冰情检测与冰凌灾害的预报预防是中国南北极科学考察、高寒区内陆河道水文预报、水电大坝与长距离输水工程、环境监测等诸多领域急需的应用技术，也是国家防汛减灾系统建设的主要任务之一。由于冰情监测现场大多地处气象条件恶劣、交通、供电条件受限的野外环境，要实现对极寒区野外环境下对河流、湖泊、水库等现场冰情的连续自动监测将会遇到比常规条件下水文测报更大的困难，一般设备价格昂贵、功耗高、抗冻性差，特别是如何解决检测系统长期供电、在极低温（低于-30℃）环境下设备的正常工作的问题，是目前国际、国内水利工程与水文测报领域尚未得到很好解决的国际性难题。本课题针对冬季野外环境常年处于于-30℃下的黑龙江流域河道野外冰情检测的需求，在水利部公益性科研专项“黄河冰情自动监测系统研发与现场试验（No.201201080）”、国家自然科学基金项目“基于空气、冰与水物理特性差异的冰层生消过程与力学强度连续在线检测原理研究（No.51279122）”等项目资助下，设计了基于冰、水、空气物理特性差异由多种可再生能源供电的寒区冰情自动监测系统[1]。该系统研制了可以对冰层内部及冰下水层等效电阻、温度梯度变化状态进行连续自动检测的R-T冰层厚度传感器，根据系统应用于黑龙江河道现场监测的特殊地理环境，提出了利用再生能源的环保型水光互补供电系统、超低功耗智能保温系统的特殊冰情检测系统结构，融合了单片机、GPRS数据传输等新型电子信息处理技术，设计研制了低功耗、低成本、抗低温的冰情监测系统，实现了在极低温野外环境下对黑龙江河道封冻期水体冰盖的定点、实时、连续、远程、自动监测，为高纬度地区冬季冰情检测提供了一种可行的系统设备。在设计与试验过程中，本论文完成了以下研究内容：1.在分析了现有冰情检测技术的基础上，根据系统应用于黑龙江河道现场监测的特殊地理环境，提出了利用再生能源的环保型水光互补供电系统、超低功耗智能保温系统的特殊冰情检测系统结构。2.在-50℃～30℃温度范围内对冰和水的等效电阻随温度变化的规律进行了试验研究，分析了冰、水等效电阻受温度影响的变化规律以及冰层中温度梯度的分布规律，建立了在-50℃～30℃温度范围内基于冰、水、空气等效电阻-温度差异检测冰水情的实验模型；3.根据研究试验结果和高寒地区工程监测现场环境的实际情况，完成了包括现场采集和上位机远程数据接收、状态监测、功能控制的冰情监测系统整体结构的设计，设计了新的利用可再生能源的环保型水光互补供电系统；4.完成了冰层厚度传感器系统结构的设计，设计了与传感器配套的现场数据采集处理硬件电路及模块选型。在现场数据采集处理硬件电路设计中除设计了常规的单片机数据采集处理电路外，还根据系统应用于极寒区野外环境的特点，设计了专用的超低功耗智能保温防冻系统，使系统可以在气温低至-50℃的高寒地区长时间保持正常工作，提高了系统设备的抗冻性和可靠性；5.完成了冰情自动监测系统现场数据采集电路的软件设计，使检测系统实现了冰情现场采集数据的自动实时处理、远程通信，使整个冰情自动监测系统实现了无人值守的远程无线遥测系统功能；6.设计研制成功的冰情检测系统于2013.12.17-2014.4.12安装在黑龙江漠河河道现场进行为期5个月的连续冰情监测试验，获取了系统的黑龙江冬季冰情数据，并对系统采集冰情数据与同期人工观测数据进行对比分析；7.根据设备在设计与现场试验中所暴露的问题进行了总结分析并提出相应解决方案。