自動采集系統在水資源監測中的應用

艾建軍 李 坤

（河北省承德水文水資源勘測局，河北 承德 067000）

地下水監測作為水文工作的一項常規業務，為地下水動態分析和灌排管理等工作提供著重要的基礎資料和歷史參考依據。多年來，對于灌域的地下水鹽動態監測工作一直沿用比較傳統和落后的運作模式，隨著時代的進步和科技的發展，已越來越不適應新時期地下水工作發展的需要，存在的弊端和不足也日益嚴重地顯現出來。“IC卡地下井水位（水溫）自動采集和數據處理整編分析系統”（本文稱“自動采集及數據整編處理系統”）主要是利用現代先進的單片機電子技術和微機編程技術，通過自行研制的地下水位（水溫）采集、存儲、顯示裝置和自行編制的程序軟件操作系統，實現了對地下水數據的自動化采集存儲和地下水資料的自動化整編處理，從而提高地下水監測分析水平。

1 IC卡地下井水位（水溫）自動采集系統的研究思路和方案設計

本系統是針對地下井外業工作，在現有的地下水監測井的井壁內部安設一個自行開發研制的數據采集裝置，外面加設保護裝置。自動采集裝置每隔24小時自動采集數據一次，然后將采集到的數據（水位、水溫）存入插在采集裝置內的IC卡上。管理人員可定時將IC卡取回，把此卡插入讀卡器，讀卡器與計算機聯接，運行計算機上的讀卡程序就可將存儲在IC卡上的數據信息讀出。

該系統的技術設計方案主要包括進行水深傳感器的研制開發、水溫傳感器的研制開發、自動采集裝置的研制開發和讀卡裝置等的研制開發。具體要求一是要保證水深（水溫）傳感器的穩定性和測量精度要求，而且要爭取盡量低廉的價格；二是要使采集裝置盡量做到小巧堅固，利于保護，設備應具有防潮、防水并便于安裝、調試；三是盡可能使系統省電，以保證其更長的工作時間。

2 地下水數據處理與資料整編分析系統

2.1 系統開發的技術思路和方案設計

該系統主要是針對內業數據的處理與資料整編分析工作，應用現代計算機手段對外部輸入的水位、水化、土壤水鹽等基礎資料通過自行開發的軟件處理系統實現數據處理與資料整編分析的自動化，并可對處理結果進行瀏覽和打印輸出。系統操作便捷，整體適應性強，瀏覽查詢方便，并且各項處理均滿足水文規范要求。

由于該系統主要是利用現代微機手段和處理功能，將Windows95/98作為該系統的主要支持系統和運行環境。因此，要求所加載的計算機主頻要在133M以上，內存達到16M以上，硬盤空間要在500M以上。另外，對該系統的編程手段采用了VB編程語言。

2.2 系統的技術編程原理

該系統是以地下水資料整編為中心，將水位處理、水質分析、土壤含水率計算、土壤鹽分分析以及數據備份等程序模塊封裝在一個統一的項目處理主程序下實行系統的統一控制與管理。

系統主要采用VB6.0數據庫編程技術和Access數據庫軟件進行信息管理系統的設計。其中，主要使用VB數據對象訪問和更新Access數據庫原理，設計數據輸入窗體并為它編寫代碼（包括使用Visdata程序創建和維護數據庫；設計約束數據控件在鍵擊、數據字段、窗體等不同級別上編寫輸入確認過程；使用SQL結構化查詢語言對數據庫進行備份恢復）以及報表程序的編寫等。同時根據業務需要設置對處理結果的瀏覽和打印輸出功能。

2.2.1 水位資料處理的編程原理

采用VB6.0中文版和Access數據庫工具，實現了測井水位資料錄入、數據庫結構的建立、測量資料的錄入、報表的生成、水位過程線的繪制及打印和其它處理等功能。為實現各數據的聯系和關聯，本系統設計了用于數據關聯的字典庫，實現不同測量內容中數據的共享。

通過微機輸入各地下水位觀測值后，經系統運行處理后，相應的地下水位、埋深值便自動得以計算和處理，并根據要求自動生成相應的地下水位月報表及水位年度成果表。同時，可點繪地下水位變化過程線，結合外部輸入的氣象和引排水資料可同時點繪綜合變化過程線等。

2.2.2 水質分析資料處理的編程原理

通過微機輸入各地下井水樣化驗的滴定用量，系統便會自動計算相應的離子含量和相應的其它水化指標，并自動將計算結果進行匯總為對應的成果表，并可瀏覽與打印輸出。特別是在這一項目的處理中，解決了對水化所要求的數據特殊格式的自動識別和處理。

由于水化記錄表和成果表表格較為復雜，VB6.0又不易實現復雜報表的生成，系統同樣采用了與Excel的接口技術，繪制符合整編要求的表格。同時系統對在水化分析中包含的水位、埋深、水溫等測井資料實現了彼此間數據庫的關聯。

2.2.3 土壤含水率資料處理的編程原理

通過微機輸入各取樣定位點的含水率測定資料，系統便會自動進行含水率的計算和計算成果表的生成，并可按要求點繪生成相應的含水率對比分布圖，以便直觀地進行對比與分析。特別是在這一項目的處理中，實現了選擇統計功能，解決了含水率計算數據的取舍問題。同時，調用了VB6.0與Excel的接口技術，實現了在系統中繪制點位及層次橫向、縱向的水位含水率分布圖，使含水率數據更加直觀。

2.2.4 土壤鹽分分析資料處理的編程原理

本系統實現了土樣分析計算中分析記錄表和成果表的打印。

2.2.5 系統數據備份與恢復的編程原理

本系統主要采用了SQL結構化查詢語言及ODBC技巧，將本系統所有項目數據實現了分類備份與恢復。實現了水文資料檔案化及歷史查詢的便捷功能。

2.3 系統的創新

本系統的創新點包括兩個方面：一方面將地下水文資料長時期以來人工整編的工作方式轉化為利用最新計算機技術進行自動整編，節約了人力和物力投入。另一方面是將水位單井過程線和綜合過程線進行了計算機自動生成和利用打印機仿真輸出。在這方面，不僅回避了以往人工點圖的誤差，而且可以實時的觀察水位變化過程，同時也節省了使用繪圖儀繪制的費用。

3 系統的應用與檢驗

通過對“自動采集及數據整編處理系統”的開發應用，為傳統的地下水數據采集和整編處理工作提供了科學手段并注入了新的活力，大大提高了數據處理與資料整編分析水平和工作效率，為灌排管理及地下水動態規律的研究提供了更為及時準確的依據和基礎資料，主要體現在：

3.1 避免了人工觀測資料中存在的資料缺漏測、真實性差等弊端，增強了資料的連續性、可分析性和精度。

3.2 簡化和壓縮了地下水資料的計算、整編工作量，提高了整編處理的精度和質量，節省了人力、物力的配置。

同時，通過對系統的推廣應用，一方面由于對監測數據的采集將由系統本身自動完成，再無需人工觀測，因此，它將免去委托觀測費用，另一方面將節省大量內業資料整編和數據處理所需的人力、物力投入，降低內業工作業務費用的支出，從而帶來良好的經濟效益。

因此，隨著對“自動采集及數據整編處理系統”在今后的不斷應用和技術容量及技術處理水平的進一步加大以及其處理內容和通用范圍的進一步擴大，必將實現并使其成為真正的業務“思維”化和“領域”化處理系統，從而帶來向全業務領域推廣和應用的廣闊前景。

[1]錢易,劉昌明,邵益生.中國城市水資源可持續開發利用[M].北京，中國水利水電出版社 2002。

[2]劉昌明,陳志愷.中國水資源現狀評價和供需發展趨勢分析 [M].北京，中國水利水電出版社,2001。