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，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)確開發(fā)保護(hù)地下水就必須依靠長期的地下水監(jiān)測，及時掌握動態(tài)變化情況。這就需要建立一套地下水自動監(jiān)測系統(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)社會可持續(xù)發(fā)展，提高水務(wù)管理能力，全面推進(jìn)節(jié)水型社會建設(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)測體系，建設(shè)地下水實時監(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，為水資源的合理開發(fā)利用和保護(hù)提供堅實的數(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，存儲地下水水位、水溫、信息，同時結(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)、計算機(jī)技術(shù)、軟件技術(shù)、4G網(wǎng)絡(luò)無線通信技術(shù)于一體，實現(xiàn)地下水水位、水溫數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程監(jiān)測。對傳輸距離沒有要求。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)測井的數(shù)據(jù)。監(jiān)測中心系統(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,返回的所有數(shù)據(jù)進(jìn)入數(shù)據(jù)庫，生成各種報表和曲線。系統(tǒng)具有可擴(kuò)展性，可以方便地增減測站數(shù)量和傳感器的數(shù)量。修改工作將通過密碼控制由有關(guān)管理人員進(jìn)行操作，實現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫管理功能。

4.2系統(tǒng)功能

① 實時顯示各監(jiān)測站的水位、水溫、數(shù)據(jù)；

② 實現(xiàn)水位超限和監(jiān)測設(shè)備故障自動報警

③ 實現(xiàn)水位、水溫、自動監(jiān)測數(shù)據(jù)的查詢、編輯等功能；

④ 完成自動監(jiān)測數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析功能，包括統(tǒng)計報表、趨勢曲線等

⑤ 完成對各自動監(jiān)測站站點類型、設(shè)備類型、通訊方式、監(jiān)測指標(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，僅允許有權(quán)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)實時數(shù)據(jù)能自動寫入水位監(jiān)測數(shù)據(jù)庫，可以將實時遙測數(shù)據(jù)通過計算機(jī)廣域網(wǎng)讓相關(guān)部門進(jìn)行WEB瀏覽，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享；

⑧ 支持軟件系統(tǒng)維護(hù)，分級管理。

⑨ 支持手機(jī)APP展示，數(shù)據(jù)查詢，測點管理，統(tǒng)計分析等。

⑩ 系統(tǒng)具有良好的數(shù)據(jù)接口，方便數(shù)據(jù)對接

4.3系統(tǒng)組成

該系統(tǒng)由二部分組成：云平臺/手機(jī)APP、一體化遙測壓力式水位計（二參量）。

云平臺/手機(jī)APP：整個監(jiān)控系統(tǒng)的核心，監(jiān)測每個監(jiān)測點的實時數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)生成各種報表和曲線。

一體化遙測壓力式水位計：采集介質(zhì)中水位、水溫的數(shù)據(jù)并無線傳輸?shù)皆破脚_/手機(jī)APP。

五、現(xiàn)場監(jiān)測點建設(shè)

監(jiān)測井一般都建在戶外，現(xiàn)場有交流電的考慮采用市電供電，沒有交流電的且采集速率比較快推薦太陽能供電，常規(guī)采集速率推薦電池供電。一體化遙測壓力式水位計（二參量）可定時采集定時上報，采集上報間隔可修改。推薦每天上報1次，每日采集6次。

水位計投入井下后，直接將遙測終端放置在在井口保護(hù)裝置內(nèi)或掛在井房內(nèi)。

5.1單個監(jiān)測站配置

5.2設(shè)備特點

u 高穩(wěn)型：高品質(zhì)高穩(wěn)定性感測元件

u 加工工藝：整機(jī)全量程多個點的溫度補(bǔ)償

u 測量參數(shù)多：水位、水溫、一體化測量

u 通訊網(wǎng)絡(luò)：4G全網(wǎng)通，可擴(kuò)展其他無線方式

u 精度高：水位精度0.05%F.S，溫度精度±0.2°C

u 多種供電方式：電池、太陽能、市電。（此項目使用鋰電池供電）

u 防護(hù)等級高：整機(jī)IP68防護(hù)

u 信息采集：定時采集水位/水溫數(shù)據(jù)、電池電壓和傳感器狀態(tài)。

u 數(shù)據(jù)儲存：監(jiān)測數(shù)據(jù)自動存儲,實現(xiàn)現(xiàn)場設(shè)備、監(jiān)控中心雙備份。

u 多中心通信：數(shù)據(jù)可同時上報給縣、市、省多個中心。

u 智能報警：數(shù)據(jù)越限或電池電壓過低時，自動報警并加報數(shù)據(jù)。

u 遠(yuǎn)程維護(hù)：遠(yuǎn)程修改設(shè)備參數(shù)、上報頻率；遠(yuǎn)程升級設(shè)備程序。

5.3技術(shù)參數(shù)：

5.3.1電池供電遙測終端機(jī)：

1）通訊模塊為工業(yè)級產(chǎn)品；

2）支持4G 電信、聯(lián)通、移動全網(wǎng)通，雙頻 GSM／GPRS；

3）下位機(jī)指令控制按需上、下線；

4）支持虛擬數(shù)據(jù)專用網(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）具有對累計流量和瞬時流量采集發(fā)送功能；

7）具有實時時鐘，并具有系統(tǒng)時鐘同步功能；

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；

9）接口：2路開關(guān)量輸入、2路開關(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)自動復(fù)位；

11）數(shù)據(jù)傳輸：具有一站多傳功能，且自帶校驗功能，確保數(shù)據(jù)傳輸完整準(zhǔn)確；

12）數(shù)據(jù)存儲：終端機(jī)內(nèi)置大容量存儲器，存儲容量≥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，數(shù)據(jù)報文將暫存到本地，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）可定時自動喚醒，以完成定時測報、響應(yīng)中心站提取固態(tài)存儲數(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)有定時自報時段值、本站站址、中心地址，中心手機(jī)號、當(dāng)前流量水量、測報間隔、當(dāng)前時間等；

17）環(huán)境監(jiān)控：電池低電壓報警等。

18）工作方式：自報、應(yīng)答；

19）工作電壓：6－7.2VDC；

20）自報模式下靜態(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

水位水溫計用于測量水井水位、水溫，將測量的數(shù)據(jù)通過信號線傳送給遙測終端機(jī)。

水位水溫計中內(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，再由電壓電流轉(zhuǎn)換器，把電信號變換成RS485標(biāo)準(zhǔn)遠(yuǎn)傳信號。

計算公式：P=PI+Q*H

其中 P:被測液體壓力；PI:大氣壓力；H:液體深度；Q:被測液體比重

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。從而使計算公式變?yōu)椋篜=Q*H

這樣就消除了大氣壓力變化引起的測量誤差，測量精度可達(dá)0.05%
對于波動較大的水池的液位測量，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。 

水位水溫計技術(shù)參數(shù)：

六、云平臺軟件

6.1硬件配置

服務(wù)器：云服務(wù)器、阿里云服務(wù)器

內(nèi)存：1G，推薦2G以上

硬盤：普通硬盤 >100G

打印機(jī)：無特殊要求。

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)庫軟件：推薦Microsoft SQL Server 2008 ，作為系統(tǒng)后臺數(shù)據(jù)庫的軟件平臺。

地下水監(jiān)測系統(tǒng)軟件：完成遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)的接收、顯示、存儲和統(tǒng)計分析等功能。

手機(jī)APP：實現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)查詢，測站管理。

6.3、地下水監(jiān)測管理系統(tǒng)軟件介紹

系統(tǒng)的設(shè)計是基于GPRS數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)和Web網(wǎng)絡(luò)技術(shù)之上的，各部門、各級別管理人員可以通過網(wǎng)絡(luò)訪問管理系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)信息查詢、管理。具體功能特點如下：

◆ B/S結(jié)構(gòu)軟件設(shè)計，支持網(wǎng)絡(luò)（因特網(wǎng)、局域網(wǎng)）瀏覽、操作。

系統(tǒng)軟件采用Web技術(shù)，局域網(wǎng)用戶可通過內(nèi)網(wǎng)訪問，經(jīng)認(rèn)證用戶名和密碼后進(jìn)入相應(yīng)級別管理系統(tǒng)。監(jiān)測中心具備公網(wǎng)上固定IP時，廣域網(wǎng)用戶可通過公網(wǎng)訪問系統(tǒng)。

◆ 系統(tǒng)軟件支持SQL數(shù)據(jù)庫，可存儲不少于二年的各種歷史數(shù)據(jù)。

◆ 主界面——地圖顯示

1）主界面以各監(jiān)測點分布圖為背景，顯示所有監(jiān)測點位置分布情況。

2）用戶可以通過鼠標(biāo)拖動自行編輯監(jiān)測點的位置。

3）將鼠標(biāo)置于監(jiān)測點上，可以顯示監(jiān)測點的基本信息及最新監(jiān)測數(shù)據(jù)，單擊測點可進(jìn)入該測點的實時監(jiān)測界面，查看詳細(xì)數(shù)據(jù)。

4）系統(tǒng)支持手機(jī)APP 展示，維護(hù)查詢，系統(tǒng)管理。

◆ 軟件支持終端設(shè)備定時自動上報 + 定時問詢 + 即時召測

定時自動上報是指測控終端按時間間隔定期上報監(jiān)測數(shù)據(jù)，自動上報時間間隔可設(shè)。

定時問詢是指軟件定時下發(fā)采集命令，采集現(xiàn)場所有監(jiān)測點數(shù)據(jù)，采集時鐘基準(zhǔn)統(tǒng)一為計算機(jī)時鐘，保證數(shù)據(jù)同時性。

即時召測是指用戶在需要時，通過軟件下發(fā)命令，采集監(jiān)測點當(dāng)前數(shù)據(jù)。

◆ 軟件功能模塊化設(shè)計，同時支持GPRS、短消息通信方式。

主要功能模塊包括：系統(tǒng)信息管理、基礎(chǔ)信息管理、實時監(jiān)控、歷史數(shù)據(jù)查詢、圖形分析、匯總統(tǒng)計與報表管理等功能模塊。在各項功能模塊中，均支持根據(jù)所在區(qū)域、地理位置、規(guī)模及測點名稱等進(jìn)行組合查詢，查詢結(jié)果可以表格、圖片等形式輸出。

? 系統(tǒng)信息管理：

具備軟件授權(quán)管理、秘密保護(hù)功能，授予不同的操作員不同的級別、不同的操作權(quán)限。

? 基礎(chǔ)信息管理：

監(jiān)測點信息管理：包括通訊信息的設(shè)置，計量、測量設(shè)備信息的管理。

? 實時監(jiān)控（顯示最新監(jiān)測數(shù)據(jù)）：

1）實時數(shù)據(jù)：監(jiān)測顯示監(jiān)測點的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、最新水位監(jiān)測數(shù)據(jù)及設(shè)備狀態(tài)。

2）遠(yuǎn)程召測：按照區(qū)域、自定義監(jiān)測點遠(yuǎn)程讀取當(dāng)前監(jiān)測數(shù)據(jù)。

3）遠(yuǎn)程設(shè)置：遠(yuǎn)程設(shè)置監(jiān)測點水位計量參數(shù)，如：水位計量程、投放深度、井口高程、水位下限等。

? 歷史記錄數(shù)據(jù)存儲、查詢、輸出管理：

具備監(jiān)控數(shù)據(jù)、報警數(shù)據(jù)、信息存儲、查詢、生成Excel表格、打印輸出功能。

? 圖形分析、匯總統(tǒng)計與報表管理：

1）可以生成（某一個時間段的小時、日、月份、季度、年度）水位統(tǒng)計、分析報表并進(jìn)行存儲、輸出、生成Excel表格、打印輸出。

2）以曲線、柱形圖的形式顯示時段統(tǒng)計的結(jié)果出來。

3）可根據(jù)用戶需求，由用戶提供報表模板，制作用戶需要的報表。

◆ 接收現(xiàn)場報警數(shù)據(jù)，彈出報警提示信息和聲音提示。

水位越限、非法開箱、供電狀態(tài)變化主動上報等。

◆ 系統(tǒng)擴(kuò)展方便

當(dāng)需要增加監(jiān)測點時，只需在現(xiàn)場加裝一套測控終端，在系統(tǒng)軟件上添加一個測點即可。