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.     

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.     

基于冰与水等效电阻值差异的冰情检测原理及其在河冰检测中的应用

通过实验分析了冰在生长与消融过程中所表现出的电阻特性,提出了冰随温度变化呈现出的低阻区与高阻区现象.在此基础上介绍了"基于空气、冰与水的等效电阻值差异的冰情检测原理",以及基于这一原理设计的"R-T冰水情自动检测传感器",通过对传感器在中国北方地区黑龙江河河道冰情现场检测中的采集数据分析,提出了冰结构对冰等效电阻的影响效果.     

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.     

R-T冰情检测传感器在黑龙江漠河河道冬季现场冰情连续自动观测中的应用

介绍"基于空气、冰与水的等效电阻值差异的冰情检测原理",以及基于这一原理设计的"R-T冰雪情自动检测传感器"及其冰雪情观测系统结构.2013.12—2014.4采用该传感器成功地在中国北方最高纬度地区黑龙江省漠河县北极村河道进行了冰雪情现场连续定点观测,并对现场获取的系统采集数据进行了分析.     

基于光纤位移检测原理的静冰压力传感器的设计与研究

在高纬度地区冬季结冰期,水电大坝、水库等水工建筑物要承受由于温度变化引起冰体积膨胀而产生的静冰压力的挤压,如果对静冰压力估计不足,水工建筑物往往会遭受严重损坏.提出了一种基于光纤位移检测原理的静冰压力传感器结构,介绍了静冰压力传感器机械结构与数据处理电路的设计思路和工作原理,分析了静冰压力与冰层厚度和冰层温度的关系,对传感器的现场实验数据进行了初步的分析.     

基于光纤位移检测原理的静冰压力传感器的设计与研究北大核心

在高纬度地区冬季结冰期,水电大坝、水库等水工建筑物要承受由于温度变化引起冰体积膨胀而产生的静冰压力的挤压,如果对静冰压力估计不足,水工建筑物往往会遭受严重损坏.提出了一种基于光纤位移检测原理的静冰压力传感器结构,介绍了静冰压力传感器机械结构与数据处理电路的设计思路和工作原理,分析了静冰压力与冰层厚度和冰层温度的关系,对传感器的现场实验数据进行了初步的分析.     

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.     

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.     

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.     

黄河小型清沟封冻过程现场模拟实验与实测数据分析

利用黄河封冻阶段的冰层,开16m2敞流水面模拟清沟,通过雷达测冰厚的方法,观测敞流水面因冰花封冻过程,并测量敞流水面封冻后冰盖厚度分布,并用费氏台观察冰晶体结构.通过将实测冰厚数据绘成等高线图以及冰厚剖面图,证实封河过程中,由周边向中间封冻的清沟除了与冰冻度日有关外,还与清沟下水流速度和方向以及冰花含量有关.水流携带冰花流至清沟时,冰花会漂浮在清沟中.由于水的粘性作用,水流使清沟中的水起动,然后冲击下游冰壁引起涡旋.涡旋场在清沟上游形成较平静区域,可以积累大量冰花;而在下游冰壁处水体运动活跃,冰花无法堆积.经过长时间冻结,上游处冰花被冻结成为较厚的冰花冰,而下游逐渐冻结成较薄的冰花冰.之后,柱状冰在冰花冰下开始生长.最后经过1个月的冻结,形成了敞流水面下游处冰较薄,上游处冰较厚的非对称冻结厚度分布,并在与水流垂直的方向表现为对称冻结厚度分布.     

基于核和测度的区间灰数预测模型

区间灰数的确定与其核和测度有关,通过计算灰数的核和测度,将区间灰数转变成实数.分别对区间灰数核序列和测度序列建立预测模型,再推导还原得到区间灰数的预测模型.并将此模型应用于黄河内蒙段巴彦高勒站冰期日均流量预测,结果验证了所建模型的有效性和实用性.     

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.