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(shí),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(cè),及時(shí)掌握動(dòng)態(tài)變化情況。這就需要建立一套地下水自動(dòng)監(jiān)測(cè)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(huì)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(huì)建設(shè),確保城市供水,充分利用現(xiàn)代化迅速發(fā)展的自動(dòng)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(cè)體系,建設(shè)地下水實(shí)時(shí)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(jiān)實(shí)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(chǔ)地下水水位、水溫、信息,同時(shí)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(jì)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(shí)現(xiàn)地下水水位、水溫?cái)?shù)據(jù)的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)。對(duì)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(cè)井的數(shù)據(jù)。監(jiān)測(cè)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(cè),返回的所有數(shù)據(jù)進(jìn)入數(shù)據(jù)庫,生成各種報(bào)表和曲線。系統(tǒng)具有可擴(kuò)展性,可以方便地增減測(cè)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(shí)現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫管理功能。
4.2系統(tǒng)功能
①實(shí)時(shí)顯示各監(jiān)測(cè)站的水位、水溫、數(shù)據(jù);
②實(shí)現(xiàn)水位超限和監(jiān)測(cè)設(shè)備故障自動(dòng)報(bào)警
③實(shí)現(xiàn)水位、水溫、自動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的查詢、編輯等功能;
④完成自動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析功能,包括統(tǒng)計(jì)報(bào)表、趨勢(shì)曲線等
⑤完成對(duì)各自動(dòng)監(jiān)測(cè)站站點(diǎn)類型、設(shè)備類型、通訊方式、監(jiān)測(cè)指標(biāo)等基本信息的編輯功能;
⑥由操作系統(tǒng)提供管理。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(shí)時(shí)數(shù)據(jù)能自動(dòng)寫入水位監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫,可以將實(shí)時(shí)遙測(cè)數(shù)據(jù)通過計(jì)算機(jī)廣域網(wǎng)讓相關(guān)部門進(jìn)行web瀏覽,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享;
⑧支持軟件系統(tǒng)維護(hù),分級(jí)管理。
⑨支持手機(jī)app展示,數(shù)據(jù)查詢,測(cè)點(diǎn)管理,統(tǒng)計(jì)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(duì)接
4.3系統(tǒng)組成
該系統(tǒng)由二部分組成:云平臺(tái)/手機(jī)app、一體化遙測(cè)壓力式水位計(jì)(二參量)。
云平臺(tái)/手機(jī)app:整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的核心,監(jiān)測(cè)每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù),并將這些數(shù)據(jù)生成各種報(bào)表和曲線。
一體化遙測(cè)壓力式水位計(jì):采集介質(zhì)中水位、水溫的數(shù)據(jù)并無線傳輸?shù)皆破脚_(tái)/手機(jī)app。
五、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)建設(shè)
監(jiān)測(cè)井一般都建在戶外,現(xiàn)場(chǎng)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(cè)壓力式水位計(jì)(二參量)可定時(shí)采集定時(shí)上報(bào),采集上報(bào)間隔可修改。推薦每天上報(bào)1次,每日采集6次。
水位計(jì)投入井下后,直接將遙測(cè)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(gè)監(jiān)測(cè)站配置
序號(hào) | 設(shè)備名稱 | 備注 |
1 | 地下水測(cè)控終端 | 將水位、水溫等無線發(fā)送數(shù)據(jù)至恒瑞云平臺(tái) |
2 | sim卡 | 即手機(jī)卡,4g無線物聯(lián)網(wǎng)卡 |
3 | 二參量水位計(jì) | 采集水位、水溫、數(shù)據(jù);hr8003型二參量水位計(jì) |
5.2設(shè)備特點(diǎn)
u高穩(wěn)型:高品質(zhì)高穩(wěn)定性感測(cè)元件
u加工工藝:整機(jī)全量程多個(gè)點(diǎn)的溫度補(bǔ)償
u測(cè)量參數(shù)多:水位、水溫、一體化測(cè)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(xiàng)目使用鋰電池供電)
u防護(hù)等級(jí)高:整機(jī)ip68防護(hù)
u信息采集:定時(shí)采集水位/水溫?cái)?shù)據(jù)、電池電壓和傳感器狀態(tài)。
u數(shù)據(jù)儲(chǔ)存:監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)自動(dòng)存儲(chǔ),實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、監(jiān)控中心雙備份。
u多中心通信:數(shù)據(jù)可同時(shí)上報(bào)給縣、市、省多個(gè)中心。
u智能報(bào)警:數(shù)據(jù)越限或電池電壓過低時(shí),自動(dòng)報(bào)警并加報(bào)數(shù)據(jù)。
u遠(yuǎn)程維護(hù):遠(yuǎn)程修改設(shè)備參數(shù)、上報(bào)頻率;遠(yuǎn)程升級(jí)設(shè)備程序。
5.3技術(shù)參數(shù):
5.3.1電池供電遙測(cè)終端機(jī):
1)通訊模塊為工業(yè)級(jí)產(chǎn)品;
2)支持4g 電信、聯(lián)通、移動(dòng)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(duì)累計(jì)流量和瞬時(shí)流量采集發(fā)送功能;
7)具有實(shí)時(shí)時(shí)鐘,并具有系統(tǒng)時(shí)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(bào);
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,可確保死機(jī)自動(dòng)復(fù)位;
11)數(shù)據(jù)傳輸:具有一站多傳功能,且自帶校驗(yàn)功能,確保數(shù)據(jù)傳輸完整準(zhǔn)確;
12)數(shù)據(jù)存儲(chǔ):終端機(jī)內(nèi)置大容量存儲(chǔ)器,存儲(chǔ)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(shí),數(shù)據(jù)報(bào)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(shí)自動(dòng)喚醒,以完成定時(shí)測(cè)報(bào)、響應(yīng)中心站提取固態(tài)存儲(chǔ)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(shí)自報(bào)時(shí)段值、本站站址、中心地址,中心手機(jī)號(hào)、當(dāng)前流量水量、測(cè)報(bào)間隔、當(dāng)前時(shí)間等;
17)環(huán)境監(jiān)控:電池低電壓報(bào)警等。
18)工作方式:自報(bào)、應(yīng)答;
19)工作電壓:6-7.2vdc;
20)自報(bào)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(duì)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;
5.48003型水位水溫計(jì)
水位水溫計(jì)用于測(cè)量水井水位、水溫,將測(cè)量的數(shù)據(jù)通過信號(hào)線傳送給遙測(cè)終端機(jī)。
水位水溫計(jì)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(hào),再由電壓電流轉(zhuǎn)換器,把電信號(hào)變換成rs485標(biāo)準(zhǔn)遠(yuǎn)傳信號(hào)。
計(jì)算公式:p=pi+q*h
其中 p:被測(cè)液體壓力;pi:大氣壓力;h:液體深度;q:被測(cè)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(cè)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(jì)算公式變?yōu)?p=q*h
這樣就消除了大氣壓力變化引起的測(cè)量誤差,測(cè)量精度可達(dá)0.05%對(duì)于波動(dòng)較大的水池的液位測(cè)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(jì)技術(shù)參數(shù):
| 參數(shù)項(xiàng) | 說明 |
主要性能指標(biāo) | 敏感元件 | 高穩(wěn)型壓力傳感器 |
水位量程 | 0~10m h₂o…0~200m h₂o | |
水位精度 | 0.05%f.s(0~70℃)、1級(jí)精度 | |
水位分辨力 | 1mm | |
溫度精度 | ±0.2℃ | |
溫度分辨率 | 0.05℃ | |
穩(wěn)定性 | 0.05%f.s/年 | |
過載 | 2x f·s | |
時(shí)間漂移 | ≤±1cm/10d(水溫變化≤±3℃) | |
溫度漂移 | ≤±1cm(水溫變化4℃~40℃) | |
電氣特性 | 溫補(bǔ)范圍 | 0~50℃ |
工作溫度 | -10~80℃ | |
供電電壓 | dc5~30v (典型24v) | |
電源保護(hù) | 防反接、過電壓保護(hù) | |
輸出方式 | rs485數(shù)字信號(hào)/modbus-rtu協(xié)議128個(gè)變送器節(jié)點(diǎn) | |
結(jié)構(gòu)特性 | 殼體材質(zhì) | 316l不銹鋼 |
測(cè)量介質(zhì) | 流體介質(zhì) | |
電纜材質(zhì) | 聚氨脂或聚氯乙烯 | |
電纜規(guī)格 | φ7.6mm導(dǎo)氣屏蔽雙鋼絲線纜, | |
環(huán)境特性 | 防護(hù)等級(jí) | ip68 |
重量 | 約300克(不含線纜) | |
環(huán)境振動(dòng): | 承受gb/t9359所規(guī)定振動(dòng)試驗(yàn) | |
自由跌落 | 承受gb/t9359所規(guī)定的跌落試驗(yàn) | |
電磁環(huán)境 | 符合gb/t17626.8第3級(jí) | |
平均無故障時(shí)間 | 不小于30000h | |
六、云平臺(tái)軟件
6.1硬件配置
服務(wù)器:騰訊云服務(wù)器、阿里云服務(wù)器
內(nèi)存:至少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(tái)數(shù)據(jù)庫的軟件平臺(tái)。
地下水監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件:完成遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)的接收、顯示、存儲(chǔ)和統(tǒng)計(jì)分析等功能。
手機(jī)app:實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)查詢,測(cè)站管理。