论文摘要
本论文是在2009年度高等学校博士学科点专项科研基金“基于空气、冰与水的物理特性差异检测方法在冰水情信息全天候自动监测领域的应用机理研究（项目编号：20091402110004）”和2009年山西省研究生优秀创新项目“GSM/GPRS黄河河道冰、水情及冰凌灾害远程遥测系统的研制（项目编号：80010402100171）”的资助下,结合黄河河道断面冰水情自动测报系统的设计要求,进行的一项技术应用研究。黄河是我国的第二大河流,孕育了中华民族五千年的文化；而黄河自古就有“伏汛好抢,凌汛难防”以及“凌汛决口,河官无罪”之说。历年以来,黄河凌汛灾害给沿河地区人民的生命财产安全带来了严重的威胁与巨大的损害。因此,实现黄河河道冰水情信息的自动测报为国家的防凌工程提供准确、连续的河道冰水情信息有着极其重要的意义。论文作者同课题组成员通过查阅大量相关资料以及多次现场调研,分析了太原理工大学测控技术研究所研制的“基于空气、冰与水电阻特性差异的冰层厚度传感器”在多次工程应用中表现出来的优缺点,结合GPRS移动通信以及ZigBee无线技术,对原有冰层厚度传感器进行了改进,并研制出一套适合冬季黄河河道冰水情信息获取的自动测报系统。论文研究的内容主要包括以下几个部分：1.通过查阅大量资料,对国内外检测冰层厚度的现状进行了详细的分析与研究,针对黄河河道冰水情检测的实际情况,系统选用了基于空气、冰与水电阻特性差异检测原理实现对冰层内部物理状态进行实时测量的冰层厚度传感器作为冰情信息采集传感器。2.对原有冰层厚度传感器在多次工程应用中暴露出的问题进行了分析和研究,改进了冰层厚度传感器的物理结构和信号处理电路,增加了温度梯度辅助判断的功能,制作成R-T（电阻-温度梯度）冰层厚度传感器。3.针对黄河河道断面冰水情自动测报系统的设计目标,设计了冰水情自动测报系统的智能处理仪,并于2009年12月-2010年3月在黄河内蒙头道拐水文站河道断面采用新型的冰水情采集系统进行了单点连续自动监测试验,在试验过程中改进了冰层厚度判断算法,获取了黄河河道冰水情数据。实现了对黄河冰水情的数据采集、处理与远程无线传输。4.在黄河现场试验的基础上,结合河道流域监测的特点与需求,研究了ZigBee无线网络技术及其数据通信协议栈,对利用R-T冰层厚度传感器实现黄河河道断面的组网监测进行了初步研究,提出利用ZigBee无线网络技术实现黄河河道断面冰层厚度传感器之间的数据传输技术方案。本论文设计的单点冰水情自动测报系统于2009年12月成功安装在黄河内蒙头道拐水文站河道断面,首次在黄河封冻期间对河道冰水情进行了连续自动监测试验。试验期间,系统运行状态良好,完成了对黄河河道单测点冰水情信息的连续自动检测、存储与远程无线发送；监控中心自动接收的冰水情数据与现场人工测量数据比对结果基本一致,达到了冰水情自动测报系统的设计指标；论文提出的基于ZigBee技术对黄河河道断面冰水情自动测报的技术方案为解决河道流域大面积范围内冰水情自动检测的工程难题提供了一种可行的技术思路。通过对工程现场采集数据和设备运行状态的分析,也发现了系统设计中存在的问题和不足,为系统的进一步完善指明了方向。