基于LabVIEW的冰情远程监测系统设计与实现

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黄河是我国第二大内陆河,奔流不息的黄河水孕育了历史悠久的中华文明。但是,由于黄河独特的地理环境,她也给黄河中上游流域地区,包括宁、蒙、晋、陕数省区在冬春季节带来冰凌灾害的严重威胁。冰凌灾害一旦发生,沿河各省区将会面临巨大的经济财产损失,防范冰凌灾害已成为我国北方地区尤其是黄河地区水文预报面临的一项重大挑战。为了有效预防黄河冰凌灾害的发生,在黄河易于形成冰坝冰塞的河段开展实时有效的冰情、冰凌连续自动监测是国家防汛减灾系统黄河冰凌灾害预报系统建设的一项重要内容。本文是作者所在课题组与水利部黄河水利科学研究院黄河防汛抢险研究所合作开展黄河冰情自动监测系统研发与现场试验过程中,根据黄河冰情检测现场试验的实际需求,在国家自然科学基金项目“基于空气、冰与水物理特性差异的冰层生消过程与力学强度连续在线检测原理研究(项目编号:5127922)”资助下,完成了“基于LabVIEW的冰情远程监测系统”的设计与远程监测试验。该系统采用了基于空气、冰与水物理特性差异的冰情检测方法,融合了相关的视频图像理论、计算机、新型传感器与数据通信等专业技术,依托LabVIEW软件平台设计了冰情现场图像数据的远程实时传输以及整个检测系统的自动化远程操作,实现了对黄河内蒙画匠营子河段的远程冰情数据与图像监测。结合本系统的设计与试验应用,本文主要完成了如下研究内容:1、介绍了本课题的立项背景及意义,通过查阅相关文献,分析总结了当前国内外冰情检测技术的研究动态,选取了本课题冰情监测采用的主要技术方法,确定了论文研究的内容。2、根据工程现场的相关需求,设计并研制了具有自动变焦与云台控制、视频与冰情数据采集传输功能的冰情远程监测系统。3、通过对现有移动通信远程数据传输模式的分析、对比,选定了基于GPRS数据分组传输与互联网的冰层厚度数据远程传输模式与基于3G数据传输与互联网的冰情视频图像数据远程传输模式,分析了数据远程传输模式的特点,选定了阿尔泰公司的A-GPRS1090I与今可视公司的3G视频服务器作为相应的数据远程传输模块,设计了冰情远程监测系统的数据传输电路结构。4、利用LabVIEW软件平台,设计了具有冰层厚度信息存储数据库结构的冰情远程监测系统监测中心系统管理软件,实现了对黄河河道现场冰层厚度数据与视频图像数据的远程接收以及冰层厚度数据的自动筛选、自动处理,自动存储等后期处理功能。5、利用研制的冰情远程监测系统对黄河内蒙河道现场冰情采集数据,包括冰层厚度数据,视频图像数据进行了远程传输与后期处理试验,对实验数据进行了分析研究。6、结合整个系统的设计过程与试验数据分析结果,总结了系统的特点与不足,提出了系统今后改进、完善的建议。本论文所设计系统可以为我国的黄河冰凌灾害预报系统的建设提供一种能够同时对封冻期冰层厚度与开河期冰凌图像同步进行远程实时监测的工业应用型系统参考结构。
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