中对河道断面多点实时监测的需求.     

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.     

基于ANDROID的LTE冰水情自动监测客户端设计

在冰水情信息监测工作中,数据实时远程传送和现场远程实时监控、告警是能否准确实现预测、报警的关键因素.随着通信技术的发展,LTE(第四代移动通信技术)系统已大规模商用,在基于LTE网络架构的冰水情灾害自动监测设备中,利用大带宽高传输速率的优势,视频、图像数据的实时传送成为现实.在应用中,远程智能手机客户端的开发成为一个重要问题.基于Android(安卓手机操作系统)系统的LTE冰水情自动监测客户端具备较强的稳定性、可靠性、可移植性,能够在很好的在满足用户移动性的同时,实现远程监控、告警功能.能够为LTE冰水情灾害自动监测设备远程用户端提供一个有效的解决方案.     

基于冰情检测环境的无线传感器网络路由协议研究

结合冰凌测报无线传感器网络中传感器节点能量受限、节点随着冰凌的产生与流动会出现在河道断面局部观测区域的冰凌测报无线传感器网络拓扑结构不断变化这一特性,提出了对贪婪周边无状态路由协议GPSR的改进策略GFSRI(GPSR-Improved),改进算法中采用图论模型,借助网络模拟器NS2(Network Simulator 2),对GPSR算法以及改进的路由策略GPSRI进行了模拟仿真实验,对路由算法中涉及到的关键参数的相关实验数据进行了处理分析.模拟仿真实验及评估结果表明,GPSRI在数据包转发的路由跳数、源和目的节点间端到端的传输时延方面与GPSR相比有较大的性能改进.     

基于LTE网络架构的冰水情自动监测系统

冰水情信息监测是水情灾害监控信息的基础,是预报、防汛抗旱决策的重要依据.在冰水情灾害监测工作中,利用数据采集、远程监控实现对当前信息进行实时分析、报警十分重要.利用2G、3G技术的监控系统存在带宽资源不足、传输速率不够等问题,已不能满足当前发展的需求.随着通信技术的变革,LTE(Long Term Evolution-长期演进技术)网络已完成大规模商用部署,将LTE系统应用于冰水情灾害监测工作中,开发基于LTE系统的监测装置,实现监测数据、图像、视频通过LTE网络向客户端的实时传输,利用LTE系统大带宽高传输速率的优势,能够解决2G、3G监控系统资源不足的问题,更好的完成冰水情信息的远程实时监控.     

电容感应式冰厚监测系统在南极海冰监测中的应用

为了实现对南极的实时自动化监测,设计并研制了电容式冰厚监测系统,系统于2012年3月至8月对南极中山站附近的近岸海冰进行了连续6个月的厚度自动化监测,通过对监测数据的对比分析,得到了监测系统的准确度与相对偏差.结果证明系统用于高精度定点监测海冰厚度是可行的,并对系统监测南极海冰的不足与今后改进研究的内容进行了讨论.     

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.     

黑龙江漠河地区冰雪情自动监测系统的设计与应用

基于空气、冰、雪与水物理特性的差异,设计了适应高寒地区内陆河道冰雪情定点自动检测的传感器和数据采集系统设备.该系统被安装在黑龙江省漠河县北极村水位站黑龙江河道断面,进行了3个半月的冰雪情定点连续监测,获取了系统的黑龙江河道内部冰水情以与积雪深度现场数据.采集数据完整地反映了黑龙江河道冬季冰层和雪层生消变化过程,为分析高寒地区冬季冰雪情变化规律以及春季凌汛预警提供了科学的预测数据,并探索出了一种适合野外恶劣环境下工程应用的冰雪情检测方法和系统设备.     

“最小二乘法变点冰水情数据处理算法”的研究与应用

将非线性统计学中的变点分析方法应用于基于空气、冰与水的物理特性差异实现冰水情自动检测过程的现场数据处理中,提出了利用被测物质物理参数的动态变点替代经验阈值来确定空气、冰与水界面位置的"最小二乘法变点冰水情数据处理算法",较好地解决了原始采样数据中奇异值引起误判的工程难题,提高了冰情数据分析的准确度.利用该算法对黄河河道现场冰水情采集数据进行分析,得到了较准确的结果,实现了对冰层生消全过程的自动监测.     

BP神经网络非线性组合预测模型在海洋冰情预测中的应用

针对海洋冰情灾害的非线性复杂问题，目前已提出了多种模型对其进行预测。在此基础上，根据神经网络的非线性和良好的函数逼近特性，提出用基于BP神经网络的非线性组合预测（NN-NLCF）模型来预测海洋冰情灾害。结果表明，NN—NLCF模型与海洋冰情的非线性特性相契合，它综合利用了参与组合的多种预测模型的有效信息，因而能更客观地反映海洋冰情的发展趋势，预测结果更为稳健、精度更高，在其它自然灾害时序预测中具有一定的推广应用价值。