[发明专利]一种定点悬挂式冰厚、水位一体化连续监测装置

说明书

本发明涉及一种冰厚、水位一体化连续监测装置，属于水文监测技术领域。本发明的监测装置由避雷器、风力发电装置、三角钢塔、太阳能发电装置、安装基座、储能电池、回旋臂、空气耦合雷达传感器（内含发射机、接收机等）和集成控制箱（内含风光互补控制器、远程遥测开关、GPS模块、4G数传模块）等构成。安装连接完成，远程计算机通过GSM开启各控制模块，通过4G模块向雷达传感器发送相关参数，同时基于4G模块接收带有GPS时间标注的雷达图谱，根据雷达图谱记录的雷达波在空气中双程时间和在冰盖中双程时间∆t，利用公式（三）（四）自动计算雷达至冰盖上表面距离h和冰盖厚度∆h，利用公式（五）（六）自动计算冰盖上表面或自由水面高程H₁和冰盖下表面高程H₂。

技术领域

本发明属于水利行业中水文监测技术领域，尤其涉及一种冰厚、水位一体化远程连续监测装置。

背景技术

冰厚是指河道冬季结冰形成冰盖后，冰层上表面至冰层下表面的垂直距离。我国北方地区冬季河道、湖泊易结冰形成冰盖，如黑龙江河道、松花江河道、黄河宁蒙段河道等。

冰厚监测一般借助于冰钻和冰尺来完成，监测平均冰厚和最大冰厚(以厘米为单位)，特别是特殊地形处及位置处的冰厚，如水文测验断面处、河道弯道处、涉河建筑物处等。而利用该技术监测冰厚的最大缺点在于需要人工打冰孔测量，费时费力、自动化程度低，不能连续监测，威胁人员安全，特别是冰盖较薄处和冰塞形成的不稳定冰盖处的冰厚监测。

现有的热电阻法监测冰厚技术是一种利用温度传感器监测冰层温度梯度来推求冰层厚度的自动监测技术，该技术需要提前埋设温度传感器，劳动强度较大，仅能监测稳定冰盖期冰厚，不利于冰厚生消全周期和冰厚水位一体化连续监测，还不利于同一地点冰厚多年连续监测。

现有的水位监测技术多采用水尺或26GHz雷达水位计，该技术只能远程监测水位变化过程），在凌汛期只能监测到冰层上表面高程变化，不能监测冰盖生消变化过程，以及冰下水位变化过程，不利于北方河道、湖泊水文多要素全周期不间断连续监测。

发明内容

本发明的目的是提供一种定点悬挂式冰厚、水位一体化连续监测装置，应用该装置不仅可以在冰期监测冰表面高程、冰下水位及冰层厚度变化过程，而且还可以在非冰期监测自由水面变化过程，解决了北方河道、湖泊、渠道的冰厚、水位一体化监测难的问题，实现定点位置冰厚、水位变化全周期实时监测，为冰期和非冰期水文监测提供新模式和新技术。

本发明的技术方案如下。

一种定点悬挂式冰厚及水位一体化连续监测装置，主要包含避雷器（1）、风力发电装置（2）、三角钢塔（3）、太阳能发电装置（4）、安装基座（5）、储能电池（6）、回旋臂（7）、空气耦合雷达传感器（8）（以下简称“雷达”）、集成控制箱（9）等，其中。

所述集成控制箱（9）内安装有风光互补控制器（10）、远程遥测开关控制器（11）、GPS模块（12）、4G数传模块（13）等。

所述各组件安装及连接方式可参考附图1及附图2。

所述避雷器（1）可选用BLZ-800型避雷器，避雷器中圆球安装高度应比风力发电装置（2）的扇叶最高位置高出0.2m以上。

所述风力发电装置（2）选用何种输出功率采用公式（一）计算所得：

公式（一）

式中：P为输出功率（w）；t_i为安装地区i级风月平均天数（d）；w_i为安装地区i级风所对应的功率（w）。

所述（4）太阳能发电装置中选用何种型号电池板功率，可采用如下公式（二）计算所得：

公式（二）