冰层厚度变点判别方法的探讨

利用统计学变点检测理论对冰层厚度传感器每个测点测量到的电压值进行分析计算,并做出变点判断;利用Matlab进行了仿真试验。结果表明,利用最小一乘法变点判断程序能准确地判断出空气与冰、水与冰的变点,并能够对野值电压进行排除。用这种方法对冰层厚度的变点判断精度高、速度快。     

基于奇异值分解降噪方法的大型风机故障诊断研究

利用奇异值分解降噪方法对大型风机异常振动信号进行降噪处理,并应用MATLAB软件实现。首先将含噪的测量信号构成的矩阵分解成有用信号空间与噪声空间,采用三种不同的奇异值阈值选取方法,即奇异值差分谱方法、特征均值方法以及奇异值中值方法,对两个空间的奇异值矩阵处理后,再重构信号,实现测量信号的降噪,从而凸显故障的信息特征。利用计算数据和图像说明不同奇异值阈值选取方法的降噪效果,得出奇异值中值方法对大型风机异常振动信号降噪效果最佳。在此基础上对信号进行频谱分析,可以实现对大型风机故障的高效准确诊断。     

基于空气、冰和水电阻特性差异进行河冰冰厚检测方法的研究

针对内蒙额尔古纳河试验现场环境温度低于-26℃时,无法用已知的冰情检测理论知识判断空气和冰的分界面这一问题,在实验室环境下对室温～-55℃温度范围内的空气、冰和水的电阻特性进行了模拟实验和分析研究.试验结果表明:通过改变系统的电路参数,确定了新的空气和冰的电阻特性理论阈值,据此可判断出空气和冰的分界面,进而计算出冰层厚度值.这一结果可以为基于空气、冰和水的电阻特性差异检测原理设计的冰层厚度传感器关键参数值的确定提供了理论依据.     

基于非线性数据融合的冰层厚度自动测量应用研究

为解决黄河冰层厚度测量的误差大、精度低等问题,设计了一套针对黄河冰情特点的钻式冰层厚度自动测量系统,并研究了基于径向基神经网络的非线性数据融合处理技术.该测量系统首先通过电机(或破冰机)推动钻头在冰上钻孔,用压力传感器来判断钻孔动作的开始和停止;同时用钻头来带动编码器旋转,进行脉冲计数;当钻孔动作结束后,用钻头钻行速度和启停时间来计算冰层厚度,同时也通过编码器脉冲计数值来计算冰层厚度;最后以高斯基函数建立二元径向基的数学模型,将启停时间和脉冲计数值进行融合处理,得出冰厚测量结果.测量结果可在现场显示,也可通过GPRS无线传输到观测站.该测量系统不仅减少了人工操作带来的误差,而且克服了黄河水中杂质多、含沙量大等因素的影响,提高了系统的测量精度和稳定性,较适合在黄河及黄河流域库区冰厚测量进行推广使用.     

基于SVD差分谱和IMF能量谱的改进HHT方法

针对随机噪声和虚假IMF会导致改进HHT中EEMD分解质量下降和Hilbert谱混乱,提出了一种基于SVD差分谱降噪预处理和IMF能量谱剔除虚假分量的改进HHT.该方法首先对原始信号进行SVD降噪,通过基本不等式原理来确定相空间重组的最佳Hankel矩阵结构,利用奇异值差分谱来确定有效奇异值的阶次;然后对消噪的信号进行EEMD分解,通过IMF能量谱来去除虚假分量;最后对主IMF进行Hilbert谱分析.仿真和实验结果表明,SVD能提高信噪比,抑制噪声对EEMD分解精度的干扰;能量谱能有效地消除虚假IMF对Hilbert谱分析的影响;Hilbert谱中各频率成分清晰,解决了随机噪声和虚假分量对传统改进HHT的不良影响.     

双参数冰厚传感器的设计与研制

为了解决单一参数冰厚传感器在测量中出现的漂移和误判现象,利用空气、冰与水的物理特性差异的原理,改进了传感器结构,通过同时采集冰内的双参数进行比对分析,可以更加准确的对冰层厚度进行测量和判断。经大量实验证明,本传感器对冰厚检测可行并测量准确。     

基于相空间重构和奇异谱分析的混沌信号降噪

为了从被噪声严重污染的观测数据中重构混沌信号,文中提出了一种基于相空间重构和奇异谱分析的混沌信号自适应降噪方法.由于混沌信号具有类噪声特性,传统的奇异谱分析方法在处理混沌信号时难以辨识信号成分对应的奇异值数目.为此,文中通过在相空间比较混沌信号和噪声统计特性的差异来估计奇异值数,实现了自适应降噪.对计算机模拟生成的混沌信号和太阳黑子数的实际观测数据分别进行了降噪实验,结果表明:文中方法能准确地估计奇异值数目并有效地重构原混沌信号;与现有的混沌信号降噪方法相比,文中方法在噪声抑制性能上有优势,重构的相图质量也更好.     

柴油机振动信号的小波包奇异值降噪

柴油机的振动信号中含有大量噪声,在进行故障特征提取之前必须加以消除.首先对傅里叶滤波降噪、小波降噪和小波包降噪的效果进行了对比,然后将奇异值分解技术用于信号降噪,最后提出了一种将小波包和奇异值分解相结合的降噪方法.该方法将输入信号进行一次小波包分解,利用奇异值分解方法对分解后的幅值量化系数进行降噪.实例表明,小波包和奇异值分解相结合的方法降噪效果最好.与其他方法相比,用新的方法对柴油机缸盖振动信号进行降噪处理的信噪比最高,且能明显识别出燃烧爆发、气门落座等各个阶段的振动信号,大大提高了特征提取的准确率.     

柴油机振动信号的小波包奇异值降噪

柴油机的振动信号中含有大量噪声，在进行故障特征提取之前必须加以消除。首先对傅里叶滤波降噪、小波降噪和小波包降噪的效果进行了对比，然后将奇异值分解技术用于信号降噪。最后提出了一种将小波包和奇异值分解相结合的降噪方法。该方法将输入信号进行一次小波包分解，利用奇异值分解方法对分解后的幅值量化系数进行降噪。实例表明，小波包和奇异值分解相结合的方法降噪效果最好。与其他方法相比，用新的方法对柴油机缸盖振动信号进行降噪处理的信噪比最高，且能明显识别出燃烧爆发、气门落座等各个阶段的振动信号，大大提高了特征提取的准确率。     

井下指令信号的小波-奇异值分解双层滤波降噪

针对旋转导向钻井井下接收的指令信号进行降噪时存在奇异点和突变点等问题,提出一种基于小波-奇异值分解的双层滤波降噪方法。该方法将小波改进分层阈值降噪与奇异值分解降噪相结合,采用小波变换与奇异值分解WT-SVD双层滤波降噪方法,对小波改进分层阈值降噪后的信号进行矩阵构造,经过奇异值分解和重构使信号得以还原。通过实验确定了所选取的奇异值个数及重构矩阵结构,并对比研究了奇异值分解、小波改进分层阈值和WT-SVD双层滤波3种不同降噪方法降噪后的信号波形及信噪比、均方根误差和相关系数。实验结果表明,WT-SVD双层滤波方法降噪效果明显。     

渤海辽东湾海冰条件的概率分析

本文利用辽东湾海域及其沿岸台站多年的海冰观测资料和有关气象资料,对该海域的海冰条件以及相应的气候规律进行了概率分析、研究了辽东湾南北两个分区的划分、冰厚与气温的关系、冰厚的极值概率分布、太阳黑子数以及El Nino现象对渤海冰情的影响及其长期变化的规律,得到一些可供辽东湾抗冰平台设计参考的数据和结论。     

基于高差系数的输电线路标准覆冰厚度模型及参数敏感性

目前现有覆冰监测系统覆冰厚度计算模型与实际情况相差较大,不能满足电网防冰抗冰实际需求的现状。基于现有拉力值反算覆冰厚度计算模型,提出拉力值质量控制方法,建立综合考虑线路设计冰厚、垂直档距、垂直荷载、水平应力等随覆冰厚度变化因素,同时提出杆塔高差系数对模型进行优化,减小模型参数过多造成计算结果不准确,并定量研究模型参数对计算结果的影响。研究表明:所建模型标准覆冰厚度结果与人工观冰之间的平均相对误差为14.09%,使原有模型计算准确度提高61%,更加接近于真实水平。同时,垂直档距随覆冰厚度呈非线性变化特征,在覆冰厚度为0～10 mm时垂直档距与覆冰厚度为二次函数关系,在10～40 mm时垂直档距与覆冰厚度为一次函数关系,覆冰厚度每增加1 mm,导致垂直档距减小约0.04 m。所得结论能够提升电力部门监测系统覆冰厚度计算准确性,同时能够为电力部门线路防冰、抗冰工作提供重要的科学指导意义。     

Ice radar investigation at Dome A, East Antarctica: Ice thickness and subglacial topography

Dome A, located in the central East Antarctic ice sheet (EAIS), is the highest summit of the Antarctic ice sheet. From ice-sheet evolution modeling results, Dome A is likely to preserve over one million years of the Earth’s paleo-climatic and -environmental records, and considered an ideal deep ice core drilling site. Ice thickness and subglacial topography are critical factors for ice-sheet models to determine the timescale and location of a deep ice core. During the 21st and 24th Chinese National Antarctic Research Expedition (CHINARE 21, 2004/05; CHINARE 24, 2007/08), ground-based ice radar systems were used to a three-dimensional investigation in the central 30 km×30 km region at Dome A. The successfully obtained high resolution and accuracy data of ice thickness and subglacial topography were then interpolated into the ice thickness distribution and subglacial topography digital elevation model (DEM) with a regular grid resolution of 140.5 m×140.5 m. The results of the ice radar investigation indicate that the average ice thickness in the Dome A central 30 km×30 km region is 2233 m, with a minimal ice thickness of 1618 m and a maximal ice thickness of 3139 m at Kunlun Station. The subglacial topography is relatively sharp, with an elevation range of 949–2445 m. The typical, clear mountain glaciation morphology is likely to reflect the early evolution of the Antarctic ice sheet. Based on the ice thickness distribution and subglacial topography characteristics, the location of Kunlun Station was suggested to carry out the first high-resolution, long time-scale deep ice core drilling. However, the internal structure and basal environments at Kunlun Station still need further research to determine.     

基于SPH方法的渤海海冰动力学数值模拟

简要介绍了光滑质点流体动力学 (smoothed particle hydrodynamics,简称SPH) 方法的基本原理,并将此方法应用到渤海海冰动力学数值模拟中. 在对海冰动力学方程和粘弹塑性本构方程进行SPH处理的基础上,对渤海海冰的动力演化过程进行了48 h的数值模拟,得到了海冰厚度、密集度、速度和主应力的演化过程及分布规律,同时对模拟的海冰厚度等值线分布与卫星遥感图像进行了对比分析. 数值模拟结果表明,SPH能够精确地模拟海冰分布规律以及冰缘线的位置,具有很高的计算精度和稳定性,是一种有效的海冰动力学数值模拟方法.     

海冰厚度测量方法及仪器的应用研究

为更好地在辽东湾开展雷达海冰监测、预报技术服务,专门研制出雷达冰厚测量记录仪来测量海冰厚度.通过现场实时的海冰厚度测量试验,对雷达冰厚测量记录仪的可靠性和应用性做出了分析和校正.实验结果表明,雷达冰厚测量记录仪样机整体性能良好,现场标定雷达冰厚测量准确率大于87.5%,样机填补了国内空白.     

基于实测冰芯数据的南极海冰厚度的数值模拟

根据我国第22次南极科学考察现场观测数据以及现场采集的冰芯分析数据,考虑太阳辐射、云量等因素对南极海冰厚度变化的影响,利用最小二乘法辨识气温与冰表面温度之间的关系,并以辨识结果所得到的冰表面温度作为上边界条件,依据实测情况取结冰点-1．81℃作为下边界条件,对一维热传导方程采用Crank-Nicolson格式进行离散,对南极中山站内拉湾附近海域海冰厚度变化进行了数值模拟,并与现场观测的海冰厚度数据进行了对比。     

以气温为边界条件的水库冰盖厚度的数值模拟研究

针对寒区水库冰盖厚度增长的数值模拟问题,依据黑龙江省红旗泡水库2008年、2009年2个冬季现场观测的气温、冰温等实测数据,应用最小二乘法进行参数辨识,改进前人关于冰面温度与气温关系的表达形式,确定了黑龙江省大庆地区水库冰盖冰面温度依赖于大气温度的线性变化关系.分析了前人对寒区水库冰盖热力模式及冰厚增长数值模拟研究的方法,对其一维热力学模型和单相Steften问题所采用的数值解法进行了改进,用已给出的转换关系将大气温度转换后的冰面温度作为边界条件,对黑龙江省红旗泡水库2008、2009年2个冬季冰盖厚度的增长情况进行了数值模拟,数值模拟结果与现场实测数据吻合良好.     

山区覆冰输电塔线体系风致不平衡张力的研究

针对5B-ZBC1输电塔,采用数值试验的方法研究了风速、初始风攻角、输电塔高差和导线覆冰厚度对输电塔纵向不平衡张力的影响.作用在输电塔线上的脉动风时程是利用谐波合成法生成,通过改变高差、覆冰厚度,获得了输电塔上纵向不平衡张力的变化规律.该规律表明,在一些情况下现行规范规定所计算的输电塔不平衡张力偏小.在此基础上提出了山区这类塔型在雪荷载和风荷载共同作用下的纵向不平衡张力的理论公式.该公式的结果与数值试验结果相比误差在±6%以内,具有较好的精度.     

GMS红外通道实时资料遥感海冰的研究

利用１９９４年１，２月的ＧＭＳ－４的红外亮温和可见光反照率资料，以辽江湾海冰为对象，得到了海冰参数的提以方法和冰厚遥感数字分布。根据冰水物理特性的差异，建立了冰水识别的判据，发现用亮温可以较好地识别冰水，由此和到了冰水区分的亮温疮阀值。     

High interannual variability of sea ice thickness in the Arctic region

Possible future changes in Arctic sea ice cover and thickness, and consequent changes in the ice-albedo feedback, represent one of the largest uncertainties in the prediction of future temperature rise. Knowledge of the natural variability of sea ice thickness is therefore critical for its representation in global climate models. Numerical simulations suggest that Arctic ice thickness varies primarily on decadal timescales owing to changes in wind and ocean stresses on the ice, but observations have been unable to provide a synoptic view of sea ice thickness, which is required to validate the model results. Here we use an eight-year time-series of Arctic ice thickness, derived from satellite altimeter measurements of ice freeboard, to determine the mean thickness field and its variability from 65 degrees N to 81.5 degrees N. Our data reveal a high-frequency interannual variability in mean Arctic ice thickness that is dominated by changes in the amount of summer melt, rather than by changes in circulation. Our results suggest that a continued increase in melt season length would lead to further thinning of Arctic sea ice.