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.     

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.     

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.     

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LabVIEW的冰情远程监测数据处理系统的设计与实现

针对自然条件恶劣的野外河道环境下冰情监测系统对采集数据连续性和设备实时控制的需求,基于TCP/IP技术和LabVIEW软件工具设计并研制了冰情远程监测数据处理系统.安装有冰情远程自动监测系统软件的监测中心上位机作为TCP服务器,实现了对远程数据的接收和对远程传感器的控制,利用LabVIEW的编程语言实现了对远程数据的处理,利用LabSQL工具包和Access数据库可以实现对冰情远程数据及后期处理结果的自动存储,并具有历史数据的查询功能,由于系统操作简便,可以大大降低操作人员的工作量.     

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.     

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.     

“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.     

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.     

Phase-Field Modeling and Numerical Simulation for Ice Melting

In this paper, we propose a mathematical model and present numerical simulations for ice melting phenomena. The model is based on the phase-field modeling for the crystal growth. To model ice melting, we ignore anisotropy in the crystal growth model and introduce a new melting term. The numerical solution algorithm is a hybrid method which uses both the analytic and numerical solutions. We perform various computational experiments. The computational results confirm the accuracy and efficiency of the proposed method for ice melting.     

Mathematical Model of Ice Melting on Transmission Lines

During ice storms, ice forms on high voltage electrical lines. This ice formation often results in downed lines and has been responsible for considerable damage to life and property as was evidenced in the catastrophic ice storm of Quebec recently. There are two main aspects, viz., the formation of ice and its timely mitigation. In this paper, we mathematically model the melting of ice due to a higher current applied to the transmission wire. The two dimensional cross-section contains four layers consisting of the transmission wire, water due to melting of ice, ice, and the atmosphere. The model includes heat equations for the various regions with suitable boundary conditions. Heat propagation and ice melting are expressed as a Stefan-like problem for the moving boundary between the layers of ice and water. The model takes into account gravity which leads to downward motion of ice and to forced convection of heat in the water layer. In this paper, the results are applied to the case when the cross-sections are concentric circles to yield melting times for ice dependent on the increase in intensity of the electrical flow in the line. This research has been supported in part by Manitoba Hydro and NSERC.     

基于光纤光栅测量静冰压力的应用研究

静冰压力是指冰层在升温膨胀受到约束的条件下,对约束体产生的压力.它是高寒地区水工建筑物的一种特殊载荷,也是冰科学和冰工程研究中最关键的物理指标之一.主要介绍了几种测量与确定静冰压力的方法及其存在的问题,并着重研究了适合测量静冰压力的光纤光栅传感器的工作原理和结构设计,提出了静冰压力在线检测系统的设计方法,解决了光纤光栅压力传感器的温度补偿问题.通过初步的研究表明,基于光纤光栅的静冰压力传感器具有尺寸小、分布式绝对测量、抗腐蚀能力强、抗干扰、适合于定点连续自动监测等优点.     

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.     

基于介质温度数值分布规律的冰盖厚度检测分析方法

针对水文预报领域冰层厚度检测过程中对空气与冰层、冰层与冰下水层的分界点难以判断的难题,提出了一种基于介质温度数值分布规律的冰层厚度检测分析方法.新方法在对空气与冰层、冰层与冰下水层的分界点进行分析判断时采用了聚类分析思想,通过采用改进属性归类规则的K-means算法,对采集到的空气、冰与水不同介质的温度数值分布数据进行分类,并对各自属性的温度梯度分布数据集合进行线性拟合,从各拟合曲线交点可以获得空气与冰层、冰层与冰下水层的分界点,进而计算出冰层厚度数值.采用这一方法对2014.12-2015.3内蒙包头黄河河道冰情采集数据进行分析,证明了新方法的可行性.     

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.     

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.