地下水位自動監(jiān)測信息采集應(yīng)用系統(tǒng)研究

趙曉薇 王冰

【摘要】著重研究地下水位自動監(jiān)測信息采集應(yīng)用系統(tǒng)，利用通信計算機技術(shù)，通過GPRS無線通訊、WEBGIS、智能化數(shù)據(jù)分析等現(xiàn)代化信息技術(shù)，實現(xiàn)地下水位數(shù)據(jù)的自動采集、自動傳輸及分析處理。地下水利用技術(shù)的推廣與應(yīng)用有利于解決我國日益突出的地表水資源匱乏問題。

【關(guān)鍵詞】地下水位；監(jiān)測；采集；應(yīng)用

1、概述

近年來，我國地表水水臟、水少的問題十分突出，工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水和生活飲用水等方面受到了嚴(yán)重的影響，充分利用地下水，合理有序的開發(fā)顯得十分重要。江蘇省水資源豐富，但受經(jīng)濟快速發(fā)展的影響，地表水短缺的矛盾突出，有些地方開始轉(zhuǎn)向地下水大量開采，這種無序無度地使用地下水，導(dǎo)致蘇南地區(qū)地面沉降。只有摸清地下水的儲量，做到合理的開發(fā)和利用，才能使其造福人類。因此，需要對地下水進(jìn)行廣泛的研究，開展地下水的水位、水質(zhì)、溫度等資料數(shù)據(jù)的收集，以供水行政主管部門決策。

2、系統(tǒng)方案的構(gòu)建

2.1 系統(tǒng)的組成

系統(tǒng)由電源（交流電、蓄電池、太陽能）、GPRS模塊、RTU模塊、終端儀器、系統(tǒng)服務(wù)器、PC機、天線、打印機、軟件等組成。

2.2 通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

利用電信寬帶或ADSL網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)和Internet公網(wǎng)建立通信鏈路，完成與前置終端相連接。采用公網(wǎng)固定IP地址或者公網(wǎng)動態(tài)IP+DNS解析服務(wù)。考慮通信系統(tǒng)的穩(wěn)定，中心站通常需要固定公網(wǎng)IP地址，一般申請專用的TP地址域名，前置終端直接與中心站連接。從節(jié)約經(jīng)費的角度考慮，中心站也可采用公網(wǎng)動態(tài)IP+DNS解析服務(wù)，采用域名尋址方式連接DNS服務(wù)器，再由DNS服務(wù)器找到中心站公網(wǎng)動態(tài)IP地址建立連接，此種方式可以大大節(jié)約公網(wǎng)固定IP的費用，但穩(wěn)定性受制于DNS服務(wù)器的穩(wěn)定，僅適合于小規(guī)模應(yīng)用。

2.3 主要單元功能

GPRS模塊是利用公眾網(wǎng)（移動或聯(lián)通網(wǎng)），插入GSM或CDM的SIM卡，將采集的數(shù)據(jù)通過無線技術(shù)進(jìn)行傳輸，優(yōu)點在于不用自己建專網(wǎng)，節(jié)省了通信維護(hù)費。RTU模塊為“RemoteTerminalUnit”的縮寫，即遠(yuǎn)程終端單元。RTU類似計算機，有中央處理器、內(nèi)存、IO接口等。其最大特點是有大量的數(shù)字量和模擬量輸入輸出接口，使RTU能處理大量的各種類型的傳感器信號。RTU是一種高可靠性、低功耗的適合野外工作環(huán)境的水文數(shù)據(jù)采集傳輸設(shè)備，它可以定時和實時地采集信息參數(shù)并進(jìn)行計算處理和判斷，然后將處理的數(shù)據(jù)按標(biāo)準(zhǔn)格式存儲在本地存儲芯片內(nèi)并通過GPRS通訊模塊發(fā)送到中心站。同時也可以響應(yīng)中心站發(fā)送的參數(shù)招測命令，及時將有關(guān)數(shù)據(jù)返回發(fā)送。該設(shè)備具有實時數(shù)據(jù)顯示和各參數(shù)靈活設(shè)置的功能。

2.4 終端儀器設(shè)備

地下水位測量儀又稱終端設(shè)備，該設(shè)備一般由專門廠家按照計量標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行加工生產(chǎn)，在系統(tǒng)中予以選用即可。根據(jù)地下水井特殊性，一般選用壓力式傳感器和浮子式傳感器，這兩款儀器可選用國產(chǎn)和國外兩種型號儀器，滿足不同精度與價位需求。國內(nèi)生產(chǎn)的壓力式傳感器價格較為低廉，但精度上存在不足，可滿足較低精度要求的地區(qū)使用。進(jìn)口壓力式傳感器精度極高，價格也偏高。浮子式傳感器選用國產(chǎn)即可，因為該型產(chǎn)品已定型且具國際水平，價格也適中。以上儀器均具備RS485端口，滿足通信使用需求。

3、控制中心站及其軟件

中心站系統(tǒng)硬件由服務(wù)器、維護(hù)工作站、交換機、防火墻等設(shè)備組成。中心站系統(tǒng)軟件功能包括實時監(jiān)控、數(shù)據(jù)管理、報表統(tǒng)計、圖表分析、文檔管理和系統(tǒng)管理等模塊；中心站軟件基于微軟的NET平臺，采用C#語言開發(fā)，系統(tǒng)采用B/S三層結(jié)構(gòu)，客戶端免安裝免維護(hù)。服務(wù)器操作系統(tǒng)采用Windows2003Server，數(shù)據(jù)庫采用MSSQLServer2000。水位監(jiān)測點信息顯示，在GIS地圖上顯示各地下水位監(jiān)測點的實時數(shù)據(jù)和狀態(tài)，包括地圖放大、縮小、漫游、圖層控制等。

4、指標(biāo)和功能

4.1 RTU設(shè)備的技術(shù)指標(biāo)

功耗：主板最大功耗15mA，顯示屏正常顯示功耗7mA，開背光顯示50mA，每點亮一個LED燈，增加5mA，整機靜態(tài)值守功耗小于1mA。

電源：工作電壓DC12V，配置主板供電電路串接二極管保護(hù)。

顯示：122×32圖形LCD顯示屏，7個LED工作指示燈，7鍵簡易鍵盤。

接口：4個（3線）RS232接口，1個RS485接口，格雷碼水位采集接口和模擬量接口。

固態(tài)存儲：256KFLASH+256KSRAM（根據(jù)用戶需求可擴展512KFLASH+256KSRAM）。

工作溫度：–20°C～+70°C，LCD顯示屏不低于-5°C。

濕度：不大于95%，不結(jié)露。

4.2 系統(tǒng)功能

數(shù)據(jù)管理：主要對系統(tǒng)的監(jiān)測數(shù)據(jù)和狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，包括數(shù)據(jù)預(yù)處理、數(shù)據(jù)編輯、數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)審核、數(shù)據(jù)召喚等功能。

報表管理：是把采集到的信息以報表的格式顯示并可導(dǎo)出打印等。

文檔管理：文檔管理主要實現(xiàn)系統(tǒng)相關(guān)各項資料如法律法規(guī)、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)等的歸檔、分類、查詢、存儲、上傳、刪除等功能。

系統(tǒng)管理：系統(tǒng)管理主要包括系統(tǒng)監(jiān)測子站管理、權(quán)限管理、日志管理和數(shù)據(jù)備份等。

4.3 防雷電措施

地下水位測量儀作為系統(tǒng)的前置設(shè)備，通常是安裝在野外的，因此必需考慮防雷措施。該系統(tǒng)主要防止直接雷電和感應(yīng)雷電的破壞。防直接雷電裝置由接閃器、引下線和接地體組成，其中接閃器通常由避雷針、避雷線、避雷帶、避雷網(wǎng)組成。防感應(yīng)雷電裝置主要是電子式避雷器，安裝在電源和信號饋線的前端，在雷電多發(fā)區(qū)域可安裝多級電子式避雷器。

5、結(jié)束語

地下水位監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用，能夠提高監(jiān)測的效率和數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，有助于地下水位監(jiān)測部門對地下水的情況進(jìn)行準(zhǔn)確地了解，提高治理地下水的意識，使地下水的質(zhì)量提高，并且能夠通過動態(tài)的監(jiān)測，分析地下水位發(fā)生變化的原因，運用自動化的地下水位監(jiān)測，能夠建立自動化的監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，對地下水位監(jiān)測的全過程進(jìn)行分析和處理，分析影響地下水位發(fā)生變化的原因，以最佳最便捷的方式來提供地下水位信息。

參考文獻(xiàn)：

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