一种水面结冰控制系统及方法与流程

本申请涉及水利工程设备，特别涉及一种水面结冰控制系统及方法。

背景技术：

1、随着北方冬季气温降低，河流会由开敞的自由水面冻结为带冰盖状态。当河道流量小于2.00m3/s时，气温降至-5℃时河水有可能结冰，但河道流量大于4.00m3/s时，有时气温降至-10℃河水也不会结冰。即当水流的摩擦阻力转变成的热量已不足补偿热量的损失时，就会由结冰释放出的热量来补偿，这样河水就会结冰。结冰主要有岸冰、水内冰和冰盖3种形式。

2、我国北方地区冬季气温低，河流湖泊易结冰，冬季水库冻胀现象严重，冰层产生爬坡现象，冰推力及冻胀对堤坝及护坡产生了严重的破坏。冻胀对水利工程建筑的影响是不可忽视的，水库冬季坝体和护坡都会遭到破坏，坝面冻胀产生的裂纹、冰体产生的爬坡，使砌体间隙增大，直接破坏了原来的紧密结构，削弱了砌体间的相互作用，使堤坝及护坡受到冰推力和冻胀破坏，不仅会降低水工建筑物的耐久性，还会影响其使用功能与承载能力。

3、由于冻胀的危害很大并且冻胀情况复杂，因此在水库实际运行中，堤坝和护坡在冰压力、冰涨力和冻融作用下产生整体的滑动和倾覆变形。尤其是在升温冻融情况下，会使坝基产生过大的沉陷以及不均匀沉陷，从而造成堤坝及护坡的倾倒破坏。如果土含水量过大，甚至于会使地基土液化、流变，从而使堤坝及护坡遭到大面积破坏。

4、由于冰和河岸岸壁的冻结附着及冰花的堆积，靠近岸边的部分冰盖常常不能随水位的升降而垂直运动。同样，如果水面冻结成冰盖，当厚度达到一定程度后，水面不会随着自由水位的升降而垂直运动。如果在水位监测中使用浮子式自记水位计，浮子钢丝绳同冰盖冻结在一起，导致水位计在冬季结冰期无法使用。同时，在河道结冰后，雷达水位计、超声波水位计或者气泡水位计均会受到水面结冰影响，无法测量真实的水位，对水位监测带来极大影响。

5、目前对防止水面结冰采用的方法主要：1)水体置换法。该方法将坝前冷水抽出再注入热水，有显著的防冻效果，但该方法耗资巨大，无法满足节能需求。2)降低孔隙率法，该方法向水泥砂浆掺加聚合物乳胶改性制成的聚合物水泥砂浆，由于聚合物的掺入引起了水泥砂浆微观及亚微观结构的改变，极大降低了砂浆孔隙率，提高了坝体的致密性，有效防止水分子进入坝体内部，从而提高了坝体抗冻能力，但是该方法维护成本高。3)动水防冻法。该方法利用水流运动原理，将水库下部水体相对高热量水利用泵至库水面，产生热交换和水面流动来防止水库大坝迎水侧周围水体的冻结。但这些方法存在极端气温下坝前冷热水交换热量传导速率赶不上结冰速率，进而导致坝前水体结冰的风险。

6、因此，寻找一种简单有效且资源消耗低的水面结冰控制方法成为该领域需解决的问题。

技术实现思路

1、本申请实施例提供了一种水面结冰控制系统及方法，用以解决现有技术中水面结冰控制方法存在效果差和能耗高的问题。

2、一方面，本申请实施例提供了一种水面结冰控制系统，包括：

3、摄像头，设置在监测区域中，摄像头用于采集监测区域的水面图像；

4、曝气发生器，设置在监测区域的水下；

5、水下检测装置，设置在水下，用于检测水下数据；

6、地面检测装置，设置在地面上，用于检测气温；

7、控制器，用于结合水面图像、水下数据和气温确定监测区域的水面是否结冰，如果未结冰，则控制曝气发生器工作以产生气泡，防止水面结冰；如果已经结冰，则控制曝气发生器产生气泡的同时，也开启曝气发生器的加热功能，以融化水面的冰。

8、另一方面，本申请实施例还提供了一种水面结冰控制方法，包括：

9、采集监测区域的水面图像；

10、检测水下数据；

11、检测气温；

12、结合水面图像、水下数据和气温确定监测区域的水面是否结冰，如果未结冰，则控制曝气发生器工作以产生气泡，防止水面结冰；如果已经结冰，则控制曝气发生器产生气泡的同时，也开启曝气发生器的加热功能，以融化水面的冰。

13、本申请中的一种水面结冰控制系统及方法，具有以下优点：

14、采用视觉分析技术判断水面是否结冰，在水面未结冰时采用曝气的方式预防结冰，在水面结冰时采用加热和曝气结合的方式除冰，在有效提高结冰控制效果的同时，大大降低了能耗。

技术特征：

1.一种水面结冰控制系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种水面结冰控制系统，其特征在于，所述摄像头包括可见光摄像头和红外摄像头，所述可见光摄像头用于采集监测区域的可见光水面图像，所述红外摄像头用于采集监测区域的红外水面图像，所述控制器对所述可见光水面图像进行分析以确定水面是否存在异物，当存在异物时确定异物所处的异常区域，所述控制器还对所述红外水面图像进行分析，以确定所述异常区域中的水面温度，再根据所述水面温度、水下数据和气温确定监测区域的水面是否结冰。

3.根据权利要求2所述的一种水面结冰控制系统，其特征在于，所述水下数据包括水下温度，当所述水面温度高于所述水下温度和气温时，确定异物为动物，水面未结冰。

4.根据权利要求2所述的一种水面结冰控制系统，其特征在于，所述水下数据包括水下温度，当所述水面温度低于所述水下温度和气温时，确定水面结冰。

5.根据权利要求2所述的一种水面结冰控制系统，其特征在于，所述水下数据包括水下温度，当所述水面温度高于所述气温，但是低于所述水下温度和结冰温度时，将所述可见光水面图像与标准图像进行比较，根据比较结果确定水面是否结冰。

6.根据权利要求5所述的一种水面结冰控制系统，其特征在于，所述结冰温度根据历史数据确定。

7.根据权利要求5所述的一种水面结冰控制系统，其特征在于，所述水下数据还包括实时流量，所述结冰温度为多个，多个所述结冰温度与多个不同流量对应，在将所述水面温度和结冰温度进行比较时，首先根据所述实时流量确定相应的所述结冰温度，然后再将所述水面温度与相应的所述结冰温度进行比较。

8.根据权利要求1所述的一种水面结冰控制系统，其特征在于，所述控制器还将所述水面图像、水下数据、气温、水面结冰状态数据以及曝气发生器的工作状态数据发送至云服务器，由远程监控设备获取所述云服务器中的数据。

9.根据权利要求1所述的一种水面结冰控制系统，其特征在于，还包括报警单元，当所述摄像头、曝气发生器、水下检测装置和地面检测装置中的任意一个或多个发生故障时，所述控制器控制所述报警单元发出报警信息。

10.一种水面结冰控制方法，其特征在于，包括：

技术总结本申请公开了一种水面结冰控制系统及方法，涉及水利工程设备技术领域，其中系统包括：摄像头，用于采集监测区域的水面图像；曝气发生器，设置在监测区域的水下；水下检测装置，用于检测水下数据；地面检测装置，用于检测气温；控制器，用于结合水面图像、水下数据和气温确定监测区域的水面是否结冰，如果未结冰，则控制曝气发生器工作以产生气泡；如果已经结冰，则控制曝气发生器产生气泡的同时，也开启曝气发生器的加热功能。本申请采用视觉分析技术判断水面是否结冰，在水面未结冰时采用曝气的方式预防结冰，在水面结冰时采用加热和曝气结合的方式除冰，在有效提高结冰控制效果的同时，大大降低了能耗。技术研发人员：龚义新,闫晓省,崔渭龙,张岳涛,梁文杰受保护的技术使用者：常州瑞禹信息技术有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/26