[发明专利]一种静水环境下近岸冰层厚度监测系统及监测方法

权利要求书

1.一种静水环境下近岸冰层厚度监测系统，其特征在于，包括用于冰厚监测数据显示、查询、检索和分析的中心站、电源装置、测控通讯装置和冰厚测量装置；

所述测控通讯装置与冰厚测量装置及电源装置采用电缆连接，所述测控通讯装置与中心站采用无线通讯连接；

冰厚测量装置包括冰上表面高程测量仪、水下固定平台和冰下表面高程测量仪；所述冰上表面高程测量仪安装在岸边固定的支架上，所述冰上表面高程测量仪的安装高度保证冰层上表面都在最佳量程范围之内；所述水下固定平台固定安装在岸坝或库底，并使得其上安装的冰下表面高程测量仪处于冰下表面可能最低高程以下的水中；

所述冰下表面高程测量仪安装在水下固定平台上，包括能正反绕尺电机、编码盘、带尺及浮子；所述正反绕尺电机、编码盘通过带尺传动，带尺的一端固定并缠绕在电机转轮上，中间段嵌绕在编码盘1/3圆弧上，另一端与浮子相连，带尺能随着电机的转轮转动而带动编码盘同步转动。

2.根据权利要求1所述的静水环境下近岸冰层厚度监测系统，其特征在于，还包括电源装置和移动终端；所述电源装置为测控通讯装置和冰厚测量装置供电；所述移动终端包括内置APP，与中心站的云平台以及测控通讯装置之间采用无线通讯连接，通过上述APP能实时查看系统工作状态和冰厚数据，并在设备故障时自动报警。

3.根据权利要求1所述的静水环境下近岸冰层厚度监测系统，其特征在于，

所述测控通讯装置包括测量控制模块、无线通讯模块、信号控制电源电缆，所述信号控制电源电缆用于供电、水下电机控制和冰上下仪器信号采集，并能将冰上表面高程测量仪和冰下表面高程测量仪测得的高程数据传输到测量控制模块进行边缘计算，并将计算结果根据中心站命令、测量控制模块自身设置或移动终端请求发送至中心站或移动终端；所述测量控制模块根据中心站发送的指令、自身内部设置或移动终端的请求，控制电源装置以及冰厚测量装置的运行。

4.根据权利要求1所述的静水环境下近岸冰层厚度监测系统，其特征在于，所述冰下表面高程测量仪在水底至少设置一个，所述冰下表面高程测量仪还包括拉力传感器和触点开关；

所述拉力传感器安装在带尺和浮子之间，所述触点开关安装在浮子顶端。

5.根据权利要求1所述的静水环境下近岸冰层厚度监测系统，其特征在于，所述正反绕尺电机包括转轮，所述转轮表面与带尺端固定连接，转轮上带尺绕叠起来的尺盘两侧边带有限位挡板。

6.根据权利要求1所述的冰层厚度监测系统，其特征在于，所述带尺材料为PER材料，且在所述带尺两侧边内部沿着带尺长度的延伸方向设置加强不锈钢丝。

7.根据权利要求1所述的静水环境下近岸冰层厚度监测系统，其特征在于，所述带尺内嵌入信号电缆，用于实时监测并传输带尺的张拉力和触点通断信息。

8. 根据权利要求1所述的静水环境下近岸冰层厚度监测系统，其特征在于，所述带尺中部沿着带尺长度的延伸方向开有定位孔，所述定位孔孔心定位精度为0.1 mm，孔心间距离为10 mm；所述编码盘带有齿轮，所述齿轮与定位孔相匹配。

9.一种静水环境下近岸冰层厚度监测方法，其特征在于，用于权利要求1～8任一所述的冰层厚度监测系统，包括如下步骤：

计算冰上表面高程H_A：通过冰上表面高程测量仪发射面的高程H_仪器和冰上表面高程测量仪测得冰上表面到发射面距离L_仪器，计算得到冰上表面高程H_A，计算公式为：

H_A=H_仪器-L_仪器 （公式1）

计算浮子上升高度L：初始状态或测量结束浮子复位后，编码盘的读数为L₁，测量结束后，浮子上端触点开关触碰到冰下表面时编码盘的读数为L₂，计算浮子上升高度L，计算公式为：

L=L₂-L₁ （公式2）

计算冰下表面高程H_B：根据水下固定平台高程和浮子复位时的位置得到浮子复位时上表面的高程H_复位和浮子上升高度L，计算得到冰下表面高程H_B，计算公式为：

H_B=H_复位+L （公式3）

计算冰层厚度：根据上述冰上表面高程H_A和冰下表面高程H_B，计算得到冰层厚度D，计算公式为：

D=H_A-H_B （公式4）。