基于被测介质物理特性差异的冰情检测方法及其在黑龙江漠河河道的应用

基于被测介质物理特性差异的冰情检测方法是由太原理工大学冰情检测课题组于2004年提出的一种新的冰情检测方法,对方法的基本原理进行了介绍并与传统的冰情预测方法进行了比较.论文介绍了新的冰情检测方法在黑龙江漠河河道段冰雪情现场试验的情况,试验结果表明,基于被测介质物理特性差异的冰情检测方法可以实现对冰层内部物理参数(如等效电阻,温度梯度分布等)连续观测,根据2015年测得的数据首次提出"预开河特征现象",从而可以为内陆河道封冻期冰情变化实时监控、开河前冰凌灾害的实时预报提供一种可行的工程检测方法.     

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.     

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.     

寒区冰情传感器保温系统的设计

保证冰情检测系统能够在极低温野外环境下能够正常工作是水文测报应用领域的一个难题.结合"基于空气、冰与水物理特性差异的冰情检测系统"特点设计了低功耗冰情检测系统保温专用电路,介绍了低功耗加热、保温、智能温控以及对蓄电池的电路处理方法,整个系统在野外环境下,通过40W太阳能板供电电源供电,便可实现在无人值守的低温恶劣环境下长期连续自动工作.2013.12.23-2014.4.3该系统在在黑龙江漠河段河道连续进行了野外现场连续数据采集试验,系统保温效果良好,数据采集性能稳定可靠,对一般的野外冰情监测系统设备冬季保温具有参考价值.     

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.     

同面多极电容感应式冰层厚度传感器的设计及应用

同面多极电容感应式冰层厚度传感器是基于空气、冰与水不同的介电特性,通过对空气层、冰层和冰下水层电容值进行分层测量,从而实现对冰层厚度与水位高度自动检测的一种新型冰情检测传感器.主要融合了单片机技术和电子信息采集,处理,转换技术.利用Maxwell软件对其机理进行仿真,对实验数据进行分析,论证了同面多电极电容感应式冰厚传感器的测量原理;通过分析该传感器在黄河内蒙段的现场检测数据,证明该传感器具有准确度高、误差小、稳定等优点,并能在低温、辐射和强烈振动等恶劣环境下工作,非常适合野外环境中使用.     

黄河万家寨水利枢纽水库冰情定点连续自动监测系统的设计与应用

基于空气、冰与水的物理特性差异实现对冰水情连续自动检测的原理,作者设计、研制了适应高寒地区水电大坝冰情定点连续监测的冰水情自动检测传感器与信号采集系统,通过在黄河万家寨水利枢纽水库现场对冰情近4个月的冬季连续试验,获取了水库冰层内部系统的冰水情数据,采集数据客观反映了水库库区监测点冰层生消变化的规律,为确保引黄入晋工程的安全运行,也为高寒地区河道与水电大坝的冰情预警提供了一种可行的检测方法与设备.     

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.     

基于粒子群-支持向量机定量降水集合预报方法

首先对ECMWF不同物理量场预报因子群进行自然正交展开,选取能充分反映每个预报因子场主要信息的第一主分量作为模型输入.进一步利用粒子群算法对支持向量回归机的相关参数进行优化,以南宁市8个气象站单站逐日降水作为预报对象,建立粒子群-支持向量回归集合预报模型,进行单站逐日降水的数值预报产品释用预报方法研究.利用模型对2015年5-6月南宁市8站进行了逐日降水预报业务试验,结果表明,模型具有较好的预报效果.并提出了利用隶属函数建立可信度函数对不同的预报模型进行评价.