地下水位自动监测信息采集应用系统研究

赵晓薇 王冰

【摘要】着重研究地下水位自动监测信息采集应用系统，利用通信计算机技术，通过GPRS无线通讯、WEBGIS、智能化数据分析等现代化信息技术，实现地下水位数据的自动采集、自动传输及分析处理。地下水利用技术的推广与应用有利于解决我国日益突出的地表水资源匮乏问题。

【关键词】地下水位；监测；采集；应用

1、概述

近年来，我国地表水水脏、水少的问题十分突出，工农业生产用水和生活饮用水等方面受到了严重的影响，充分利用地下水，合理有序的开发显得十分重要。江苏省水资源丰富，但受经济快速发展的影响，地表水短缺的矛盾突出，有些地方开始转向地下水大量开采，这种无序无度地使用地下水，导致苏南地区地面沉降。只有摸清地下水的储量，做到合理的开发和利用，才能使其造福人类。因此，需要对地下水进行广泛的研究，开展地下水的水位、水质、温度等资料数据的收集，以供水行政主管部门决策。

2、系统方案的构建

2.1 系统的组成

系统由电源（交流电、蓄电池、太阳能）、GPRS模块、RTU模块、终端仪器、系统服务器、PC机、天线、打印机、软件等组成。

2.2 通信网络系统

利用电信宽带或ADSL网络实现和Internet公网建立通信链路，完成与前置终端相连接。采用公网固定IP地址或者公网动态IP+DNS解析服务。考虑通信系统的稳定，中心站通常需要固定公网IP地址，一般申请专用的TP地址域名，前置终端直接与中心站连接。从节约经费的角度考虑，中心站也可采用公网动态IP+DNS解析服务，采用域名寻址方式连接DNS服务器，再由DNS服务器找到中心站公网动态IP地址建立连接，此种方式可以大大节约公网固定IP的费用，但稳定性受制于DNS服务器的稳定，仅适合于小规模应用。

2.3 主要单元功能

GPRS模块是利用公众网（移动或联通网），插入GSM或CDM的SIM卡，将采集的数据通过无线技术进行传输，优点在于不用自己建专网，节省了通信维护费。RTU模块为“RemoteTerminalUnit”的缩写，即远程终端单元。RTU类似计算机，有中央处理器、内存、IO接口等。其最大特点是有大量的数字量和模拟量输入输出接口，使RTU能处理大量的各种类型的传感器信号。RTU是一種高可靠性、低功耗的适合野外工作环境的水文数据采集传输设备，它可以定时和实时地采集信息参数并进行计算处理和判断，然后将处理的数据按标准格式存储在本地存储芯片内并通过GPRS通讯模块发送到中心站。同时也可以响应中心站发送的参数招测命令，及时将有关数据返回发送。该设备具有实时数据显示和各参数灵活设置的功能。

2.4 终端仪器设备

地下水位测量仪又称终端设备，该设备一般由专门厂家按照计量标准要求进行加工生产，在系统中予以选用即可。根据地下水井特殊性，一般选用压力式传感器和浮子式传感器，这两款仪器可选用国产和国外两种型号仪器，满足不同精度与价位需求。国内生产的压力式传感器价格较为低廉，但精度上存在不足，可满足较低精度要求的地区使用。进口压力式传感器精度极高，价格也偏高。浮子式传感器选用国产即可，因为该型产品已定型且具国际水平，价格也适中。以上仪器均具备RS485端口，满足通信使用需求。

3、控制中心站及其软件

中心站系统硬件由服务器、维护工作站、交换机、防火墙等设备组成。中心站系统软件功能包括实时监控、数据管理、报表统计、图表分析、文档管理和系统管理等模块；中心站软件基于微软的NET平台，采用C#语言开发，系统采用B/S三层结构，客户端免安装免维护。服务器操作系统采用Windows2003Server，数据库采用MSSQLServer2000。水位监测点信息显示，在GIS地图上显示各地下水位监测点的实时数据和状态，包括地图放大、缩小、漫游、图层控制等。

4、指标和功能

4.1 RTU设备的技术指标

功耗：主板最大功耗15mA，显示屏正常显示功耗7mA，开背光显示50mA，每点亮一个LED灯，增加5mA，整机静态值守功耗小于1mA。

电源：工作电压DC12V，配置主板供电电路串接二极管保护。

显示：122×32图形LCD显示屏，7个LED工作指示灯，7键简易键盘。

接口：4个（3线）RS232接口，1个RS485接口，格雷码水位采集接口和模拟量接口。

固态存储：256KFLASH+256KSRAM（根据用户需求可扩展512KFLASH+256KSRAM）。

工作温度：–20°C～+70°C，LCD显示屏不低于-5°C。

湿度：不大于95%，不结露。

4.2 系统功能

数据管理：主要对系统的监测数据和状态数据进行管理，包括数据预处理、数据编辑、数据查询、数据审核、数据召唤等功能。

报表管理：是把采集到的信息以报表的格式显示并可导出打印等。

文档管理：文档管理主要实现系统相关各项资料如法律法规、质量标准等的归档、分类、查询、存储、上传、删除等功能。

系统管理：系统管理主要包括系统监测子站管理、权限管理、日志管理和数据备份等。

4.3 防雷电措施

地下水位测量仪作为系统的前置设备，通常是安装在野外的，因此必需考虑防雷措施。该系统主要防止直接雷电和感应雷电的破坏。防直接雷电装置由接闪器、引下线和接地体组成，其中接闪器通常由避雷针、避雷线、避雷带、避雷网组成。防感应雷电装置主要是电子式避雷器，安装在电源和信号馈线的前端，在雷电多发区域可安装多级电子式避雷器。

5、结束语

地下水位监测系统应用，能够提高监测的效率和数据的准确性，有助于地下水位监测部门对地下水的情况进行准确地了解，提高治理地下水的意识，使地下水的质量提高，并且能够通过动态的监测，分析地下水位发生变化的原因，运用自动化的地下水位监测，能够建立自动化的监测网络，对地下水位监测的全过程进行分析和处理，分析影响地下水位发生变化的原因，以最佳最便捷的方式来提供地下水位信息。

参考文献：

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[2]严晋.GSM自动监测系统在地下水位监测中的应用分析[J].信息通信，2015，10：125-126.