机载雷达在黄河稳封期冰厚测量中的应用
发布时间：2021-11-26 18:18
为提高稳封期河道冰厚的测量效率,利用机载雷达对黄河内蒙古什四份子弯道进行了冰厚测验,并与量冰尺实测冰厚进行了对比。结果表明,什四份子弯道稳封期凹岸一侧冰厚范围在50～90 cm左右,比凸岸一侧冰厚约厚10～30 cm;清沟两侧冰厚分布一致,平均约50 cm,离清沟越近冰厚越小。机载雷达的测冰效果,平封冰盖最好（绝对误差小于5 cm）、立封冰盖次之、堆积冰盖最差,雷达实测冰厚与量冰尺实测冰厚的标准差为0.039 4,随机不确定度为7.88%,满足冰厚观测规范要求。机载雷达能快速对较大尺度的冰厚区域进行连续测量,极大地提升了冰厚的测验效率,可应用于黄河稳封期的冰厚测验。
【文章来源】：水利水电科技进展. 2020,40(03)北大核心CSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
机载雷达测冰
2019年1月10—13日在什四份子弯道进行了冰厚原型观测,试验共设定4个测量断面(图1,顺水流方向依次为断面1、断面2、断面3、断面4,断面4为弯道出口处的清沟断面,距离断面3下游约300 m)。除清沟断面外,利用钻冰机及冰穿对其余3个断面沿河宽方向进行原位钻孔,每孔间隔20 m(近岸部分设为10 m),3个断面共计58孔。利用ADCP测量冰孔下垂线流速、水深及冰花厚(ADCP需穿透冰花层才有数据进而能反映冰花厚),单孔测流历时60 s并做均值处理,同时用量冰尺(测量精度毫米级)量测冰厚、水浸冰厚等指标。利用机载雷达记录各冰孔的坐标信息,使其飞行航线与预设断面重合,保证冰厚观测过程能覆盖整个断面,测冰现场如图2所示。飞行试验共计2个测次,分别从断面1起飞至断面3回航、断面2起飞至断面4回航。由于人工目视误差,冰厚测量断面并非直线,但对测验结果无影响。将雷达实测冰厚与量冰尺实测冰厚的结果进行对比分析,评价机载雷达在黄河冰厚测量中的应用效果。图2 机载雷达测冰
应用机载雷达在黄河什四份子弯道开展冰厚测验,并对测冰结果进行解译(图3)。雷达波形经滤波增益处理后,由于不同介质的介电常数差别较大,因此雷达波对于介质的区分度较高。当无人机悬停在冰面(岸冰)上时,雷达信号维持不变;当无人机正常工作时,雷达信号出现了明显的分层现象,特别是在介质条件发生变化时,雷达信号的“突变”效果最为明显,如试验中遇到的清沟;由于只有空气-水界面,因此雷达波的面层仅有一层。显然,机载雷达能清楚地对空气-冰、冰-水界面进行区分,同时对于地物、冰水交界、冰岸交界及清沟也能准确识别。通过层位追踪(一般选取负峰)手段,将空气-冰界面、冰-水界面沿整个断面进行追踪识别,辅以人工修饰,两层间的距离即为所测冰层厚度。此外,在机载雷达起飞-降落过程中,通过摄像头采集同步视频,断面冰厚的测量细节被良好地记录下来,可帮助数据提取及冰厚变化过程分析。机载雷达一次飞行(一个测次)时间控制在6～9 min,极大地提高了河道冰厚的测验效率。2.2 测验效果
【参考文献】：
期刊论文
[1]2000-2016年青海湖湖冰物候特征变化（英文）[J]. 祁苗苗,姚晓军,李晓锋,段红玉,高永鹏,刘娟. Journal of Geographical Sciences. 2019(01)
[2]东昆仑山煤矿冰川雷达测厚及冰储量估算[J]. 李亚楠,李真,王宁练. 冰川冻土. 2018(01)
[3]伊丹河输水河道封冻期冰情演变数值模拟[J]. 樊霖,茅泽育,齐文彪,刘树峰. 水利水电科技进展. 2017(06)
[4]冰水情一体化双频雷达测量系统[J]. 刘之平,付辉,郭新蕾,王涛,崔海涛. 水利学报. 2017(11)
[5]黄河河道冰层雷达波特征图谱的现场实验研究[J]. 张宝森,张防修,刘滋洋,韩红卫,李志军. 南水北调与水利科技. 2017(01)
[6]黄河什四份子弯道河冰生消及冰塞形成过程分析[J]. 赵水霞,李畅游,李超,史小红,赵胜男. 水利学报. 2017(03)
[7]利用探地雷达探测黄河弯道及桥墩周围冰层厚度[J]. 曹晓卫,李春江,颜小飞,吴一帆,李志军. 南水北调与水利科技. 2016(06)
[8]雷达技术在水文冰厚测量上的应用试验[J]. 刘晓凤. 水文. 2016(04)
[9]冰体力学本构模型的构建[J]. 孟闻远,郭颍奎. 水利水电科技进展. 2015(04)
[10]黄河内蒙古段冰情预报系统的开发[J]. 卞雪军,冀鸿兰,姜新华,高瑞忠. 水利水电科技进展. 2014(04)
本文编号：3520682
【文章来源】：水利水电科技进展. 2020,40(03)北大核心CSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
机载雷达测冰
2019年1月10—13日在什四份子弯道进行了冰厚原型观测,试验共设定4个测量断面(图1,顺水流方向依次为断面1、断面2、断面3、断面4,断面4为弯道出口处的清沟断面,距离断面3下游约300 m)。除清沟断面外,利用钻冰机及冰穿对其余3个断面沿河宽方向进行原位钻孔,每孔间隔20 m(近岸部分设为10 m),3个断面共计58孔。利用ADCP测量冰孔下垂线流速、水深及冰花厚(ADCP需穿透冰花层才有数据进而能反映冰花厚),单孔测流历时60 s并做均值处理,同时用量冰尺(测量精度毫米级)量测冰厚、水浸冰厚等指标。利用机载雷达记录各冰孔的坐标信息,使其飞行航线与预设断面重合,保证冰厚观测过程能覆盖整个断面,测冰现场如图2所示。飞行试验共计2个测次,分别从断面1起飞至断面3回航、断面2起飞至断面4回航。由于人工目视误差,冰厚测量断面并非直线,但对测验结果无影响。将雷达实测冰厚与量冰尺实测冰厚的结果进行对比分析,评价机载雷达在黄河冰厚测量中的应用效果。图2 机载雷达测冰
应用机载雷达在黄河什四份子弯道开展冰厚测验,并对测冰结果进行解译(图3)。雷达波形经滤波增益处理后,由于不同介质的介电常数差别较大,因此雷达波对于介质的区分度较高。当无人机悬停在冰面(岸冰)上时,雷达信号维持不变;当无人机正常工作时,雷达信号出现了明显的分层现象,特别是在介质条件发生变化时,雷达信号的“突变”效果最为明显,如试验中遇到的清沟;由于只有空气-水界面,因此雷达波的面层仅有一层。显然,机载雷达能清楚地对空气-冰、冰-水界面进行区分,同时对于地物、冰水交界、冰岸交界及清沟也能准确识别。通过层位追踪(一般选取负峰)手段,将空气-冰界面、冰-水界面沿整个断面进行追踪识别,辅以人工修饰,两层间的距离即为所测冰层厚度。此外,在机载雷达起飞-降落过程中,通过摄像头采集同步视频,断面冰厚的测量细节被良好地记录下来,可帮助数据提取及冰厚变化过程分析。机载雷达一次飞行(一个测次)时间控制在6～9 min,极大地提高了河道冰厚的测验效率。2.2 测验效果
【参考文献】：
期刊论文
[1]2000-2016年青海湖湖冰物候特征变化（英文）[J]. 祁苗苗,姚晓军,李晓锋,段红玉,高永鹏,刘娟. Journal of Geographical Sciences. 2019(01)
[2]东昆仑山煤矿冰川雷达测厚及冰储量估算[J]. 李亚楠,李真,王宁练. 冰川冻土. 2018(01)
[3]伊丹河输水河道封冻期冰情演变数值模拟[J]. 樊霖,茅泽育,齐文彪,刘树峰. 水利水电科技进展. 2017(06)
[4]冰水情一体化双频雷达测量系统[J]. 刘之平,付辉,郭新蕾,王涛,崔海涛. 水利学报. 2017(11)
[5]黄河河道冰层雷达波特征图谱的现场实验研究[J]. 张宝森,张防修,刘滋洋,韩红卫,李志军. 南水北调与水利科技. 2017(01)
[6]黄河什四份子弯道河冰生消及冰塞形成过程分析[J]. 赵水霞,李畅游,李超,史小红,赵胜男. 水利学报. 2017(03)
[7]利用探地雷达探测黄河弯道及桥墩周围冰层厚度[J]. 曹晓卫,李春江,颜小飞,吴一帆,李志军. 南水北调与水利科技. 2016(06)
[8]雷达技术在水文冰厚测量上的应用试验[J]. 刘晓凤. 水文. 2016(04)
[9]冰体力学本构模型的构建[J]. 孟闻远,郭颍奎. 水利水电科技进展. 2015(04)
[10]黄河内蒙古段冰情预报系统的开发[J]. 卞雪军,冀鸿兰,姜新华,高瑞忠. 水利水电科技进展. 2014(04)
本文编号：3520682
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