地下水监测系统

一、概述
地下水资源较地表水资源复杂，因此地下水本身质和量的变化以及引起地下水变化的环境条件和地下水的运移规律不能直接观察，同时，由浇灌导致的地下水超采以及地下水的污染引起的地面沉降是缓变型的，一旦积累到一定程度，就成为不可逆的破坏。因此准确开发保护地下水就必须依靠长期的地下水监测，及时掌握动态变化情况。这就需要建立一套地下水自动监测系统。
二、系统建设必要性

为了使有限的水资源能够支撑经济社会可持续发展，提高水务管理能力，推进节水型社会建设，保证城市供水安全，充分利用现代化迅速发展的自动化信息技术和科学管理措施，整合已有的水利、气象、水文、供水、排水和水环境监测体系，建设地下水实时监控与管理系统，将工程措施与非工程措施紧密地结合在一起，使有限的水资源得到充分合理的利用是十分必要的，而且意义重大。
三、建设目标

掌握地下水水资源信息，为水资源的合理开发利用和保护提供坚实的数据基础。建立基于网络信息服务的水资源综合数据库，存储地下水水位、水温、信息，同时结合地理信息系统进行统一展现，为水资源管理系统提供数据支撑。

四、系统解决方案
4.1系统概述
本系统依托传感器技术、计算机技术、软件技术、4G网络无线通信技术于一体，实现地下水水位、水温数据的远程监测。对传输距离没有要求。监控中心工作人员足不出户，就可以查看本地区内所有监测井的数据。监测中心系统软件能够实现数据的远程采集、远程监测,返回的所有数据进入数据库，生成各种报表和曲线。系统具有可扩展性，可以方便地增减测站数量和传感器的数量。修改工作将通过密码控制由有关管理人员进行操作，实现系统数据库管理功能。
4.2系统功能
①实时显示各监测站的水位、水温、数据；
②实现水位超限和监测设备故障自动报警
③实现水位、水温、自动监测数据的查询、编辑等功能；
④完成自动监测数据的统计分析功能，包括统计报表、趋势曲线等
⑤完成对各自动监测站站点类型、设备类型、通讯方式、监测指标等基本信息的编辑功能；
⑥由操作系统提供安全管理。在人机界面上设置口令，仅允许限的操作人员进行操作，记录操作人员的登录情况；
⑦系统实时数据能自动写入水位监测数据库，可以将实时遥测数据通过计算机广域网让相关部门进行WEB浏览，实现数据共享；
⑧支持软件系统维护，分级管理。
⑨支持手机APP展示，数据查询，测点管理，统计分析等。
⑩系统具有良好的数据接口，方便数据对接
4.3系统组成
该系统由二部分组成：云平台/手机APP、一体化遥测压力式水位计（二参量）。
云平台/手机APP：整个监控系统的核心，监测每个监测点的实时数据，并将这些数据生成各种报表和曲线。
一体化遥测压力式水位计：采集介质中水位、水温的数据并无线传输到云平台/手机APP。
五、现场监测点建设

监测井一般都建在户外，现场有交流电的考虑采用市电供电，没有交流电的且采集速率比较快推荐太阳能供电，常规采集速率推荐电池供电。一体化遥测压力式水位计（二参量）可定时采集定时上报，采集上报间隔可修改。推荐每天上报1次，每日采集6次。
水位计投入井下后，直接将遥测终端放置在在井口保护装置内或挂在井房内。
5.1单个监测站配置
序号 设备名称 备注
1 地下水测控终端 将水位、水温等无线发送数据至恒瑞云平台
2 SIM卡 即，4G无线物联网卡
3 二参量水位计 采集水位、水温、数据；HR8003型二参量水位计
5.2设备特点
高稳型：高品质高稳定性感测元件
加工工艺：整机全量程多个点的温度补偿
测量参数多：水位、水温、一体化测量
通讯网络：4G全网通，可扩展其他无线方式
精度高：水位精度0.05﹪F.S，温度精度±0.2°C
多种供电方式：电池、太阳能、市电。（此项目使用锂电池供电）
防护等级高：整机IP68防护
信息采集：定时采集水位/水温数据、电池电压和传感器状态。
数据储存：监测数据自动存储,实现现场设备、监控中心双备份。
多中心通信：数据可同时上报给县、市、省多个中心。
智能报警：数据越限或电池电压过低时，自动报警并加报数据。
远程维护：远程修改设备参数、上报频率；远程升级设备程序。
5.3技术参数：
5.3.1电池供电遥测终端机：
1）通讯模块为工业级产品；
2）支持4G 电信、联通、移动全网通，双频 GSM／GPRS；
3）下位机指令控制按需上、下线；
4）支持数据网、公网、云系统；
5）具有采集雨量、水位、流量等相关的模拟量和数字量的仪表数据能力；
6）具有对累计流量和瞬时流量采集发送功能；
7）具有实时时钟，并具有系统时钟同步功能；
8）支持4G/北斗卫星/GPRS／SMS通讯、超短波通讯、扩展串口通讯等多通道切换功能，支持主备通道切换，多中心上报；
9）接口：2路开关量输入、2路开关量输出、1路RS232或1路RSA85、2路4～20mA、1路可控12V输出接口；
10）具有看门狗，可保证死机自动复位；
11）数据传输：具有一站多传功能，且自带校验功能，确保数据传输完整准确；
12）数据存储：终端机内置大容量存储器，存储容量≥IMB；
13）具备补发数据功能：当主、备信道都发送不成功时，数据报文将暂存到本地，在通信恢复正常后需补发全部应发送数据；
14）可定时自动唤醒，以完成定时测报、响应中心站提取固态存储数据和修改参数等指令；
15）具备人工置数功能；
16）参数远程设置：可远程设置的参数有定时自报时段值、本站站址、中心地址，中心、当前流量水量、测报间隔、当前时间等；
17）环境监控：电池低电压报警等。
18）工作方式：自报、应答；
19）工作电压：6－7.2VDC；
20）自报模式下静态值守电流：≤0.05mA（6VDC）；
21）工作电流：≤30mA（6VDC）；
22）环境温度：－10℃～55℃；
23）相对湿度：95％RH（40℃）；
24）带有电源、连接状态、运行情况指示灯；
25）供电范围：＋5.4V～＋12VDC；
5.4 8003型水位水温计
水位水温计用于测量水井水位、水温，将测量的数据通过信号线传送给遥测终端机。
水位水温计中内置压力、温度、敏感元件，利用压力电阻效应，将承受的液压转换成电信号，再由电压电流转换器，把电信号变换成RS485标准远传信号。
计算公式：P=PI+QH
其中 P:被测液体压力；PI:大气压力；H:液体深度；Q:被测液体比重
由于大气压随地理位置高度的不同而变化，为了消除大气压变化引起的测量误差，传感器采用导气电缆，将大气压PI导入敏感元件另一侧，导气电缆的导气孔于大气连通。从而使计算公式变为：P=QH
这样就消除了大气压力变化引起的测量误差，测量精度可达0.05﹪
对于波动较大的水池的液位测量，可以根据具体情况采用防波管、固定支架等手段固定变送器。
水位水温计技术参数：
　 参数项 说明
主要性能指标 敏感元件 高稳型压力传感器
水位量程 0～10m H₂O…0～200m H₂O
水位精度 0.05﹪F.S（0～70℃）、1级精度
水位分辨力 1mm
温度精度 ±0.2℃
温度分辨率 0.05℃
稳定性 0.05﹪F.S/年
过载 2X F·S
时间漂移 ≤±1cm/10d(水温变化≤±3℃)
温度漂移 ≤±1cm（水温变化4℃～40℃）
电气特性 温补范围 0～50℃
工作温度 -10～80℃
供电电压 DC5～30V （典型24V）
电源保护 防反接、过电压保护
输出方式 RS485数字信号/MODBUS-RTU协议128个变送器节点
结构特性 壳体材质 316L不锈钢
测量介质 流体介质
电缆材质 聚氨脂或聚氯乙烯
电缆规格 Φ7.6mm导气屏蔽双钢丝线缆，
环境特性 防护等级 IP68
重量 约300克（不含线缆）
环境振动： 承受GB/T9359所规定振动试验
自由跌落 承受GB/T9359所规定的跌落试验
电磁环境 符合GB/T17626.8第3级
平均无故障时间 不小于30000h

六、云平台软件
6.1硬件配置
：腾讯云、阿里云
内存：低1G，推荐2G以上
硬盘：普通硬盘 >100G
打印机：无特殊要求。
手机：安卓版本手机
6.2软件配置
操作系统软件：推荐Windows 2008 Server with sp2
数据库软件：推荐Microsoft SQL Server 2008 ，作为系统后台数据库的软件平台。
地下水监测系统软件：完成远程数据的接收、显示、存储和统计分析等功能。
手机APP：实现现场数据查询，测站管理。