地下水水位監測系統方案
一、概述
地下水資源較地表水資源復雜，因此地下水本身質和量的變化以及引起地下水變化的環境條件和地下水的運移規律不能直接觀察，同時，地下水的污染以及地下水超采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。因此準確開發保護地下水就必須依靠長期的地下水監測，及時掌握動態變化情況。
二、系統解決方案
2.1系統概述
地下水水位監測系統依托中國移動公司GPRS網絡，工作人員可以在監測中心查看地下水的水位、溫度、電導率的數據。監測中心的監測管理軟件能夠實現數據的遠程采集、遠程監測,監測的所有數據進入數據庫，生成各種報表和曲線。
2.2系統組成
地下水水位監測系統由四部分組成：監測中心、通信網絡、微功耗測控終端、水位監測記錄儀。
2.3系統拓撲圖
2.4地下水水位監測系統監測中心
2.4.1中心軟件系統概述
該軟件是地下水監測系統專用軟件，采用B/S結構，由系統管理員負責管理，領導者或其它工作人員經授權后可在自己的計算機上通過局域網訪問服務器，可進行權利范圍內的操作。如果需要，該軟件可以在INTERNET公網上發布，被授權者在任何地方的計算機上都可以通過INTERNET公網訪問和操作該系統。
該軟件采用模塊結構，主要包括兩大模塊：一個是人機界面、另一個是通訊前置機。每個模塊又由若干小模塊組成。通訊前置機軟件主要負責監控中心與現場設備的通信，它具有強大的兼容性，可支持任何廠家生產的GPRS、CDMA、MODEM、RS485等通信產品，支持多種通信方式共存一個系統。人機界面包括基礎數據管理、遠程操作、人工錄入、數據查詢、數據報表、數據分析、地圖管理等多項內容，可根據不同客戶的不同需求設計組合成個性化的監控與管理系統軟件。
2.4.2監測中心配置
硬件：
中心具備寬帶網絡（類型：光纖、網線、ADSL等），并綁定固定IP。
一臺專用計算機，放在機房，作為固定IP服務器，將服務器操作系統和數據庫軟件和系統監控軟件裝在里面，存貯數據，保證其24小時在線。
軟件：
操作系統軟件：推薦Windows 2003 Server with sp2
數據庫軟件：推薦Microsoft SQL Server 2000 SP4，作為系統后臺數據庫的軟件平臺。
地下水監測系統軟件：完成遠程數據的接收、顯示、存儲和統計分析等功能。
2.4.3、地下水監測管理系統軟件功能介紹
◆軟件主界面
開機界面顯示地圖，地圖上每個地下水監測點的位置以圓點顯示，紅色代表故障，綠色代表正常，鼠標放置圓點位置時，顯示該測點的水位、水溫等數據。
◆基礎數據
基礎信息為用戶填寫的監測點的信息，包括城市信息，區縣信息，單位信息，到每一個監測點的信息，可在測點信息里面上傳圖像，作為對該監測點周圍環境的備份。
◆遠程監控
點擊“遠程操作”按鈕，可進入到監測點的詳細界面查看該測點的詳細數據。
◆數據報表
用戶可以根據實際情況生成日報表、月報表、年報表以及任意時間段的水位及溫度曲線。
2.5通訊網絡
中國移動的GPRS網絡信號覆蓋范圍廣、數據傳輸速率高、通信質量可靠、誤碼率低、運行穩定、數據傳輸實時性、安全性和可靠性高、安裝調試簡單方便，按信息流量計費，用戶使用成本比較低。
本系統通信網絡采用中國移動公司GPRS網絡和Internet公網。要求監控中心具備寬帶（類型：光纖、網線、ADSL等），并具有一個Internet網絡上的固定IP。監測點測控終端內部配置GPRS無線數據傳輸模塊，模塊內安裝一張開通GPRS功能的SIM卡。
測控終端通過其內部的GPRS無線數據傳輸模塊與監控中心服務器組成一個通信網絡，實現系統的遠程數據傳輸。
網絡運行費用：
監測中心：需支付寬帶使用費用，具體費用標準請在當地相關部門咨詢。
監測點現場：每個監測點的SIM卡的通訊費用（數據通信費,以河北為例，具體收費標準請咨詢當地移動公司）。
子站：5元/月（30M）
子站每月總通信費：5*現場監測點數量
2.6現場監測點水位監測終端
由于水位監測點現場大多數都在野外，現場沒有供電電源，根據現場監測點的數據上報頻率，供電方式有太陽能供電跟鋰電池供電兩種方案可選。數據上報比較頻繁時使用太陽能供電，數據上報不頻繁時使用鋰電池供電。
2.6.1鋰電池供電方案
適用于沒有站房的監測井，內置1組鋰電池組作為工作電源，特別適合于沒有外部電源供電的現場環境，微功耗設計，鋰電池組可以正常工作2-5年。
※注：電池有效壽命為5年，實際使用壽命與取決于無線通訊次數（大于等于1萬次無線通訊）。
地下水監測井施工造示意圖（僅供參考）
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主機 |
數量 |
備注 |
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微功耗監測終端
（電池供電） |
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主要配置：
微功耗無線數據終端
鋰電池組（4節3.6V鋰電池） |
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選擇條件 |
現場手機信號必須好 (移動),可將設備安裝到監測井里面. |
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工作方式及特點 |
1）微功耗設計，采用定時采集、定時上報工作模式，可以將多次采集的數據一次性上報。
舉例：1小時采集一次，1天上報1次，即：1小時采集1次數據并存儲在設備歷史記錄區，24小時一次性上報24條數據記錄。
自動與時間服務器進行時間同步，保證了與監測中心服務器時間的一致性。
自動檢測歷史記錄上報是否成功，保障歷史記錄不會丟失。
5年內，支持1萬次無線數據傳輸。 |
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施工部分 |
直接安裝，外露線纜做好隱線工作 |
2.6.2太陽能電源供電方案
使用太陽能供電適用于有站房的監測井，太陽能電源分為三部分，太陽能光電池板、太陽能充電控制器、鉛酸蓄電池。根據現場用電設備（包含微功耗測控終端與現場采集設備）的功率來選擇光電池板的大小與蓄電池的容量。下面為計算方法。
太陽能板配制計算方法：
電池板配置功率（W）=設備功耗（W）×每天工作時間（小時）×1.2(安全系數)÷[5小時(每天有效工作時間) ×0.6(充電效率)]
蓄電池配置計算方法:
蓄電池配置容量（Ah）=設備功耗（W）×每天工作時間（小時）×陰雨天(天數)÷[設備供電電壓(V) ×0.6(供電效率)]
當蓄電池電量消耗時，可通過太陽能電池補充電量，達到綠色環保，能量循環使用的效果
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主機 |
數量 |
備注 |
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微功耗監測終端
（太陽能供電） |
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主要配置：
1）微功耗無線數據終端
2）20AH蓄電池一塊(容量根據實際選擇)
3）20W太陽能電池板一個，充電器一個(容量根據實際情況選擇)
4）防護箱 |
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選擇條件 |
現場手機信號必須好(移動
安置場所最好在站房內,保證設備的安全.或者在安全的場所里架一個桿子,將無線通訊部分掛在上面。 |
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工作方式及特點 |
1）微功耗設計。
2）支持定時上報監測數據，同時支持即時采集監測數據。 |
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施工部分 |
1）在站房里安裝無線數據終端設備，太陽能部分安裝在房頂上
2）外露線纜做好隱線工作
3）樹立桿子,將無線通訊部分和太陽能板掛在上面 |
2.7水位計
LEVEL是一款自動測量、記錄地下水水位和溫度的儀器。它只有手掌大小，長度154毫米，直徑22毫米，非常輕便，幾乎可以在任何監測井中使用。機器內部集成溫度和壓力傳感器，內存和電池，外部為密封的不銹鋼材質(RVS 316L)，這使它完全不受潮濕或外部電流的影響。同時涂上一層氮化鎬材質，耐腐蝕，適用于海水和淡水環境。
LEVEL通過一條鋼線纜懸掛在監測井里，可以定期讀取數據，或者安裝GPRS在線監測系統，以便在室內進行數據的動態實時監測。儀器自動測量地下水的溫度和水位，并保存在其內存中，內存可以記錄保存2×40,000個數據，電池的壽命達8－10年。
LEVEL測量絕對壓力（水壓＋大氣壓），單位是厘米水柱。為了得到準確的水位變化，必須進行大氣壓補償。最理想的方法是配置一個額外的氣壓補償裝置，即Barologger。軟件會自動進行氣壓補償，在辦公室或野外快速準確的讀取、記錄數據。Barologger與LEVEL具有同樣的規格和操作方法，但價格很低，校準范圍為1.5米，用于測量大氣壓力。比傳統的通風孔線纜的方法更準確和容易進行空氣補償測定，沒有時間滯后。
技術規格：
尺寸 直徑22毫米，長度154毫米
重量 179克
外殼材質 氮化鎬
壓力傳感器材質 陶瓷
采樣頻率 0.5秒到99小時
內存 2×40000個數據
電池壽命 8到10年
溫度范圍 －20到80攝氏度
精度 ±0.05攝氏度
分辨率 0.003攝氏度
溫度補償范圍 －10到40攝氏度
深度范圍 5，10，20，30和100米五種可選
精度 ±0.05% 全量程
分辨率 0.001%FS(5米，10米)
0.0006%FS(20米,30米,100米
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