一、概述

地下水資源較地表水資源復雜，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移規(guī)律不能直接觀察，同時，由澆灌導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。因此準確開發(fā)保護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)濟社會可持續(xù)發(fā)展，提高水務(wù)管理能力，全面推進節(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

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)的遠程采集、遠程監(jiān)測,返回的所有數(shù)據(jù)進入數(shù)據(jù)庫，生成各種報表和曲線。系統(tǒng)具有可擴展性，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。在人機界面上設(shè)置口令，僅允許有權(quán)限的操作人員進行操作，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)通過計算機廣域網(wǎng)讓相關(guān)部門進行WEB瀏覽，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享；

⑧ 支持軟件系統(tǒng)維護，分級管理。

⑨ 支持手機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APP、一體化遙測壓力式水位計（二參量）。

云平臺/手機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：整機全量程多個點的溫度補償

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 防護等級高：整機IP68防護

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

5.3技術(shù)參數(shù)：

5.3.1電池供電遙測終端機：

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，可保證死機自動復位；

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)傳輸完整準確；

12）數(shù)據(jù)存儲：終端機內(nèi)置大容量存儲器，存儲容量≥IMB；

13）具備補發(fā)數(shù)據(jù)功能：當主、備信道都發(fā)送不成功時，數(shù)據(jù)報文將暫存到本地，在通信恢復正常后需補發(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)遠程設(shè)置：可遠程設(shè)置的參數(shù)有定時自報時段值、本站站址、中心地址，中心手機號、當前流量水量、測報間隔、當前時間等；

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。

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標準遠傳信號。

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，傳感器采用導氣電纜，將大氣壓PI導入敏感元件另一側(cè)，導氣電纜的導氣孔于大氣連通。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：無特殊要求。

手機：安卓版本手機

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：完成遠程數(shù)據(jù)的接收、顯示、存儲和統(tǒng)計分析等功能。

手機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)認證用戶名和密碼后進入相應(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）用戶可以通過鼠標拖動自行編輯監(jiān)測點的位置。

3）將鼠標置于監(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)，單擊測點可進入該測點的實時監(jiān)測界面，查看詳細數(shù)據(jù)。

4）系統(tǒng)支持手機APP 展示，維護查詢，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)，采集時鐘基準統(tǒng)一為計算機時鐘，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）遠程召測：按照區(qū)域、自定義監(jiān)測點遠程讀取當前監(jiān)測數(shù)據(jù)。

3）遠程設(shè)置：遠程設(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)擴展方便

當需要增加監(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。