南极中山站周边水环境冰情监测系统的设计与研究

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1、声明尸明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在指导教师的指导下，独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。论文作者签名：_jI办朴日期：丝”弓1关于学位论文使用权的说明本人完全了解太原理工大学有关保管、使用学位论文的规定，其中包括：①学校有权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；②学校可以采用影印、缩印或其它复制手段复制并保存学位

2、论文；③学校可允许学位论文被查阅或借阅；④学校可以学术交流为目的，复制赠送和交换学位论文；⑤学校可以公布学位论文的全部或部分内容(保密学位论文在解密后遵守此规定)。签名：刍三查盐日期：伽f弓、与．弓1导师签名：挝．熊日期：塑!三：墨圣l太原理工大学硕士研究生学位论文南极中山站周边水环境冰情监测系统的设计与研究摘要本文研究的课题是在水利部2012年公益性行业科研专项经费项目“黄河冰情自动监测系统研发与现场试验(项目编号：201201080)”和2009年度“高等学校博士学科点专项科研基金(项目编号

3、：20091402110004)”的资助下，结合中国第28次南极科学考察中山站周边环境冰水情科考仪器的研制与开展的一项应用研究。人类对南极的探索从其被发现之日起就没有间断过且很多国家都在南极建有科考站。南极冰盖不仅记录了过去全球气候变化，而且对现在全球气候变化具有放大作用。基于这一特点，人类可以通过对南极气候的观测来及时把握全球气候的变化，这就需要相应的观测手段来对此地区的气候数据精确掌握，并取得大量现场数据。本文针对中国第28次南极科学考察，对中山站环境冰水情数据采集与监测急需专用冰情观测仪器

4、的需求，设计了一种基于电导率差异原理的冰水情实时自动监测系统。设计过程中，我们以太原理工大学测控技术研究所冰情检测课题组正在黄河河道进行冰情自动监测现场试验系统为基础，充分考虑了南极中山站特殊的野外工作环境，对原有系统的结构、电路功能、设备制造工艺电路板进行了改进，增加了冰情数据的卫星通信传输功能，提出了新的监测设备安装方式，通过实验室老化试验，新研制的系统可以可靠地实现对冰生消过程、冰层内部温度梯度值以及水位数据的在线连续采集、并可通过卫星通信方式将采集数据实时传送到中山站或国内监测站T太原理

5、工大学硕士研究生学位论文数据处理中一tl,。为实现这一需求，本文主要从以下四个方面对系统进行设计和现场实验：(1)对硬件方面的设计。文章针对南极极端恶劣的气候，在系统低功耗设计上做了大量修改，包括电路板重新设计，去掉不需要的功能，更换功率损耗大的元器件。(2)数据采集软件部分设计，由于过去的系统软件结构复杂，维护起来很不方便，并且当南极地区环境(比如温差)变化极大时，系统稳定性不够高。基于这一问题，本文引入嵌入式软件设计思想。具体包括uC／OS．II在MSP430上的移植并编写了相应的应用进程。

6、另外，为了应用方便，文章还利用VB设计了网络和串口数据接收、数据库存储软件。(3)冰情监测系统数据采用北斗卫星实现数据无线传输。由于过去在黄河上应用的是基于GPRS／GSM的移动网络，但在南极地区网络无法覆盖，本文比较了几个常用的卫星通信系统，并对北斗卫星通信系统的两种数据终端的相关参数进行对比。(4)冰情传感器安装结构设计。南极地区人力物力有限，进行土建工作困难。本文对传感器结构进行精简，将数据采集板和冰情传感器进行结构组合，便于冰情监测装置在湖泊中安装。文章最后介绍了系统实地安装情况，包括黄

7、河内蒙段几处监测点和南极湖泊中的仪器安装效果。下一步将在南极和中国北部边界处的额尔古纳河进行进一步的实验，来观察系统在极度寒冷条件下的实际运行情况。关键词：冰情监测，数据采集，嵌入式系统，卫星通讯，数据库太原理工大学硕士研究生学位论文THEDESIGNANDRESEARCHOFICECONDITIONDETECTIONSYSTEMFORTHEⅥ硝LTERENVIRONN住!NTNEARBYTHEZHONGSHANSTATION，ANTARCTICABSTRACTThesubjectofthiss

8、tudyisatechnologyappliedresearchwhichprovidedscientificexpeditioninstrumentforChina’S28thAntarcticscientificexpedition．Itisprovidedfinancialaidby2012Ministryofwaterresourceswelfareindustryfundingforresearchandspecialprojectscalled‘‘Theautomaticmonito