基于PC的地下水智能監控網絡設計方法

田來劍，趙 軍，郭建珠

（1.長治市郊區水利局，山西 長治 046000；2.太原理工大學，山西 太原 030024）

1 地下水位與水質監控意義及方案的提出

地下水位變化影響地質變化和地殼運動。監測地下水位變化通常是人工手動到現場進行測量采集數據，但地下水監測范圍較廣，需要大量的人力資源，工作周期較長，且以離線方式為主。為了滿足地下水監測要求，提高效率，節省資源，根據該地區地下水監測的實際需求，提出以傳感器為遠端采集設備，通過GPRS網絡定時登錄服務器，將傳感器采集的監測數據上傳服務器的解決辦法。根據客戶實際需求，制定確實可行的解決方案，并開發智能GPRS數據傳輸器，采用GPRS網絡通訊方式進行數據傳輸。

無線GPRS地下水網絡系統終端采用大規模集成電路技術、嵌入式操作系統、網絡數據傳輸技術、抗干擾技術和串行接口通信技術。線路的設計與元器件的選擇以較大的環境適應性為原則，確保設備運行的可靠性。特別采用了太陽能供電方式，適用于不方便提供220V交流電的野外數據采集現場。通過上位機軟件可以監測遠端點設備，將采集的數據傳回中控室，并將數據保存在軟件后臺數據庫中。

2 系統組成及組網方案

地下水網絡監測系統整體分為3部分：遠端監測點、無線傳輸鏈路和中心控制室。

遠端監測點又由3部分構成：數據采集器、GPRS數據傳輸設備及GPRS數據傳輸設備電源。采用傳感器對地下水的水位進行監測，GPRS數據傳輸器將所采集的數據上傳至中心控制室，采用太陽能為數據傳輸器供電。

無線傳輸鏈路采用GPRS數據傳輸，由遠端點GPRS數據傳輸器發送數據到GPRS網絡，再經服務轉換，進入Internet網絡，最終傳輸到服務器上，并由服務器轉發數據庫到客戶端軟件。客戶端軟件依托于數據庫，從而實現中控室客戶端軟件和遠端點GPRS數據傳輸器之間的無線數據通訊。

中心控制室由IP數據代理服務器、控制臺和客戶端組成。其中，IP數據代理服務器采用嵌入式實時操作系統，可以預防所有WINDOWS操作系統流行的病毒，獨立的傳輸協議保證設備傳輸控制不被侵擾，用以實現采集數據的轉發、存儲和Web瀏覽功能；控制臺由一臺計算機和本地客戶端軟件構成，完成對監測點設備的設置等功能；客戶端為網絡客戶端，實現監測數據的網絡查看功能和異地查看功能。

3 系統各組成部分功能

3.1 前端智能傳感器

數據接口采用一個或兩個RS232接口，可同時接一個或兩個傳感器，波特率為9600Bps；系統通信端口采用全隔離技術，可避免通信系統因雷擊或其他故障損害通信端口；使用單片機控制采集頻率及上傳頻率；電池供電。

3.2 GPRS智能傳輸終端

串口通訊速率選擇9600Bps，通訊模式是8位數據位、1位停止位、無奇偶校驗、無硬件控流；遠程/自動喚醒功能實現遠程數據采集、控制，保證其工作的可靠性；內嵌完整的TCP/IP協議，應用更全面、更廣闊；帶自主開發的主控電路和硬件看門狗，保證電路可靠工作，并根據需要進行軟件串口升級；實現點對點的數據傳輸，保證計算機IP地址與設備IP地址一致，設備所設端口號與服務器端口號一致；實現太陽能供電方式，體現節能環保。

3.3 IP數據代理服務器

實現連接GPRS數據傳輸服務器并存儲其上傳數據的數據服務功能；連接Web查看軟件和本地客戶端設置軟件，完成數據查看、數據存儲及GPRS數據傳輸服務器的設置。

3.4 中心控制室及異地軟件平臺

本地客戶端軟件，即ZYT系列無線GPRS地下水網絡監測系統軟件，可以對在線設備進行數據采集，進入測試方式等；可以設置一定的管理權限，保證系統的安全性；可以對設備進行管理、設置等；可以進行數據查詢。

工作模型為三層結構，即實時設備—服務端—客戶端。服務端可以接受各種命令輪詢或單獨獲取各采集點的數據信息、控制各可控制設備的啟停，并可按需要定時或依據數據變化控制設備。客戶端可實現數據展示和權限控制等，向服務端發送各種命令，以實現需要的功能。

采用多客戶端—服務端對應多設備可避免多個控制軟件直接控制同一設備產生的各種不可預知的問題，并有效提高工作效率。

Web瀏覽器——地質環境自動化遠程監測系統，網絡版軟件在整個地下水監控系統中作為遠程客戶端，用戶在任何有互聯網的地方通過登錄軟件即可對地下水監測現場設備采集的實時監測數據進行在線查詢。

4 結語

4.1 重視地下水資源的合理開發利用

我國大部分地區水資源貧乏，部分地區地下水位連續下降。因此，水利工作者必須從大局及長遠利益出發，加大地下水監測職能，嚴格控制地下水超量開采，保證補給與消耗基本平衡，實現和諧有序發展。

4.2 重視地下水水質的監測及保護工作

地下水資源是關系國計民生的重要資源，必須切實保護地下水免受污染，加強地下水水質的監測工作。近年來隨著經濟社會的不斷發展，工業“三廢”及生活污水排放使一些地區淺層地下水受到污染，給人民生活帶來很大影響。地下水污染一旦形成，就需要較長的時間、較大的財力才能恢復，所以地下水水質監測工作必須作為一項基本職能長抓不懈。

4.3 重視地下水動態分析及研究工作

通過地下水動態的監測工作，不僅能掌握歷史及當前的地下水水位、埋深及運動規律，還能通過動態分析進一步研究區域地下水動態規律（包括數量及質量），預測地下水未來發展的可能趨勢，并針對性地指導地下水資源的開發利用，最大可能地避免由于開發不當帶來的被動局面，保證地下水資源可持續利用。