CN105629328B - 一种车载式南极内陆冰盖表面地貌特征监测装置 - Google Patents

一种车载式南极内陆冰盖表面地貌特征监测装置 Download PDF

Info

Publication number
CN105629328B
CN105629328B CN201610004831.5A CN201610004831A CN105629328B CN 105629328 B CN105629328 B CN 105629328B CN 201610004831 A CN201610004831 A CN 201610004831A CN 105629328 B CN105629328 B CN 105629328B
Authority
CN
China
Prior art keywords
sled
snow
vehicular
laser range
sensor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201610004831.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105629328A (zh
Inventor
窦银科
常晓敏
孙波
崔祥斌
晁强
丁云风
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Taiyuan University of Technology
Original Assignee
Taiyuan University of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Taiyuan University of Technology filed Critical Taiyuan University of Technology
Priority to CN201610004831.5A priority Critical patent/CN105629328B/zh
Publication of CN105629328A publication Critical patent/CN105629328A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105629328B publication Critical patent/CN105629328B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V11/00—Prospecting or detecting by methods combining techniques covered by two or more of main groups G01V1/00 - G01V9/00

Abstract

本发明涉及极地自动化监测技术领域，具体是一种车载式南极内陆冰盖表面地貌特征监测装置。包括车载式雪橇、安装在雪橇用于采集雪橇从某一时刻到下一时刻的水平方向行进距离和垂直方向的振幅的三轴振动传感器、安装在雪橇上的与水平面平行与雪橇行驶方向垂直的平行杆、安装在雪橇上用于测量雪橇倾角的倾角传感器、数据存储及处理器、GPS模块及天线，平行杆的两端分别安装有激光测距传感器和CCD图像传感器。本发明的有益效果是：采集方便，车载式自动化监测，具有较高实用性。

Description

一种车载式南极内陆冰盖表面地貌特征监测装置
技术领域
本发明涉及极地自动化监测技术领域，具体是一种车载式南极内陆冰盖表面地貌特征监测装置。
背景技术
南极冰盖作为全球系统的冷源，不仅在气候变化中起到放大器和驱动器的作用，而且以固态形式储存了大量的淡水。南极冰盖在每年都会出现不同程度的降雪，降雪后由于消融和风蚀的作用会形成大小不一的无规则的雪垄或雪丘，这些形成的雪丘和雪垄一方面对南极冰盖表面物质平衡的研究有极大参考意义，另一方面对南极科考队的精密仪器和重要物资的运输造成严重影响，所以对南极内陆冰盖表面地貌特征的研究具有十分重要的意义。南极内陆冰盖表面的特征与冰盖表面年际降雪量、冰盖表面风速有关。冰盖表面地貌特征主要包括雪面粗糙度、积雪层厚度，这些特征对研究冰盖表面物质平衡和内陆车队行进过程中的设备安全运输具有重要的参考价值。在中山站至昆仑站1300公里的冰盖断面上，冰雷达现场调查都是关键内容之一。而在内陆车辆行进过程中，受恶劣冰盖表面地形的影响，车辆颠簸、振动都比较严重，对冰雷达等精密仪器在车辆行进过程的地保护尤为重要。所以，为保证车队运输物资的安全，特别是精密仪器设备的安全，通过监测系统的实时监测获取雷达舱的颠簸情况及雷达舱不同地段的吃雪深度，及时调整运输过程中雷达舱的行进姿态。采集数据后进行分析，分析内陆冰盖雪面地貌特征，为研究冰盖物质表面平衡提供参考信息并为内陆车队行进中的物资运输提供参考依据，也为今后的车辆雪橇制造、精密设备的减振处理提供技术依据。
在南极科考中，对行进路段沿途地貌特征的监测是科学考察中一个重要组成部分，申请人曾多次参加中国极地考察,对这一点深有体会。
目前，在南极科考中对中山站出发基地到内陆最高点昆仑站基地沿途雪面特征监测的手段的通常采用的是人工花杆定点测量，选定采集点后人工挖直径一米见方的雪坑,将花杆底部用水平板辅助固定，和周围雪层紧密结合后完成面观测拍照后进行下一采集点的监测。
现有地貌特征监测存在如下问题：
1.劳动强度大：每次采集过程需三人以上，需挖一个1米见方的雪坑，采集完成后，需回填雪坑恢复原貌，在极地恶劣环境下显得非常困难。
2.实际采集数据可靠性差：在极端环境下花杆易受强风的影响而弯曲、折断甚至丢失。
3.连续性差：虽然大部分南极路线都会设置花杆断面，但只能遵循多定点安放原则，利用手持GPS进行多次定位，多次测量耗费大量人力物力。
4.实时性差：不能实时观测内陆表面沿途地貌特征，为内陆科考队行进提供参考辅助。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：如何实现对冰盖表面积雪深度和表面粗糙度的连续精细化监测。
本发明所采用的技术方案是：一种车载式南极内陆冰盖表面地貌特征监测装置，包括车载式雪橇、安装在雪橇用于采集雪橇从某一时刻到下一时刻的水平方向行进距离和垂直方向的振幅的三轴振动传感器、安装在雪橇上的与水平面平行与雪橇行驶方向垂直的平行杆、安装在雪橇上用于测量雪橇倾角的倾角传感器、数据存储及处理器、GPS模块及天线，平行杆的两端分别安装有激光测距传感器和CCD图像传感器，CCD图像传感器检测到雪橇在正常行驶时，通过激光测距传感器测量平行杆到冰盖表面积雪的距离和平行杆到冰盖表面无积雪的距离传入数据存储及处理器，结合倾角传感器测量的雪橇倾角获得雪的厚度，CCD图像传感器检测到雪橇行驶在凸起或者凹陷的地区时，CCD图像传感器进行拍照传入数据存储及处理器，通过特征提取法获得雪的厚度。
作为一种优选方式：激光测距传感器有两个，其中一个激光测距传感器下前方有L型刮雪板用于刮掉激光测距传感器下方的雪。
本发明的有益效果是：采集方便，车载式自动化监测，具有较高实用性；测量精度较高，采集数据具有连续性和精细化监测特点；可以进行长期反复多次应用；适应南极地域广，温度低，风雪大，采集点多等特殊环境。
具体实施方式
把雪橇刮状在车子的前面，在雪橇上安装用于采集雪橇从某一时刻到下一时刻的水平方向行进距离和垂直方向的振幅的三轴振动传感器（如AKE392B,MEMS数字输出型加速度计）、与水平面平行与雪橇行驶方向垂直的平行杆、用于测量雪橇倾角的倾角传感器（如SCA1900双轴倾角单板传感器）、数据存储及处理器（可以是一台电脑）、GPS模块及天线，平行杆的两端分别安装有激光测距传感器和CCD图像传感器，激光测距传感器有两个，其中一个激光测距传感器下前方有L型刮雪板用于刮掉激光测距传感器下方的雪。
车辆行进结束后，采集过程随即结束，数据全部存储在数据存储及处理器中。雪面粗糙度和积雪深度的计算和判断方法如下：
(1)雪面粗燥度
雪面粗糙度用某一时刻t1到下一时刻t2的三轴加速度传感器获得的垂直方向的振幅和t1～t2时间内雪橇前进的水平距离来表征，比如，取单位时间为1秒，利用三轴加速度传感器获得的垂直方向的加速度计算得到垂直方向的振幅
s1=v1t+1/2*azt2
其中v1为雪橇在垂直方向的速度分量，水平行驶时取0。az为雪橇垂直方向加速度,t为t1～t2的时间间隔。
如某一时刻雪橇的三轴加速度传感器获得的垂直方向的加速度为-1，则计算得到振幅为： s1=1/2*(-1)*12=-0.5（米），即50cm。
雪橇在水平方向行进的距离为
s2=v2t+1/2*axt2, v2=v0+axt
其中v2为雪橇在水平方向的速度分量，v0由雪地车行车速度自动记录仪提供，为t1时刻的速度，ax为雪橇水平方向加速度，t为t1～t2的时间间隔。
如某一时刻雪橇的水平速度为20km/ 时，即5.5米/秒，ax 为1，取单位时间为1秒，则
s2=5.5*1+1/2*1*12=6 (米)
即，表征在路段6米处的粗糙度为50cm
(2)积雪深度
CCD图像传感器检测到雪橇处于正常行驶（即雪橇不属于局部凹陷或者凸起的路面），且在有积雪的地方激光测距，传感器所测距离为d，如果刮掉激光测距传感器下方的雪测量到的距离为d1，如果此时倾角传感器测量到的雪橇左右方向的倾角为0，即雪橇没有倾斜，此时积雪深度为(d1-d)米；如果此时倾角传感器测量到的雪橇左右方向的倾角为β，需要根据利用倾角β计算出实际水平杆距离雪面的距离d3，此时积雪深度实际值为（d1-d3）米。这些计算内容属于常用的数学知识，这里不做多描述。
CCD图像传感器检测到雪橇行驶在凸起或者凹陷的地区时，CCD图像传感器进行拍照传入数据存储及处理器，通过特征提取法获得雪的厚度。
至此，冰盖表面地貌的特征——粗糙度和积雪深度数据就全部获得。
CCD图像传感器检测比较麻烦，并且准确性没有激光测距传感器好，所以一般路况使用激光测距传感器，只有在激光测距传感器无法使用（雪橇行驶在凸起或者凹陷的地区），才通过CCD图像传感器检测雪的厚度。
（3）雪橇前进方向的雪面凹凸坡度的监测
倾角传感器同时记录了雪橇前进方向的倾斜角度α，该角度用来表征雪橇前进方向的凹凸坡度。

Claims (1)

1.一种车载式南极内陆冰盖表面地貌特征监测装置，其特征在于：包括车载式雪橇、安装在雪橇用于采集雪橇从某一时刻到下一时刻的水平方向行进距离和垂直方向的振幅的三轴振动传感器、安装在雪橇上的与水平面平行与雪橇行驶方向垂直的平行杆、安装在雪橇上用于测量雪橇倾角的倾角传感器、数据存储及处理器、GPS模块及天线，平行杆的两端分别安装有激光测距传感器和CCD图像传感器，CCD图像传感器检测到雪橇在正常行驶时，通过激光测距传感器测量平行杆到冰盖表面积雪的距离和平行杆到冰盖表面无积雪的距离传入数据存储及处理器，结合倾角传感器测量的雪橇倾角获得雪的厚度，CCD图像传感器检测到雪橇行驶在凸起或者凹陷的地区时，CCD图像传感器进行拍照传入数据存储及处理器，通过特征提取法获得雪的厚度，激光测距传感器有两个，其中一个激光测距传感器下前方有L型刮雪板用于刮掉激光测距传感器下方的雪。
CN201610004831.5A 2016-01-07 2016-01-07 一种车载式南极内陆冰盖表面地貌特征监测装置 Active CN105629328B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610004831.5A CN105629328B (zh) 2016-01-07 2016-01-07 一种车载式南极内陆冰盖表面地貌特征监测装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610004831.5A CN105629328B (zh) 2016-01-07 2016-01-07 一种车载式南极内陆冰盖表面地貌特征监测装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105629328A CN105629328A (zh) 2016-06-01
CN105629328B true CN105629328B (zh) 2018-05-04

Family

ID=56044439

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610004831.5A Active CN105629328B (zh) 2016-01-07 2016-01-07 一种车载式南极内陆冰盖表面地貌特征监测装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105629328B (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106597530A (zh) * 2017-02-24 2017-04-26 安徽惠洲地质安全研究院股份有限公司 雪橇式地震传感器接收系统及其地震探测装置与方法
CN107729397B (zh) * 2017-09-21 2020-01-14 国网天津市电力公司电力科学研究院 一种利用图像rgb分量判定覆冰雪类型的方法
CN108124247A (zh) * 2017-12-27 2018-06-05 北京师范大学 一种南极冰体运动监测系统
CN113739723A (zh) * 2020-05-28 2021-12-03 广州汽车集团股份有限公司 冰面平整度调整系统及其方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN201037769Y (zh) * 2006-11-24 2008-03-19 国家海洋技术中心 极区冰下定点剖面测量系统
CN102289674A (zh) * 2011-07-15 2011-12-21 王世峰 基于垂直加速度及路面图像的路面类型识别方法及装置
CN202329584U (zh) * 2011-11-18 2012-07-11 国家海洋技术中心 冰雪厚度和温度剖面测量装置
CN102644229A (zh) * 2011-02-16 2012-08-22 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 路面平整度统计系统及方法
CN203270428U (zh) * 2013-06-17 2013-11-06 黑龙江工程学院 路面平整度安全检测装置
CN103835212A (zh) * 2014-02-21 2014-06-04 哈尔滨工业大学 一种公路路面三维检测系统
CN204129221U (zh) * 2014-10-09 2015-01-28 王论丛 一种用于恶劣环境下的雪橇型作战保障雷达

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09145359A (ja) * 1995-11-17 1997-06-06 Niigata Denki Kk 積雪深計

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN201037769Y (zh) * 2006-11-24 2008-03-19 国家海洋技术中心 极区冰下定点剖面测量系统
CN102644229A (zh) * 2011-02-16 2012-08-22 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 路面平整度统计系统及方法
CN102289674A (zh) * 2011-07-15 2011-12-21 王世峰 基于垂直加速度及路面图像的路面类型识别方法及装置
CN202329584U (zh) * 2011-11-18 2012-07-11 国家海洋技术中心 冰雪厚度和温度剖面测量装置
CN203270428U (zh) * 2013-06-17 2013-11-06 黑龙江工程学院 路面平整度安全检测装置
CN103835212A (zh) * 2014-02-21 2014-06-04 哈尔滨工业大学 一种公路路面三维检测系统
CN204129221U (zh) * 2014-10-09 2015-01-28 王论丛 一种用于恶劣环境下的雪橇型作战保障雷达

Also Published As

Publication number Publication date
CN105629328A (zh) 2016-06-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105629328B (zh) 一种车载式南极内陆冰盖表面地貌特征监测装置
Techel et al. Point observations of liquid water content in wet snow–investigating methodical, spatial and temporal aspects
Drushka et al. Capturing fresh layers with the surface salinity profiler
US9267792B2 (en) Method and apparatus for compensating lateral displacements and low speed variations in the measure of a longitudinal profile of a surface
CN203102592U (zh) 一种基于高速公路运营安全移动监控和预警系统
Engel et al. Surface mass balance of small glaciers on James Ross Island, north-eastern Antarctic Peninsula, during 2009–2015
CN103150907A (zh) 一种基于高速公路运营安全的移动监控和预警系统及方法
Fitzpatrick et al. A multi-season investigation of glacier surface roughness lengths through in situ and remote observation
JP2006501542A (ja) 車両の側方周囲の、ビデオベースの監視及び測定のための方法及び装置
Marinello et al. Determination of forest road surface roughness by Kinect depth imaging
CN112731440A (zh) 高速铁路边坡形变检测方法及装置
Nomura et al. A method for estimating road surface conditions with a smartphone
Haapala et al. Small-scale horizontal variability of snow, sea-ice thickness and freeboard in the first-year ice region north of Svalbard
Geist et al. Investigations on intra-annual elevation changes using multi-temporal airborne laser scanning data: case study Engabreen, Norway
CN114280322A (zh) 基于光栅阵列传感器的车辆定位测速系统及方法
Kaasalainen et al. Brief communication" Application of mobile laser scanning in snow cover profiling"
Pratap et al. Three-decade spatial patterns in surface mass balance of the Nivlisen Ice Shelf, central Dronning Maud Land, East Antarctica
CN106197471A (zh) 基于信息融合的道路检测车距离触发装置及触发方法
Luo et al. Hydroplaning on sloping pavements based on inertial measurement Unit (IMU) and 1mm 3D laser imaging data
Itkin et al. Sea ice and snow characteristics from year-long transects at the MOSAiC Central Observatory
Hancock et al. Quantifying seasonal cornice dynamics using a terrestrial laser scanner in Svalbard, Norway
Sohn et al. Mapping ice sheet margins from ERS-1 SAR and SPOT imagery
Ricker et al. Linking scales of sea ice surface topography: evaluation of ICESat-2 measurements with coincident helicopter laser scanning during MOSAiC
CN207280390U (zh) 一种公路隧道表面和内部检测车
Dachauer et al. Aerodynamic roughness length of crevassed tidewater glaciers from UAV mapping

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant