地下水監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

一、概述
地下水資源較地表水資源復(fù)雜，因此地下水本身質(zhì)和量的變化以及引起地下水變化的環(huán)境條件和地下水的運(yùn)移規(guī)律不能直接觀察，同時(shí)，由澆灌導(dǎo)致的地下水超采以及地下水的污染引起的地面沉降是緩變型的，一旦積累到一定程度，就成為不可逆的破壞。因此準(zhǔn)確開(kāi)發(fā)保護(hù)地下水就必須依靠長(zhǎng)期的地下水監(jiān)測(cè)，及時(shí)掌握動(dòng)態(tài)變化情況。這就需要建立一套地下水自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
二、系統(tǒng)建設(shè)必要性

為了使有限的水資源能夠支撐經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展，提高水務(wù)管理能力，推進(jìn)節(jié)水型社會(huì)建設(shè)，保證城市供水安全，充分利用現(xiàn)代化迅速發(fā)展的自動(dòng)化信息技術(shù)和科學(xué)管理措施，整合已有的水利、氣象、水文、供水、排水和水環(huán)境監(jiān)測(cè)體系，建設(shè)地下水實(shí)時(shí)監(jiān)控與管理系統(tǒng)，將工程措施與非工程措施緊密地結(jié)合在一起，使有限的水資源得到充分合理的利用是十分必要的，而且意義重大。
三、建設(shè)目標(biāo)

掌握地下水水資源信息，為水資源的合理開(kāi)發(fā)利用和保護(hù)提供堅(jiān)實(shí)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。建立基于網(wǎng)絡(luò)信息服務(wù)的水資源綜合數(shù)據(jù)庫(kù)，存儲(chǔ)地下水水位、水溫、信息，同時(shí)結(jié)合地理信息系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一展現(xiàn)，為水資源管理系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)支撐。

四、系統(tǒng)解決方案
4.1系統(tǒng)概述
本系統(tǒng)依托傳感器技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、軟件技術(shù)、4G網(wǎng)絡(luò)無(wú)線通信技術(shù)于一體，實(shí)現(xiàn)地下水水位、水溫?cái)?shù)據(jù)的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)。對(duì)傳輸距離沒(méi)有要求。監(jiān)控中心工作人員足不出戶，就可以查看本地區(qū)內(nèi)所有監(jiān)測(cè)井的數(shù)據(jù)。監(jiān)測(cè)中心系統(tǒng)軟件能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程采集、遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè),返回的所有數(shù)據(jù)進(jìn)入數(shù)據(jù)庫(kù)，生成各種報(bào)表和曲線。系統(tǒng)具有可擴(kuò)展性，可以方便地增減測(cè)站數(shù)量和傳感器的數(shù)量。修改工作將通過(guò)密碼控制由有關(guān)管理人員進(jìn)行操作，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)管理功能。
4.2系統(tǒng)功能
①實(shí)時(shí)顯示各監(jiān)測(cè)站的水位、水溫、數(shù)據(jù)；
②實(shí)現(xiàn)水位超限和監(jiān)測(cè)設(shè)備故障自動(dòng)報(bào)警
③實(shí)現(xiàn)水位、水溫、自動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的查詢、編輯等功能；
④完成自動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析功能，包括統(tǒng)計(jì)報(bào)表、趨勢(shì)曲線等
⑤完成對(duì)各自動(dòng)監(jiān)測(cè)站站點(diǎn)類型、設(shè)備類型、通訊方式、監(jiān)測(cè)指標(biāo)等基本信息的編輯功能；
⑥由操作系統(tǒng)提供安全管理。在人機(jī)界面上設(shè)置口令，僅允許限的操作人員進(jìn)行操作，記錄操作人員的登錄情況；
⑦系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)能自動(dòng)寫入水位監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)，可以將實(shí)時(shí)遙測(cè)數(shù)據(jù)通過(guò)計(jì)算機(jī)廣域網(wǎng)讓相關(guān)部門進(jìn)行WEB瀏覽，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享；
⑧支持軟件系統(tǒng)維護(hù)，分級(jí)管理。
⑨支持手機(jī)APP展示，數(shù)據(jù)查詢，測(cè)點(diǎn)管理，統(tǒng)計(jì)分析等。
⑩系統(tǒng)具有良好的數(shù)據(jù)接口，方便數(shù)據(jù)對(duì)接
4.3系統(tǒng)組成
該系統(tǒng)由二部分組成：云平臺(tái)/手機(jī)APP、一體化遙測(cè)壓力式水位計(jì)（二參量）。
云平臺(tái)/手機(jī)APP：整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的核心，監(jiān)測(cè)每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)生成各種報(bào)表和曲線。
一體化遙測(cè)壓力式水位計(jì)：采集介質(zhì)中水位、水溫的數(shù)據(jù)并無(wú)線傳輸?shù)皆破脚_(tái)/手機(jī)APP。
五、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)建設(shè)

監(jiān)測(cè)井一般都建在戶外，現(xiàn)場(chǎng)有交流電的考慮采用市電供電，沒(méi)有交流電的且采集速率比較快推薦太陽(yáng)能供電，常規(guī)采集速率推薦電池供電。一體化遙測(cè)壓力式水位計(jì)（二參量）可定時(shí)采集定時(shí)上報(bào)，采集上報(bào)間隔可修改。推薦每天上報(bào)1次，每日采集6次。
水位計(jì)投入井下后，直接將遙測(cè)終端放置在在井口保護(hù)裝置內(nèi)或掛在井房?jī)?nèi)。
5.1單個(gè)監(jiān)測(cè)站配置
序號(hào) 設(shè)備名稱 備注
1 地下水測(cè)控終端 將水位、水溫等無(wú)線發(fā)送數(shù)據(jù)至恒瑞云平臺(tái)
2 SIM卡 即，4G無(wú)線物聯(lián)網(wǎng)卡
3 二參量水位計(jì) 采集水位、水溫、數(shù)據(jù)；HR8003型二參量水位計(jì)
5.2設(shè)備特點(diǎn)
?高穩(wěn)型：高品質(zhì)高穩(wěn)定性感測(cè)元件
?加工工藝：整機(jī)全量程多個(gè)點(diǎn)的溫度補(bǔ)償
?測(cè)量參數(shù)多：水位、水溫、一體化測(cè)量
?通訊網(wǎng)絡(luò)：4G全網(wǎng)通，可擴(kuò)展其他無(wú)線方式
?精度高：水位精度0.05﹪F.S，溫度精度±0.2°C
?多種供電方式：電池、太陽(yáng)能、市電。（此項(xiàng)目使用鋰電池供電）
?防護(hù)等級(jí)高：整機(jī)IP68防護(hù)
?信息采集：定時(shí)采集水位/水溫?cái)?shù)據(jù)、電池電壓和傳感器狀態(tài)。
?數(shù)據(jù)儲(chǔ)存：監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)自動(dòng)存儲(chǔ),實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、監(jiān)控中心雙備份。
?多中心通信：數(shù)據(jù)可同時(shí)上報(bào)給縣、市、省多個(gè)中心。
?智能報(bào)警：數(shù)據(jù)越限或電池電壓過(guò)低時(shí)，自動(dòng)報(bào)警并加報(bào)數(shù)據(jù)。
?遠(yuǎn)程維護(hù)：遠(yuǎn)程修改設(shè)備參數(shù)、上報(bào)頻率；遠(yuǎn)程升級(jí)設(shè)備程序。
5.3技術(shù)參數(shù)：
5.3.1電池供電遙測(cè)終端機(jī)：
1）通訊模塊為工業(yè)級(jí)產(chǎn)品；
2）支持4G 電信、聯(lián)通、移動(dòng)全網(wǎng)通，雙頻 GSM／GPRS；
3）下位機(jī)指令控制按需上、下線；
4）支持?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)、公網(wǎng)、云系統(tǒng)；
5）具有采集雨量、水位、流量等相關(guān)的模擬量和數(shù)字量的儀表數(shù)據(jù)能力；
6）具有對(duì)累計(jì)流量和瞬時(shí)流量采集發(fā)送功能；
7）具有實(shí)時(shí)時(shí)鐘，并具有系統(tǒng)時(shí)鐘同步功能；
8）支持4G/北斗衛(wèi)星/GPRS／SMS通訊、超短波通訊、擴(kuò)展串口通訊等多通道切換功能，支持主備通道切換，多中心上報(bào)；
9）接口：2路開(kāi)關(guān)量輸入、2路開(kāi)關(guān)量輸出、1路RS232或1路RSA85、2路4～20mA、1路可控12V輸出接口；
10）具有看門狗，可保證死機(jī)自動(dòng)復(fù)位；
11）數(shù)據(jù)傳輸：具有一站多傳功能，且自帶校驗(yàn)功能，確保數(shù)據(jù)傳輸完整準(zhǔn)確；
12）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)：終端機(jī)內(nèi)置大容量存儲(chǔ)器，存儲(chǔ)容量≥IMB；
13）具備補(bǔ)發(fā)數(shù)據(jù)功能：當(dāng)主、備信道都發(fā)送不成功時(shí)，數(shù)據(jù)報(bào)文將暫存到本地，在通信恢復(fù)正常后需補(bǔ)發(fā)全部應(yīng)發(fā)送數(shù)據(jù)；
14）可定時(shí)自動(dòng)喚醒，以完成定時(shí)測(cè)報(bào)、響應(yīng)中心站提取固態(tài)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和修改參數(shù)等指令；
15）具備人工置數(shù)功能；
16）參數(shù)遠(yuǎn)程設(shè)置：可遠(yuǎn)程設(shè)置的參數(shù)有定時(shí)自報(bào)時(shí)段值、本站站址、中心地址，中心、當(dāng)前流量水量、測(cè)報(bào)間隔、當(dāng)前時(shí)間等；
17）環(huán)境監(jiān)控：電池低電壓報(bào)警等。
18）工作方式：自報(bào)、應(yīng)答；
19）工作電壓：6－7.2VDC；
20）自報(bào)模式下靜態(tài)值守電流：≤0.05mA（6VDC）；
21）工作電流：≤30mA（6VDC）；
22）環(huán)境溫度：－10℃～55℃；
23）相對(duì)濕度：95％RH（40℃）；
24）帶有電源、連接狀態(tài)、運(yùn)行情況指示燈；
25）供電范圍：＋5.4V～＋12VDC；
5.4 8003型水位水溫計(jì)
水位水溫計(jì)用于測(cè)量水井水位、水溫，將測(cè)量的數(shù)據(jù)通過(guò)信號(hào)線傳送給遙測(cè)終端機(jī)。
水位水溫計(jì)中內(nèi)置壓力、溫度、敏感元件，利用壓力電阻效應(yīng)，將承受的液壓轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，再由電壓電流轉(zhuǎn)換器，把電信號(hào)變換成RS485標(biāo)準(zhǔn)遠(yuǎn)傳信號(hào)。
計(jì)算公式：P=PI+QH
其中 P:被測(cè)液體壓力；PI:大氣壓力；H:液體深度；Q:被測(cè)液體比重
由于大氣壓隨地理位置高度的不同而變化，為了消除大氣壓變化引起的測(cè)量誤差，傳感器采用導(dǎo)氣電纜，將大氣壓PI導(dǎo)入敏感元件另一側(cè)，導(dǎo)氣電纜的導(dǎo)氣孔于大氣連通。從而使計(jì)算公式變?yōu)椋篜=QH
這樣就消除了大氣壓力變化引起的測(cè)量誤差，測(cè)量精度可達(dá)0.05﹪
對(duì)于波動(dòng)較大的水池的液位測(cè)量，可以根據(jù)具體情況采用防波管、固定支架等手段固定變送器。
水位水溫計(jì)技術(shù)參數(shù)：
　 參數(shù)項(xiàng) 說(shuō)明
主要性能指標(biāo) 敏感元件 高穩(wěn)型壓力傳感器
水位量程 0～10m H?O…0～200m H?O
水位精度 0.05﹪F.S（0～70℃）、1級(jí)精度
水位分辨力 1mm
溫度精度 ±0.2℃
溫度分辨率 0.05℃
穩(wěn)定性 0.05﹪F.S/年
過(guò)載 2X F·S
時(shí)間漂移 ≤±1cm/10d(水溫變化≤±3℃)
溫度漂移 ≤±1cm（水溫變化4℃～40℃）
電氣特性 溫補(bǔ)范圍 0～50℃
工作溫度 -10～80℃
供電電壓 DC5～30V （典型24V）
電源保護(hù) 防反接、過(guò)電壓保護(hù)
輸出方式 RS485數(shù)字信號(hào)/MODBUS-RTU協(xié)議128個(gè)變送器節(jié)點(diǎn)
結(jié)構(gòu)特性 殼體材質(zhì) 316L不銹鋼
測(cè)量介質(zhì) 流體介質(zhì)
電纜材質(zhì) 聚氨脂或聚氯乙烯
電纜規(guī)格 Φ7.6mm導(dǎo)氣屏蔽雙鋼絲線纜，
環(huán)境特性 防護(hù)等級(jí) IP68
重量 約300克（不含線纜）
環(huán)境振動(dòng)： 承受GB/T9359所規(guī)定振動(dòng)試驗(yàn)
自由跌落 承受GB/T9359所規(guī)定的跌落試驗(yàn)
電磁環(huán)境 符合GB/T17626.8第3級(jí)
平均無(wú)故障時(shí)間 不小于30000h

六、云平臺(tái)軟件
6.1硬件配置
：騰訊云、阿里云
內(nèi)存：低1G，推薦2G以上
硬盤：普通硬盤 >100G
打印機(jī)：無(wú)特殊要求。
手機(jī)：安卓版本手機(jī)
6.2軟件配置
操作系統(tǒng)軟件：推薦Windows 2008 Server with sp2
數(shù)據(jù)庫(kù)軟件：推薦Microsoft SQL Server 2008 ，作為系統(tǒng)后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)的軟件平臺(tái)。
地下水監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件：完成遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)的接收、顯示、存儲(chǔ)和統(tǒng)計(jì)分析等功能。
手機(jī)APP：實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)查詢，測(cè)站管理。