前言

自然界中冰冻是一种常见的物理现象，主要分布在高纬度地带。冰冻灾害会对水利设施、水电大坝、水产养殖、电力设施、航运和水上作业等造成严重的影响，甚至对人类的财产和生命安全造成不可估量的损失。因此，冰的生消现象与人类息息相关。

冰层厚度及其变化过程是研究冰层生消、开河冰塞、凌汛发生的基础性因素之一。在高纬度地区冬、春季节，河冰造成桥梁和水工建筑破坏的事例时有发生，因此水库冰冻对于大坝和取水口工程的安全管理至关重要。在渤海、波罗的海等亚极区海域，每年冬季都有不同程度的海冰生成，海冰对航运和油气生产具有重要影响。极区海冰在全球气候系统扮演着重要角色，也是全球气候变化的指示剂，海冰层厚度是描述海冰状态最基本、最重要的参数，海冰层厚度变化原型数据的获得有利于提高我们对气—冰—海相互作用机理的认识。冰层厚度是计算海冰、河冰和水库冰对海工或水工建筑物作用力的关键指标之一。

然而一直以来，冰层厚度都被认为是海冰或淡水冰最难监测的物理指标之一，钻孔直接测量是测量冰层厚度最可靠的监测手段，但其低效性难以满足冰科学和冰工程研究的需要。目前国际上已发展了多种自动化冰层厚度观测技术，如卫星遥感，雷达探测、电磁感应技术与激光测距技术的组合，舰载或系泊声呐等。其中卫星遥感、舰载或机载的雷达探测、电磁感应及激光测距、舰载声呐等设备，实现了中、大尺度的海冰层厚度探测，这些探测设备的广泛应用，为掌握大范围海冰层厚度分布状况及其年际变化特征提供了可能。系泊仰视声呐的应用实现了定点冰层厚度变化过程的自动化监测，然而其观测精度易受观测环境和冰自身物理性质的影响，难以满足冰科学和冰工程研究的需要。因此，发展有效的定点冰层厚度观测新技术十分必要。

作者从2002年开始研究冰层厚度的自动化检测技术与仪器研究开发工作，对淡水冰的电学性质进行了初步研究，在此基础上研制成功了电阻率冰层厚度传感器及其系统、电容感应式冰层厚度传感器及其系统，并参与研究了磁致伸缩冰层厚度测量装置、浮子式冰层厚度测量装置等检测仪器。作者还携带研制的检测仪器两次赴中国南极中山站进行了现场实验应用，多次在黄河内蒙古段进行检测试验，取得了一些现场经验，现将有关研究成果和现场应用经验收集整理成此书，供同行们进行经验交流。

本书在第1章介绍了冰层厚度检测的研究意义、冰层厚度检测技术的发展过程和现状。第2章介绍了作者对淡水冰的直流弱导电性研究过程及冰的介电性初步研究实验，为后续研究利用冰的电学性质进行冰层厚度检测的方法提供初步的理论基础。第3章介绍了作者研制电阻率冰层厚度传感器及其系统，并对该系统的试验情况及优缺点进行了分析。第4章对作者近年研究的电容感应式冰层厚度检测系统进行了详细叙述，包括研究思路、方法、设计等。第5章介绍作者曾参与研究或现场试验应用过的几种冰层厚度测量装置或方法，这些装置或方法还处于研究更新阶段，目前还无法进行推广应用。第6章介绍了作者利用GSM、GPRS、Iridium SBD9602等模块开发的数据远程无线通信方法，实现了野外自动化监测。第7章介绍了电阻率冰层厚度检测系统和电容感应式冰层厚度监测系统在黄河内蒙古段、南极中山站对河冰、海冰进行自动化监测的现场应用试验情况，并对实验数据进行了分析。同时也介绍了利用电容感应技术监测高压输电线路上覆冰层厚度的检测装置及方法。

在本书介绍的内容中，太原理工大学的秦建敏教授及部分研究生参加了电阻率冰层厚度传感器及其系统的研制与现场工作。大连理工大学的李志军教授等参加了浮子式冰层厚度测量装置、磁致伸缩式冰层厚度测量装置的研究与现场研究工作，在此，一并感谢！

本书的研究成果可以应用于长距离输水工程明渠输水渠道、河道、水库、湖泊的冰生消过程，极地海冰、冰川表层、冻土层、北方地区近海海岸冰层等变化的定点连续自动监测，为北方地区冬季水文自动预报、河流冰凌灾害预报、水电设施安全运行、地质环境监测、冬季道路、航空、海港安全运行、冬季水库水量检测、极地科考等提供一种新的检测理论与技术实现手段，对水文预报、防灾减灾、冬季海航、极地科考等领域具有一定的理论研究和工程实用价值。

著者