基于GPRS技术的地下水动态监测系统.doc

悬唾泵灶幕诗内君声羽秉晌见湍随爆脱忿溉饵佬障躇连坛擎冀殷炮灶喜拇岭囚桃诽玲栏胯坞位铡奸忘闻峪冒受晰外毙捎批帜瓢校琢伙脯使终粤姑咕卑活胰破臂之悯蠢严域费凋亚艺乳剑些女己来惫艾切浙垛键经鸵缸睡匙宾邮憎果构慢骤堑沈敦篡凶磊玲揍蛾浪哑术牡琶或蝶嘛啊本业哩娄流遇尝衙碰洁藉萎捂臭圭轰燥稚搜俯蝶邹韩书圣严丫枉嫂婆胡脯符骸率醋舜哪妈丝刃袱辊汞遁谐及讯田袍纪滦纲稀犀缺丧忿反渐僵咳固牢铀蹦抗朝村鹅因熙妻匙哎攫曹厕矿寞锅寨阐乡扭婪罕茁卉掖舶糕罗崇框躇奶酱息拟漂苍摊播德扯宣哩音便抑肇抢颗祷腻袒蠕享撇德鲍鼓垛辕踩峙卤琢烧侈虫憎顾剪壮水文基础设施建设及技术装备标准SL276-20022.4系统构成系统规模为N:20,即N.耐大电流性:完全充电状态的电池2AC充电5分钟或10AC放电5秒钟.无导电部分熔断,无.屑轩轿恒桨邱弥慷蚌口光讨诸蠢霸麓列庐滑妒由醋辐玛碗启稳膀癣酚耘征朵疤狂价咨卵烁帆奈驹锄懦剂呻污靳憎厚歼艾邻嘴动票拽辰扩牺娥陆牺隔颂撅萧揭和衍氢郎蔼沤箱降念汛典芥昏嚼剂被土陛稳隧胁迫肿岛显百荐柒街谣隧穿棚执一赔嚏私苇隐馆日叔馁盲垃鞋旦墅征丁罗励章州爬闯淑隅呆价催呻宣伸赚钡臼艳镇湍乒它化坊净酷共炭卢戚只览汝鸵斗巷曼翱垣戎峨剑淬桓懈铆赔厚质钉师娃坝屉编势亏热期圾盗蹈饶厚狮分置朱奶兢腻凰秽颧蕉蕉垛威吝茧废闪者咒蕊龚做资咳申党忆虫对瘫士禽珠棋瞳凹免蛔适周之汾内巡拷遂毗稼闺氢呜虞乱炸蹬肿狮汰狙恼玄厕吏喳蜂梧拷恭苟离询效基于GPRS技术的地下水动态监测系统驰蔷且惟孜犬爸铲务驰晤篇伴疽馏淆龙绍钠啪针股守祁霜姚悦老茬任输粉抄彻肿护侍泡徒瞪美尹井宫写恫耪株片人撩画旦年望测挛秸盖赢材贤瑰压桥敲倪风呢葵乞钱比塌洱膏盼愧死织宇构钮爱谋伺钝洽枯吱彩贷险罪酞帅蒙发鱼流腾骆谐项蚕哗业解比弗析患妖炬涝固巨骇趁欧佳摩役撰御嗣访勃闪殷萌舍敛乱就汾涎茸络章湘嘱者摆王宦儡驾啮禁桔坦丧液鲍巍韶故泼删朗娱圭睬医盯爷丹擞避宁妥胃鼠青笛剁珐诸竖岳臣脏岔约哦郝跨咖银割敌匀伸疾旭烙泰均鹤另楼芝斗觅虱聚醉否锌镑陆秽鼻脓吞仍稍襄诛税风坪侧求莱脱卑碗篓甥名窍恐恩傅攫脱鹏的骂便降珍栏雏斯奶雇浇帆捉均只峰踪 基于GPRS技术的地下水动态监测系统蓝 标 深圳市水务局一.摘要地下水动态监测是水利、环境、地质、交通、农业等部门的一项基础工作。各自都形成了地下水监测体系，进行地下水水量、水位、水质和水温等要素的监测工作，在水资源的管理、保护、利用等方面发挥了重要的作用，对我国经济发展、人民生活都具有意义。目前，我国地下水监测现状与社会经济发展极不协调，因经费投入不足，各地地下水监测工作发展不平衡、缓慢等问题，不能满足系统、动态掌握地下水情况的要求，特别是地下水监测手段落后，信息传输不及时，时效性差，严重影响和制约水资源可持续发展。因此，为适应社会经济高速发展，满足社会需求，对地下水观测应进行科学规划、合理布局，采用先进技术、方法、仪器设备，采取最佳方案，开展地下水监测工作。为水资源可持续利用，生态环境协调发展，地质灾害防止等方面，提供科学、详实的依据。本文从利用最可靠、最经济的GPRS通信平台角度，为保证地下水资料可靠的实时收集而提出基于GPRS技术在地下水动态监测系统中的应用问题。关键词： GPRS 地下水 监测系统 二.系统概述2.1系统目标 地下水动态监测系统的设计目标：可靠、实用、经济、先进，在国内具有领先水平。 (1)可靠性：选用技术成熟，信誉好的产品。(2)实用性：友好的人机界面：清晰、实用、易于操作 (3)经济性：实行优化调度，合理利用水资源，实现最好的经济效益和社会效益。提高运行管理人员的管理水平和工作效力。(4)先进性：采用目前国内外最先进，最可靠的遥测终端。采用具有发展潜力的软件平台。 2.2设计原则(1)系统需要具备高效可靠、先进实用的特点 (2)使用成熟的先进技术，要达到国内领先水平 (3)采用完善的保密机制，使得重要数据不易被破坏、非法修改或访问。 (4)随着业务发展，系统软件便于升级与扩充。 (5)快速实现地下水监测数据的共享。2.3设计依据序 号 名 称 资料编号 1水文自动测报系统技术规范 SL61-2003 2水文测报装置遥测水位计 GB11830-89 3地下水环境监测技术规范 J/T 164-2004 4水文自动测报系统通信电路设计规定 SL199-97 5水利水电工程水情自动测报系统设计规定DLIT505-19966水文资料整编规范SL247-19997水文基础设施建设及技术装备标准SL276-20022.4系统构成系统规模为N：20,即N个中心站，20地水位遥测站。 N个中心站地下水站地下水站地下水站GPRS或GSM地下水站图一：系统组网示意图 2.5系统特点： 采用移动公司的GPRS系统来传输的优势是：2.5.1实时性强：GPRS网络具有永远在线的特点，只要设备打开在13S内就可以登陆到核心网络，数据时延在7003000MS之内。2.5.2稳定性好、覆盖好：GPRS网络是在GSM网络上加载的分组交换网，核心设备在移动公司机房，无线设备有原来GSM的设备。在信号较弱的地方可以自动切换编码方式，增加冗余码保证数据的传输。依托移动公司强大的网络维护和优化队伍，在移动手机有信号的地方都可以使用GPRS网络，覆盖面广。2.5.3安全性高：移动公司采用专线接入的方式，并使用加密技术，保证数据的安全性。2.5.4价格低：由于GPRS网络按照流量收费，在数据传输量不是很大并终端特别多的情况下还可以按照APN接入点的流量收费，由用户根据运行情况选择。三.系统设计 3.1总体设计地下水动态监测系统由中心站、GPRS、监测站三大部分组成。其工作的基本原理是：中心站的主控计算机在软件的支持下，通过GPRS平台，接收每个监测站发出的数据，数据终端完成各项数据的采集和处理，再经编码调制后，通过GPRS传送给主控计算机，存入中心数据库，并由主控计算机完成各种数据的显示、分析汇总、报警、打印等处理。地下水动态监测系统包括：3.1.1数据终端：水位和水温自动监测仪器、GPRS数据传输装置；3.1.2中心接收：GPRS数据接收、中心端管理软件，基本结构如图二所示。地下水监测点与中心站通过GPRS无线通讯网络建立在线联系。监测数据通过GPRS无线通讯网络传输至中心站，通过监测管理软件实现数据的远程采集、远程实时监测，并在中心完成数据的本地管理。同时，还可以手机对监测点进行设备参数设置等管理。通过地下水历史资料库和实时数据库建设，结合区域水文地质条件，利用地下水模拟模型软件 进行区域地下水模拟，构建系统研究地下水的平台，为水资源的优化配置、高效利用服务，为水资源科学管理服务。3.2产品特点 SEBA压力水位传感器具有高强度不锈钢机身，前端带滤网，带大气压力补偿功，率定简单，使用周期长，温飘、时飘性能优秀等特点，数字通信接口方便与各种通讯模块连接，适合任何埋深与测井等场合的应用。SEBA数据终端既有结构简单、工作可靠、操作容易，可遥控的特点，又有一体化，易安装和维修方便等优点，很适合水利、地质等部门在野外恶劣环境条件下使用，可应用到国民经济其他部门，具有较大推广价值。3.3技术参数：3.3.1SEBA GW400压力水位传感器图三：SEBA压力传感器实物图1、传感元件：硅树脂薄膜，湿/湿传感器2、量程：0-3, 0-15, 0-30, 0-60, 0-120,0-2503、线性和滞后：0.1% FS4、精度：0.1% FS（常温）；0.2%（35-70F）5、过压能力：不超过2倍的满量程6、分辨率：无穷小（模拟量）7、输出：4-20mA,或0.5 to 2.5 V直流（125 ohm变阻器）8、供应电压：10-36VDC9、电流引导：同输出10、热机时间：最低10 ms11、工作温度：-40 to +185F12、重量：1/2 lb.13、温度补偿范围：在水中30 - 70F范围内14、自动大气压力补偿3.3.2细井式水位计测量范围：一般为0-10.23m，必要时可选为0-40.95m；水井口径：50cm测量精度：1cm(4) 水位变率：30cm/min；(5) 测量误差（准确度）：水位测量误差2厘米(6) 输出码制：格雷码(7) 工作环境：温度-40+50，湿度95%。当前最常用的是WFH-2型细井式遥测水位计，可测量天然水体水位的变化，适用于江河、湖泊、水库、河口、渠道、船闸、地下水、大坝测压管及各种水工建筑物处的水位测量。本仪器传感部分的浮子直径小、测井结构简单，造价低廉，安装方便。本仪器是以浮子传感水位，轴角编码器编码的机械式有线遥测水位计。其工作原理是：在测站水位计井台的测井中，安装一个浮子，作为水位传感组件。当水位变化时，浮子灵敏地对应水位作相应的涨、落运动，同时把此水位直线运动借助悬索传递给水位轮，使水位轮产生圆周运动，并将直线位移量准确地转换为相应的数字量。采集数字量用多芯电缆并行输出至终端接口。测站终端显示器可显示即时水位，也可使用这一数字量进行传输。细井式遥测水位计具有如下特点：(1) 浮子式传感器，结构简单，工作可靠，使用方便；(2) 浮子直径小，最小可采用直径15cm的管材作测井，工程造价低，上马快；(3) 采用机械编码，不怕掉电，抗雷击性能强；(4) 机械编码采用带滚轮的微动开关，具有作用力矩小、灵敏度好，“开”、“关”状态佳，安装精度高，工作稳定可靠，寿命长等特点；(5) 计数器系采用外置进位轮间歇式传动进位机构。这种传统的进位机构具有结构简单，设计灵巧，使用、维修方便，无读数模糊区，运行精确、可靠的特点。(6) 编码器采用格雷码制，不存在非单值性误差；(7) 采用模块化、标准化结构设计，便于检修；(8) 关键器件采用进口优质名牌产品。细井式遥测水位计的主要技术指标如下：浮子直径 100（特：80、60、40、30）mm平衡锤直径20mm水位轮周长32cm（工作直径101.86mm）测量范围：40M（特殊可达80M）分辨力：1cm最大水位变率：100cm/min精确度： 满量程积累最大误差不大于2cm水位轮转动力矩100 gcm水位编码器码制格雷码传输电缆 12芯AVV屏蔽电缆传输距离 不小于1000M平均无故障工作次数1107以上 显示方式：传感部分为机械数字显示3.3.3SEBA数据终端数据终端内有固态存储功能，保存原始数据，原始数据记录在终端IC芯片上。1、记录年水位040.95米2、记录日水位040.95米3、记录有效时间 ：512天（单参数）4、记录采集间隔 5分钟（可调）5、LCD液晶显示器16x26、键盘：4个，可修改、查询、检索参数及记录数据。7、时钟误差： 1分/月8、通信自检。9、工作电压：616V （有电压测量显示）3.3.4GSL系列数据终端该数据终端是一台采用一体化设计用于地下水动态监测系统改进型的遥测设备，它使用GSM移动通讯网络作为信道，用GSM短信或GPRS包进行数据传输。有下列特点：1.利用移动公网进行地下水资料传送。2.同时具有自报（随机、定时）、查询遥测工作方式。3.短信、GPRS双数据通道自动切换传输方式。4.支持地下水资料自动收集、传送，并可支持U盘读出。5.自动手机短信报警，方便监测与管理。6.一化结构方便安装调试、有效防雷。7.高可靠性、低功耗设计，低成本供电配置可满足要求。8.大液晶屏中文显示，方便操作与观读。9.丰富的短信遥调方式，免除去现场设置的麻烦。10.留有扩展接口，以备以后新传感器的链接。主要技术指标1GSM模块1）灵敏度及发射功率：GSMRX 应不大于-100dBm，GSMTX 应不小于30dBm；2）协议：AT 指令集，支持GSM07.07、GSM07.05（SMS）；2.显示器128x64 点阵字符型LCD夜晶显示器。3、时钟精度校正后月误差不大与60秒。4电源DC6V-12V 10AH以上免维护电池,4W太阳能电池板，带冲电控制板8W以上太阳能电池板。5功耗平均 10MA,传送瞬时250MA.主板电池在外电池断电后，可支持一年,保证时钟正常工作。3.3.5太阳能板型号：日地4W/6V太阳能电池板的作用是将太阳的光能转化为电能后，输出直流电存入蓄电池中。太阳能电池板是太阳能发电系统中最重要的部件之一，其转换率和使用寿命是决定太阳电池是否具有使用价值的重要因素。太阳能电池板特点电池片：采用多晶硅片太阳电池，电池的减反射膜为增强等离子化学气相沉积的氮化硅膜，呈深蓝色。电池的平均转换效率在13.5%以上。组件边框：组件边框是由阳极氧化优质铝合金边框制成，其表面氧化铝膜的厚度为25微米。组件边框设有四组方便安装的螺孔和一组接地孔，完全满足国际权威机构认证要求。钢化玻璃：组件的表面玻璃采用了澳大利亚Pilkington公司的低铁(含铁 量低于0.02%)钢化玻璃，其厚度为3mm，其大部分光波段的透光率大于92%。封装材料：组件由国外进口的抗老化EVA(乙烯-醋酸乙烯聚物)和耐候性好的优质TPT(复合氟塑料膜)材料层压而成。接线盒：组件的接线盒是根据目前国际市场并网发电的要求进行设计和制造的，采用了优质PP材料作为接线盒外壳和内绝缘材料，镀银铜质电极材料作为接线柱，并配置了防反冲隔离二极管。接线盒具有很好的密封和防水性能。主要规格和技术参数：1.规格：4W；2.材质：单晶硅；3.封装形式：高透钢化玻璃层压；4.最佳工作电压：8.5V；5.短路电流：0.5A；6.最佳工作电流：0.3A。3.6.6蓄电池型号：10AH/6V主要技术指标：1.安全性能：正常使用下无电解液漏出，无电池膨胀及破裂；2.放电性能：放电电压平稳，放电平台平缓；3.耐震动性：安全充电状态的电池完全固定，以3mm的振幅，16.7Hz的频率震动一小时，无漏液，无电池膨胀及破裂，开路电压正常；4.耐冲击性：完全充电状态的电池从20cm 高处自然落至1cm厚的硬木板上3次无漏液，无电池膨胀及破裂，开路电压正常；5.耐过放电性：25摄氏度，完全充电状态的电池进行定电阻放电3星期，恢复容量在75%以上；6.耐充电性：25摄氏度，完全充电状态的电池0.1CA充电48小时，无漏液，无电池膨胀及破裂，开路电压正常，容量维持率在95%以上；7.耐大电流性：完全充电状态的电池2AC充电5分钟或10AC放电5秒钟。无导电部分熔断，无外观变形；8.不同温度下的放电容量：40时102%，25时100%，0时85%，-15时65%。3.4系统功能：3.4.1遥测站功能1、数据终端采用定时自报结合定量加报的工作体制，定时一到自动把数据终端的地下水信息发回中心站，定时间隔1-24小时可设置。2、数据终端一般工作在野外或无人值守之地无市电,用太阳能供电,为达到节省功耗的目的，利用遥测终端MCU的多种省电模式中的“休眠”模式，使主机实现较低的功耗。GSM无线模块平时待命，定时一到或需加报时，遥测终端自动唤醒工作，信息发送完毕再重返“待命”状态。GSM遥测站可随时响应中心站的拨号呼叫和短信(SMS)以响应有关指令，如系统参数远程配置命令或召测。3、水位采集：遥测终端通过时钟定时，每5分钟采集一次水位。CPU将采集到的一条水位记录写入固态存储器，然后，设备再次进入休眠状态。4、数据终端能响应中心站远程资料召测命令(SMS)，将固态存储数据上传到中心站。5、数据终端支持本地通过键盘、显示器对系统的配置进行修改, 也可以通过移动网络（SMS）远程修改，参数包括：时钟、目的地手机号码、IP地址等。6、遥测终端配置大容量非易失存储模块（2Mbit）, 可存储512天的水位或雨量数据， 也可以通过GPRS遥测信道远程读取，读取的最小时间间隔为1天。7、数据终端收到修改配置命令后，首先修改系统配置，然后读出已修改的配置，返回一条确认核对信息。8、数据终端具有实时钟，以完成对地下水位的自动记录。9、数据终端还提供测试状态，保证在检修和维护时产生的水位和雨量数据不进入固态存储区。10、数据终端的总功耗小于10毫安，其中不含GSM设备时的功耗小于0.1毫安，配备20AH/6v蓄电池和4W太阳能板，可保证30天连续阴天，设备正常工作。11、数据终端可选择向一个至四个目的地（中心站）发送实时数据（SMS时），GPRS方式时接收目的地数（中心站）不限。12、数据终端在硬件和软件两方面都能支持GPRS功能。13、数据终端能响应手机短信的召测命令(SMS)，并把相应地下水数据送到该手机上。3.4.2中心接收软件接收软件将接收的数据进客户端SqlServer2000数据库,用户可调用数据库的数据进行编制应用软件.3.4.3中心站数据处理软件功能简介:用户登陆要完成的功能：用户输入用户名、密码，一般用户可查询数据，检验用户权限：操作员进行权限的有修改和查询数据功能，管理员可对各表的维护包括对各表数据的增加、修改、删除功能。四.结束语SEBA公司具备完整的TQC保证体系，配备整套从元器件到整机的全过程质控设备，全部元器件和整机设备送检，质检合格方可提供给用户。主要器件全部采用进口组件，省电设计，选用进口原装、高稳定度、低功耗电台和无功耗传感器构成免维护遥测站总成。总成设备自身具备自检欠压防护和电源预警功能，使用太阳能和蓄电池浮充供电方式，可保证全年正常工作。而由深圳市一家电子有限公司生产地下水遥测终端是一台采用一体化设计用于地下水动态监测系统改进型的遥测设备，具有既有结构简单、工作可靠、操作容易，可遥控的特点，又有一体化，易安装和维修方便等优点，是一种智能信息化设备，是构成地下水动态监测系统主要的基础设备，是完成地下水信息自动化采集传输的关键设备。由该设备组成的地下水动态监测系统具有安装方便、投资小、灵活性等优势，加上自身很高的可靠性，是一个理想的GPRS地下水在线收集系统。很适合水利、地质等部门在野外恶劣环境条件下使用，可应用到国民经济其他部门，具有较大推广价值。14 程狄速察仿抉卖疹晰守贬巨砷仆点眼额横蠢磅锈吻楼宛酮谷缔长探腺据试壕蛋蠢颅猾煎懦沤忌筏揩雏畸距谍你褥迪帅