[發(fā)明專利]全場景冰厚智能監(jiān)測方法及系統(tǒng)

有效

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• 申請日: 2020-11-24
• 公開（公告）號: CN112504141B
• 公開（公告）日: 2022-03-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 方衛(wèi)華;李皓;原建強;薛志平;張威
• 申請（專利權(quán)）人: 水利部南京水利水文自動化研究所
• 主分類號: G01B11/06
• 分類號: G01B11/06
• 代理公司: 南京縱橫知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 32224
• 代理人: 朱遠楓

本發(fā)明提供了全場景冰厚智能監(jiān)測方法及系統(tǒng)，基于冰面積雪厚度、冰上表面雷達測距數(shù)據(jù)、環(huán)境溫度以及利用視頻圖像結(jié)合殘差網(wǎng)絡(luò)獲取到的風速場和雪霧濃度場，利用輕量化遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)Bi?LSTM確定冰上表面高程；基于冰下表面超聲測距數(shù)據(jù)、水溫以及利用水下超聲圖像結(jié)合殘差網(wǎng)絡(luò)獲取到的冰下水流速場和懸浮泥沙濃度場，利用輕量化遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)Bi?LSTM確定冰下表面高程；基于冰上表面高程和冰下表面高程確定冰厚。本發(fā)明充分考慮冰面有無積雪、溫度變化以及風雪霧干擾等條件，計算的冰厚數(shù)值更精確，通過提供的全場景冰厚監(jiān)測系統(tǒng)有效提高了各類環(huán)境下的測量精度、維護維修的方便性和設(shè)備設(shè)施的正常使用壽命，具有自適應(yīng)、自修正和自率定等智能特點，具有廣闊的應(yīng)用推廣價值。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及全場景冰厚智能監(jiān)測方法及系統(tǒng)，屬于水庫河道防凌減災(zāi)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

冰厚度是計算冰壓力荷載以及建筑物結(jié)構(gòu)凍害的重要參數(shù),也是水庫河道防凌減災(zāi)的重要依據(jù),目前冰厚監(jiān)測方法包括地質(zhì)雷達方法和人工鉆冰法,前者不僅測量結(jié)果不直觀、易受干擾獲得的冰厚數(shù)據(jù)不準確，而且造價高，不能實現(xiàn)長期在線監(jiān)測；后者效率低、危險性大，為此開發(fā)一種新型全場景冰厚智能監(jiān)測系統(tǒng)和監(jiān)測方法勢在必行。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在針對現(xiàn)有冰厚監(jiān)測方法效率低、危險大且監(jiān)測數(shù)據(jù)不準確的技術(shù)問題，提供測控通信裝置、全場景冰厚智能監(jiān)測系統(tǒng)和冰厚監(jiān)測方法。

本發(fā)明采用以下技術(shù)方案。

一方面，為解決現(xiàn)有技術(shù)沒有考慮冰面覆雪以及水下噪聲數(shù)據(jù)的影響，且目前技術(shù)沒有結(jié)合測量冰下測距數(shù)據(jù)確定冰厚，而導(dǎo)致冰厚監(jiān)測結(jié)果不準確的技術(shù)問題，本發(fā)明提供了全場景冰厚智能監(jiān)測方法，包括：獲取環(huán)境溫度、風速場數(shù)據(jù)、雪霧濃度場數(shù)據(jù)、冰面積雪厚度、冰上表面雷達測距數(shù)據(jù)、冰下水流速場數(shù)據(jù)、懸浮泥沙濃度場數(shù)據(jù)、冰下表面超聲測距數(shù)據(jù)以及水溫；

基于獲取到的風速場數(shù)據(jù)、雪霧濃度場數(shù)據(jù)、冰面積雪厚度、冰上表面雷達測距數(shù)據(jù)以及環(huán)境溫度，利用輕量化遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)Bi-LSTM確定冰上表面高程；基于獲取到的冰下水流速場數(shù)據(jù)、懸浮泥沙濃度場數(shù)據(jù)、冰下表面超聲測距數(shù)據(jù)以及水溫，利用輕量化遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)Bi-LSTM確定冰下表面高程；基于冰上表面高程和冰下表面高程確定冰厚；

其中獲得風速場數(shù)據(jù)和雪霧濃度場數(shù)據(jù)的方法為：基于采集的冰上表面特定距離處的視頻圖像結(jié)合殘差網(wǎng)絡(luò)進行視頻圖像處理，實現(xiàn)風速和雪霧濃度的定量化分析；獲得冰下水流速場數(shù)據(jù)和懸浮泥沙濃度場數(shù)據(jù)的方法為：基于采集的冰下表面特定距離處圖像利用殘差網(wǎng)絡(luò)對該圖像進行處理，獲得冰下水流速場數(shù)據(jù)和懸浮泥沙濃度場數(shù)據(jù)。

進一步地，所述殘差網(wǎng)絡(luò)采用Residual SqueezeNet模型。

第二方面，本發(fā)明在第一方面提供的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，為了提供適用于長期在線冰厚監(jiān)測、方便操作和維護的全場景冰厚智能監(jiān)測系統(tǒng)，本發(fā)明提供了全場景冰厚智能監(jiān)測系統(tǒng)，包括：安裝支架、測控通信裝置、固定支架、電機、限角轉(zhuǎn)軸、鉸鏈、滑輪和轉(zhuǎn)動支架；所述測控通信裝置內(nèi)置控制單元，所述控制單元用于實現(xiàn)如第一方面任意一種可能的實施例提供的所述方法的步驟；

所述測控通訊裝置固定設(shè)置于水面上方距水面第一設(shè)定距離處；所述安裝支架固定設(shè)置于水面上方距水面第二設(shè)定距離處，所述安裝支架的下表面能夠固定安裝用于采集冰上表面雷達測距數(shù)據(jù)的雷達測距儀；

所述固定支架固定設(shè)置于水面下方距水面第二設(shè)定距離處，所述固定支架與所述轉(zhuǎn)動支架通過限角轉(zhuǎn)軸連接，所述鉸鏈連接所述電機輸出軸并且所述鉸鏈連接滑輪，通過鉸鏈帶動所述轉(zhuǎn)動支架沿所述限角轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動；所述轉(zhuǎn)動支架的上表面能夠固定安裝用于測量冰下表面超聲測距數(shù)據(jù)的超聲波高程測量儀；

所述控制單元還用于輸出控制信號到電機驅(qū)動端驅(qū)動電機按照設(shè)定指令轉(zhuǎn)動。

進一步地，所述系統(tǒng)還包括用于支撐所述固定支架的剛性支撐架，所述剛性支撐架設(shè)置于所述固定支架下端且與固定支架之間具備設(shè)定角度。