一种地下水自动监测系统技术方案

本发明专利技术提供一种地下水自动监测系统(1)，包括中心系统(2)和至少1个子系统(3)，子系统(3)通过通讯网络与中心系统(2)通讯；中心系统(2)包括至少一台计算机和中心系统控制软件(6)；子系统(3)包括相连的采集主板(4)和采集装置(5)。本发明专利技术的地下水自动监测系统精度高、使用方便，稳定可靠，可对地下水水位、水温、卤水密度等参数的定时自动采集，并通过北斗卫星传输数据。可广泛应用于海洋、环保、气象、水利、水文、水电等领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于地质环境监测
，具体涉及一种地下水自动监测系统。
技术介绍
地下水是水资源的重要组成部分，现在地下水水位持续下降、地面沉降、岩溶塌陷、海水入侵、土地退化等地质灾害与环境问题，成为经济社会发展的制约因素。现有的地下水监测绝大部分以人工测量为主，自动化程度低，检测精度差，不能满足监控地下水水位、水质等工作的要求。虽有一些地区已开始使用自动监测仪器，但仍需要采取定期到现场进行采集分析工作，且对监测仪器的运行状况无法进行实时监控，一旦发生故障难以及时排除，需要工作人员到现场进行修理、调试，耗时长，不够灵活。造成监测数据丢失、监测时间断续，影响对地下水的持续监测。
技术实现思路
本专利技术提供一种地下水自动监测系统，包括中心系统和至少1个子系统，子系统通过通讯网络与中心系统通讯；中心系统包括至少一台计算机和中心系统控制软件，中心系统控制软件设有数据接收解析模块、数据库系统及信息管理模块，具有展示、设备信息管理、数据分析、报警服务、远程控制子系统、监控、权限管理的功能；子系统包括相连的采集主板和采集装置，采集主板包括控制模块、通讯模块、电源模块、存储模块，控制模块的数据输入输出端与通讯模块的数据输入输出端连接；电源模块包括相连的可充电电池和太阳能板，控制模块的电源管理端与电源模块的可充电电池连接，太阳能板装设在子系统外部，与可充电电池连接；控制模块的存储数据输入输出端与存储模块的存储数据输入输出端连接；采集装置包括大气压计、至少两支水位计，水位计中设有传感器，传感器包括压力传感器和温度传感器，采集装置的数据输出端与控制模块的数据输入端连接，水位计在竖直方向上间隔排布，水位计之间的间距是固定的。优选间距0.5～2m。更优选间距1m。本专利技术中心系统的中心系统控制软件包括数据接收解析模块、数据库系统以及信息管理模块，主要完成终端监测设备传输数据的接入，并实现实时监测数据的解析、显示、查询、仪器设备管理、通讯设备管理、监测井信息管理、报警等功能。中心系统控制软件具体功能有：1)展示，具有GIS功能，矢量地图和影像地图相叠加作为展示数据基础，可随时在此平台上显示各监测井位的实际空间位置，并可展示各井位与基地的道路情况。当监测井位数据出现异常时，可自动跳转到当前监测井的位置，并显示数据、状态等信息。方便用户及时掌握各个监测井的位置及数据变化情况。2)设备信息管理，对监测井、监测设备、通讯设备信息进行编辑、展示。3)数据分析，使用数据列表、曲线图、报表对设备及监测信息展示。4)报警服务，对数据接收状态、电池电量的实时状态进行报警。5)设备远程控制，具有召测、补点、远程设备重启和设置、设备追踪的功能。6)监控评价，对监测设备、通讯设备电池更换周期、故障率进行统计。7)权限管理，采用用户、角色、权限的方式对工作人员管理。本专利技术子系统的的采集主板，支持用户通过操控中心系统远程自定义设置数据采集间隔和发送间隔。并且支持远程仪器设置功能，不需要人员到现场去操作，大大节省了人工和交通产生的费用开支。通过内部设置的控制模块、通讯模块、电源模块、存储模块，实现多种功能：1)电源管理功能、控制电源开关，具有定时唤醒，定时关机功能。2)太阳能充电管理功能，可防止太阳能充电板对电池的过充，有效保护电池，延长电池的使用寿命。3)远程配置功能，用户可以通过北斗指挥机来更改系统配置。例如，用户不用到现场，即可修改每口监测井的数据采集间隔和发送间隔，不用到现场即可重启指定野外监测站(监测井)的设备。4)文件管理功能，子系统可以根据内存卡内配置文件的内容自动配置自身的运行参数。所采集的数据以日期为文件名，每天记录一个文件，避免了因数据记录过多而不方便查找的缺点，使用户可以快速下载所需的任意一天的数据。5)子系统除可监测用户指定参数外，还可以监测电池电压、北斗信号强度等信息。本专利技术的子系统设有太阳能板，可以自行供电，不需要外接电源。太阳能板与可充电电池(通常选择可充电锂电池)能保证子系统正常运转8～10年。太阳能板采用多晶硅太阳能板，充电电压6V，最大功率为5W，工作电流为0.83A，材料为多晶硅电池+EVA+钢化玻璃+铝合金框架。由于系统采用超低功耗设置，每天太阳能充电电量远大于系统消耗电量，正常情况下，系统可以联系运行8-10年而不用更换。本专利技术采用至少2个水位计，且水位计在竖直方向上间隔排布，水位计之间的间距是固定的。这样的设置可以通过压差计算卤水密度。卤水密度是通过两只压力传感器所测压力的压力差来计算获得。在液体中，处在不同深度的压强不同，根据物理公式P＝ρgH，其中，P为压强，ρ为液体密度，g为重力加速度，H为液柱高度。两只压力传感器所测的压强为：P1＝ρ卤水*g*H1P2＝ρ卤水*g*H2ρ卤水＝(P1-P2)/g(H1-H2)当两只传感器之间的深度差值已知时，即H1-H2为已知，g为常数，P1和P2可通过传感器读数测得。所以卤水的密度就可以计算出。为了方便计算和保证测量精度，本专利技术通常采用不锈钢支架，将两只传感器通过固定螺纹固定到0.5～2m的间距，通常选择1m的间距。从而保证了卤水的水密度精度与压力精度直接相关。在本专利技术中，采集主板是E700采集主板，采集主板的通讯模块可与北斗卫星进行数据传输，将控制模块发来的数据通过北斗卫星传送到中心系统中，并可从北斗卫星中读取北斗时钟，将获得的信息反馈给控制模块，控制模块获取信息后可校正子系统的时钟。E700采集主板低功耗，功能可扩展，操作简单，集成化程度高，该主板可采集多路RS485数据信号，可编程对每一通道进行数据的采集和存储。E700采集主板的具体指标：供电电压3.7～4.2V直流，接口RS485、RS232接口，最大输出电流5A，待机电流小于1mA。本专利技术通过北斗卫星系统实现子系统与中心系统的数据传输，解决了无人区通信问题和各类传感器通信兼容问题。在本专利技术中，控制系统电源管理端具有太阳能充电管理功能，控制太阳能板与可充电电池间电路的开启与关闭；在本专利技术中，控制系统电源管理端具有电源管理功能，控制子系统电路的开启与关闭。优选可根据控制系统设定的时间开启或关闭。在本专利技术中，存储模块设有存储卡，存储卡接入存储模块中，可存储子系统获得的数据，存储卡抽出，可接入任一台电脑中，读取所存储的数据。作为优选，存储模块设有数据接口，可支持用户插入存储设备，读取所存储的数据。本专利技术的存储模块设有大容量的存储卡，通常采用4G容量的存储卡，可存储10年的数据而不用删除文件。用户可操作中心系统获取数据，也可通过取出子系统内存储卡，通过SD卡托直接插到电脑上读取数据；或使用子系统存储模块的数据接口，在野外也可实时方便的获取数据。接口数据记录格式可采用通用的TXT文本文件，不需要专业软件即可读取编辑。在本专利技术中，控制系统具有远程配置功能模块，可接收中心系统发来的指令，更改子系统的系统配置。在本专利技术中，子系统与中心系统之间传输的数据，经过加密算法加密后，再通过北斗系统传输。子系统在采集数据后，将数据使用加密算法加密，然后通过北斗通信卫星，将数据发送给中心系统，通过中心系统控制软件，将数据解密后加入到数据库，数据库本身也进行了数据加密防护。本专利技术采用了双层加/解密措施，一是北斗系统的硬件加/解密，二是主本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种地下水自动监测系统(1)，包括中心系统(2)和至少1个子系统(3)，子系统(3)通过通讯网络与中心系统(2)通讯；中心系统(2)包括至少一台计算机和中心系统控制软件(6)，中心系统控制软件(6)设有数据接收解析模块、数据库系统及信息管理模块，具有展示、设备信息管理、数据分析、报警服务、远程控制子系统、监控、权限管理的功能；子系统(3)包括相连的采集主板(4)和采集装置(5)，采集主板(4)包括控制模块(41)、通讯模块(42)、电源模块(43)、存储模块(44)，控制模块(41)的数据输入输出端与通讯模块(42)的数据输入输出端连接；电源模块(42)包括相连的可充电电池(431)和太阳能板(432)，控制模块(41)的电源管理端与电源模块(43)的可充电电池(431)连接，太阳能板(432)装设在子系统(3)外部，与可充电电池(431)连接；控制模块(41)的存储数据输入输出端与存储模块(44)的存储数据输入输出端连接；采集装置(5)包括大气压计(51)、至少两支水位计(52)，水位计(52)中设有传感器(7)，传感器(7)包括压力传感器(71)和温度传感器(72)，采集装置(5)的数据输出端与控制模块(41)的数据输入端连接，水位计(52)在竖直方向上间隔排布，水位计(52)之间的间距是固定的，优选间距0.5～2m，更优选间距1m。...

【技术特征摘要】
1.一种地下水自动监测系统(1)，包括中心系统(2)和至少1个子系统(3)，子系统(3)通过通讯网络与中心系统(2)通讯；中心系统(2)包括至少一台计算机和中心系统控制软件(6)，中心系统控制软件(6)设有数据接收解析模块、数据库系统及信息管理模块，具有展示、设备信息管理、数据分析、报警服务、远程控制子系统、监控、权限管理的功能；子系统(3)包括相连的采集主板(4)和采集装置(5)，采集主板(4)包括控制模块(41)、通讯模块(42)、电源模块(43)、存储模块(44)，控制模块(41)的数据输入输出端与通讯模块(42)的数据输入输出端连接；电源模块(42)包括相连的可充电电池(431)和太阳能板(432)，控制模块(41)的电源管理端与电源模块(43)的可充电电池(431)连接，太阳能板(432)装设在子系统(3)外部，与可充电电池(431)连接；控制模块(41)的存储数据输入输出端与存储模块(44)的存储数据输入输出端连接；采集装置(5)包括大气压计(51)、至少两支水位计(52)，水位计(52)中设有传感器(7)，传感器(7)包括压力传感器(71)和温度传感器(72)，采集装置(5)的数据输出端与控制模块(41)的数据输入端连接，水位计(52)在竖直方向上间隔排布，水位计(52)之间的间距是固定的，优选间距0.5～2m，更优选间距1m。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，采集主板(4)是E700采集主板，采集主板(4)的通讯模块(42)可与北斗卫星进行数据传输，将控制模块(41)发来的数据通过北斗卫星传送到中心系统(2)中，并可从北斗卫星中读取北斗时钟，将获得的信息反馈给控制模块(41)，控制模块(41)获取信息后可校正子系统(3)的时钟。3.根据权利要求1-2任一项所述的系统，其特征在于，控制系统(41)电源管理端具有太阳能充电管理功能，控制太阳能板(432)与可充电电池(431)间电路的开启与关闭；...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙吉祥，杨国宝，
申请(专利权)人：和舆图北京科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11