定点式全天候凌情动态数据采集技术及装备

▲技术原理

探地雷达是悬挂式冰厚检测雷达系统的核心组件，用于检测冰厚，及水面/冰面距雷达的距离。远程计算机通过4G网络向雷达发送参数（采样点数、采样频率、累加次数、采集间隔时间等），雷达回传数据后，通过冰面和冰水分界面进行层位追踪算法算法自动分析冰厚、水面/冰面距雷达距离。层位追踪是雷达数据剖面中，根据反射波的波形与强度特征，通过同相轴的追踪，获得冰厚、水面/冰面距雷达距离的变化情况，其基础是提取反射层，识别同一地层反射波的标志为同相性、相似性等。

对于冰凌密度提取，是先通过摄像设备取得单帧视频图像，然后对单帧图像进行二值化处理，分割出冰凌所在区域，最后统计得出冰凌的密集度；对于冰凌流速提取，是通过摄像设备取得视频图像序列，然后提取各图像的特征点位置并计算移动距离，最后根据间隔时间计算得出冰凌的流动速度。

▲技术特点

该技术装备是一套采用先进设计理念、集成多项先进传感器、监测能力突出的特种冰凌监测设备，具备全天候观测能力；本次研发解决了4个技术难点：空气耦合地质雷达，25m超长悬挂横杆（可旋转悬臂斜拉柔性结构），一体化太阳能低温供电通讯，机器人工智能跟踪识别；突破了非接触式连续测量水位、冰厚的技术瓶颈，技术水平和监测能力达到国际领先水平。

▲技术指标

（1）监测指标：水位、冰厚、水温、冰温、流凌密度、流凌速度等凌汛要素的在线采集；

（2）测量要素达到的精度分别为：水位±0.01m，冰厚±0.01m，水温±0.2℃，冰温±0.2℃，流凌密度±5%，流凌速度±0.02m/s。

▲应用范围及前景

本技术提供一种定点悬挂非接触式冰厚、水位一体化连续监测装置。应用该装置，不仅可以在凌汛期监测冰表面高程、冰下水位及冰层厚度变化过程，而且还可以全年监测、监视自由水面或冰面的变化过程，解决了北方河道、湖泊、渠道的冰厚、水位一体化监测难题，实现了定点位置冰厚、水位变化全周期的实时监测，为冰期水文监测提供新模式和新技术。

该设备于2019年11月15日至20日，联合黄河万家寨水利枢纽有限公司、大连中睿科技公司相关技术人员，在内蒙古托克托什四份弯道安装成功。设备可对环境温度、冰水面温度、水位、冰厚等相关参数及冰凌形成全过程进行实时监测；通过云台视频监控可以定时拍照录像，实现视觉河流与监控数据的无缝对接，为黄河防凌及科学研究提供数据支撑。

本次设计研发的固定非接触式凌情远程实时监测技术及设备，集成了悬挂式空气耦合地质雷达、高清红外夜视视频、非接触式测温等传感器，组成为一体化设备、共享1套4G通信传输和风光互补供电，可进行冰凌速度、流凌密度、冰厚、水位等各种水文要素原位连续自动实时测量，为冰期水文远程监测、观测提供新的模式和技术。

▲持有单位信息

持有单位：黄河水利委员会黄河水利科学研究院 

联系人：张宝森

电话：13323811918