地下水位自動監測信息采集應用系統研究

趙曉薇 王冰

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

【關鍵詞】地下水位；監測；采集；應用

1、概述

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

2、系統方案的構建

2.1 系統的組成

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

2.2 通信網絡系統

利用電信寬帶或ADSL網絡實現和Internet公網建立通信鏈路，完成與前置終端相連接。采用公網固定IP地址或者公網動態IP+DNS解析服務?？紤]通信系統的穩定，中心站通常需要固定公網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。從節約經費的角度考慮，中心站也可采用公網動態IP+DNS解析服務，采用域名尋址方式連接DNS服務器，再由DNS服務器找到中心站公網動態IP地址建立連接，此種方式可以大大節約公網固定IP的費用，但穩定性受制于DNS服務器的穩定，僅適合于小規模應用。

2.3 主要單元功能

GPRS模塊是利用公眾網（移動或聯通網），插入GSM或CDM的SIM卡，將采集的數據通過無線技術進行傳輸，優點在于不用自己建專網，節省了通信維護費。RTU模塊為“RemoteTerminalUnit”的縮寫，即遠程終端單元。RTU類似計算機，有中央處理器、內存、IO接口等。其最大特點是有大量的數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境的水文數據采集傳輸設備，它可以定時和實時地采集信息參數并進行計算處理和判斷，然后將處理的數據按標準格式存儲在本地存儲芯片內并通過GPRS通訊模塊發送到中心站。同時也可以響應中心站發送的參數招測命令，及時將有關數據返回發送。該設備具有實時數據顯示和各參數靈活設置的功能。

2.4 終端儀器設備

地下水位測量儀又稱終端設備，該設備一般由專門廠家按照計量標準要求進行加工生產，在系統中予以選用即可。根據地下水井特殊性，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和國外兩種型號儀器，滿足不同精度與價位需求。國內生產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使用。進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即可，因為該型產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

中心站系統硬件由服務器、維護工作站、交換機、防火墻等設備組成。中心站系統軟件功能包括實時監控、數據管理、報表統計、圖表分析、文檔管理和系統管理等模塊；中心站軟件基于微軟的NET平臺，采用C#語言開發，系統采用B/S三層結構，客戶端免安裝免維護。服務器操作系統采用Windows2003Server，數據庫采用MSSQLServer2000。水位監測點信息顯示，在GIS地圖上顯示各地下水位監測點的實時數據和狀態，包括地圖放大、縮小、漫游、圖層控制等。

4、指標和功能

4.1 RTU設備的技術指標

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。

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。

固態存儲：256KFLASH+256KSRAM（根據用戶需求可擴展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%，不結露。

4.2 系統功能

數據管理：主要對系統的監測數據和狀態數據進行管理，包括數據預處理、數據編輯、數據查詢、數據審核、數據召喚等功能。

報表管理：是把采集到的信息以報表的格式顯示并可導出打印等。

文檔管理：文檔管理主要實現系統相關各項資料如法律法規、質量標準等的歸檔、分類、查詢、存儲、上傳、刪除等功能。

系統管理：系統管理主要包括系統監測子站管理、權限管理、日志管理和數據備份等。

4.3 防雷電措施

地下水位測量儀作為系統的前置設備，通常是安裝在野外的，因此必需考慮防雷措施。該系統主要防止直接雷電和感應雷電的破壞。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、避雷網組成。防感應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，在雷電多發區域可安裝多級電子式避雷器。

5、結束語

地下水位監測系統應用，能夠提高監測的效率和數據的準確性，有助于地下水位監測部門對地下水的情況進行準確地了解，提高治理地下水的意識，使地下水的質量提高，并且能夠通過動態的監測，分析地下水位發生變化的原因，運用自動化的地下水位監測，能夠建立自動化的監測網絡，對地下水位監測的全過程進行分析和處理，分析影響地下水位發生變化的原因，以最佳最便捷的方式來提供地下水位信息。

參考文獻：

[1]王省山，苑曉倩.淺談地下水位自動監測系統在石佛寺水庫的應用[J].水資源開發與管理，2015，03：43-46.

[2]嚴晉.GSM自動監測系統在地下水位監測中的應用分析[J].信息通信，2015，10：125-126.