1、 陕西颐信网络科技有限责任公司 2014 年 9 月 22 日 陕西 颐信 网络 科技有限责任公司 地下水 监测系统 整体解决 方案 I 目 录 一、概述 - 1 - 1.1 项目背景 - 1 - 1.2 新产品研究 - 2 - 二、系统简介 - 2 - 三、系统功能 - 3 - 四、系统方案 - 4 - 4.1 数据流程及组网 - 4 - 4.2 系统组成 - 4 - 4.3 数据采集 - 5 - 4.4 数据传输格式 - 5 - 五、系统软件 - 5 - 5.1 软件平台 - 5 - 5.2 数据接收软件 - 5 - 5.3 数据查询分析软件 - 6 - 六、系统特点 - 10 - 七、产
2、品性能 - 10 - 7.1 一体化智能水位采集装置 - 10 - 7.1.1 产品特点 . - 11 - 7.1.2 技术指标 . - 12 - 7.2 无线手持参数设置仪 - 12 - 八、工程实例 - 14 - - 1 - 一 、 概述 1.1 项目背景 2010 年 12 月 31 日 中央 及 国务院发布 了 关于加快水利改革发展的决定 （ 中发 2011 1 号 ） 明确提出水是生命之源、生产之要、生态之基，第一次将水利提升到关系经济安全、生态安全、国家安全的战略高度 ； 第一次提出要实行最严格的水资源管理制度，并把严格水资源管理作为加快转变经济发展方式的战略举措。 实行最严格水资
3、源管理制度的关键是围绕水资源配置、节约和保护，确立水资源管理三条红线，建立水资源管理责任制和考核制度，确保水资源管理目标的实现。一是确立水资源开发利用控制红线，严格实行取用水总量控制；二是确立用水效率控制红线，坚决遏制用水浪费；三是确立水功能区限制纳污红线，严格控制入河湖排污总量 ； 四是建立水资源管理责任与考核制度，加强水量水质监测能力建设。 明确提出水资源管理目标：到 2020 年，全国年用水总量力争控制在 6700 亿 m3以内，万元国内生产总值和万元工业增加值用水量明显降低，农田灌溉水有效利用系数提高 到 0.55 以上，主要江河湖泊水功能区水质明显改善，城镇供水水源地水质全面达标，地
4、下水超采基本遏制。 2012 年 1 月 12 日 国务院发布了关于实行最严格水资源管理制度的意见 （ 国发 2012 3 号 ） ，对实行该制度做出全面部署和具体安排，是指导当前和今后一个时期我国水资源工作的纲领性文件。最严格水资源管理制度明确了新形势下水资源开发、利用、保护的要求与任务。 并且 在第八条 严格地下水管理和保护 中明确规定： 加强地下水动态监测，实行地下水取用水总量控制和水位控制。 为了追求发展、满足用水需求，一些地区对地下水进行了不合理开采，致使地下水位持续下降，地下水漏斗接连出现，且漏斗范围不断扩大，甚至在部分地区引发了水源枯竭、土地沙化、河水断流等严重的生态环境问题。地
5、下水资源不合理开发利用造成的诸多问题，已严重影响了水资源的可持续利用和生态环境的健康稳定，对社会经济可持续发展和生态环境安全构成了一定威胁。在基本掌握地下水的赋存与分布特征的基础上，建立地下水长期监测井网，提高自动监测能力，加强信息服务，开展基础理论和应用技术研究，是提高地下水资源科学保护和合理利用，促进人与自然和 谐相处，实现以水资源的可持续利用支撑社会经济的可持续发展的迫切要求。 - 2 - 1.2 新产品研究 （ 1） 一体化智能水位采集装置 在国家 实施最严格水资源管理 制度 的 大背景下，我公司积极研究开发地下水位监测系统相关设备，已成功 研发 出 TH-IRG2000 一体化智能水
6、位采集装置 ；相关 性能 及 技术指标 符合水利部水文自动测报系统技术规范（ SL 61-2003）等标准要求 ， 相关 数据通讯协议已通过水利部水资源监测数据传输规约（ SZY206-2012）、水文监测数据通信规约 (送审稿 )符合性检测 。 （ 2） 无线 手持 参数 设置仪 无线手持参数设置仪 TH-HTS2000 是一款基于 Android 智能手机开发的设备参数设置仪， 采用 便携 式 USB 接口的蓝牙转 RS485模块 与 TH-HTS2000应用软件与蓝牙转 RS458模块通过蓝牙配对的方式进行连接即可便捷的对设备的参数进行设置与读取 。 （ 3） 井口保护 装置 我公司 在
7、 根据 地下水监测井的 现状 ，自制研发出 钢制 井口 保护 装置 ，便于安装和运输 ， 根据现场情况选择安装 ； 更有利于保障 地下水 监测井井口 及自动监测装置的安全 ，同时也保证通信数据的传输。 二、 系统 简介 地下水位 监测系统 结合 已有的 监测井网，建立地下水监测井网，充分利用现有的通信网络和设施，形成一个集地下水信息采集、传输、接收与处理为一体的初步的信息系统，基本实现对 区域的 地下水集中供水水源地和超采区的有效监测 ； 为各级领导、各部门和社会提供及时、准确、全面的地下水动态信息，满足科学研究和社会公众对地下水信息的基本需求，为优化配置、科学管理地下水资源，防治地质灾害，保
8、护地质环境提供优质服务，为水资源可持续利用和自治区重大战略决策提供基础支撑，实现经济社会的可持续发展。 - 3 - 图 4-2 系统 组成 安装 结构 图 三、 系统 功能 （ 1）采集功能：采集地下水井水位数据，且监测站点的数据采集周期可根据需要进行远程设置或现场人工配置。 （ 2） 发送功能 ：一体化水位测量装置支持数据一发五收，即可同时向五个数据中心 /分中心 发送数据 。 （ 3）管理功能：具有数据分级管理功能，监测点管理等功能。 （ 4）查询功能：信息接收系统软件可对所有地下水井位置进行显示，并可查询各地下水井的实时或历史水位信息。 （ 5）分析功能：水位数据可以生成水位标高等值图、
9、过程曲线及报表，供趋势分析。 （ 6）扩展功能：系统软件具备良好的系统扩展功能， 地下水位 监测站可根据实际需要随时添加 。 - 4 - 四、 系统 方案 4.1 数据流程及 组网 地下水 监测系统 由 若干个地下水位监测站和 五 个 中心 站 /分中心 站组成；数据通过 移动 网络直接发送到中心站。 水位信息采用一站 多发 的形式发送至 相关中心站 。 图 4-1 系统数据流程图 4.2 系统组成 地下水 监测系统主要 由现场 数据采集 和中心数据接收 两 部分组成，其中各部分包括设备如下： （ 1） 现场 部分：一体化 水位 监测装置、 井口 保护装置； （ 2） 中心 数据接收部分：固定
10、 IP/短信接收 机 、数据 接收计算机、 数据 接收软件、数据查询分析软件 。 说明 ： 数据 传输部分 利用 移动网络 进行 数据传输。 （ 3） 现场 参数 设置 部分 ： 无线手持参数设置仪 。 1 # 一体化智能水位采集装置N # 一体化智能水位采集装置1 # 中心站现场数据采集数据传输G P R S / CDM A / G S M5 # 中心站中心数据接收- 5 - 4.3 数据采集 一体化 地下水自动监测采用无人值守的管理模式，实现水井水位信息的自动采集与传输。 一体化 自动监测站采用自报式、查询 应答式相结合的遥测方式和定时自报、事件加报和 招 测兼容的工作体制。 4.4 数据
11、传输 格式 一体化智能水位采集装置 数据 传输格式统一采用 水利部水资源监测数据传输规约（ SZY206-2012）或 水文监测数据通信规约 (送审稿 ) 进行数据 编码传输。 五 、 系统软件 5.1 软件平台 操作系统： Windows7、 Windows Vista、 Windows XP、 Windows Server 2003、 Windows Server 2008、 Windows NT 等 。 数据库系统 ： Microsoft SQL Server 2005 及以上数据库管理系统。 5.2 数据接收 软件 （ 1）用户管理 软件系统的功能按角色管理，不同的角色具有不同的功能权
12、限。系统具有两种不同的角色，一是“系统管理角色”，另一为“普通用户角色”。操作人员或用户按角色分组管理，具有相应角色的功能权限，能进行相应的操作。 （ 2）操作日志 记录每个用户的操作痕迹，用于分析用户的操作行为，以便追溯错误的源头。“系统管理角色”的用户有权删除早期不用的信息，以节约数据库空间。 （ 3）设备配置 用户在中心站可设置监测井的编码、名称、通道号以及各通道的参数（ RTU 地址码除外）。配置监测井参数命令集包括对监测井地址、通信方式、数据采集及通信 策略、电源控制方式等进行配置修改。 用户亦可通过中心站向各监测井的 RTU 下发命令，对统一编号、水位标高、水位埋深、温度、探头电
13、压、通讯电压、信号质量、采集时间、发送时间、接收时间、- 6 - 气压值、孔口标高、地面标高等信息进行查询。 （ 4）数据接收 接收软件运行于中心站计算机，能实时接收监测井通过 GPRS/SMS/CDMA 信道传输的水位、电源电压等各种实时检测的数据、状态信息等。 （ 5）数据处理 将原始通信数据解析，将数据帧信息转换为日期、站号、站名等信息后存入遥测数据库中，供 相关 系统软件共享。 （ 6）实时数据监控 对 实时接收的数据根据用户 设置 的报警 阀值 进行超限 报警 ，从而实现对地下水位的实时监测； （ 7）实时数据显示 实时 接收 的 数据以数据、表格、图形等形式显示监测点的数据 。 （
14、 8）数据存储 接收软件接收到监测井数据后，将原始通信数据写入日志文件，用于原始数据备份及系统故障核查；同时将处理过的遥测数据存入遥测数据原始库，为用户建立起具有对数据库进行初始化、数据备份和恢复等功能的数据库管理维护应用软件，以保证数据库安全和数据的一致性。 （ 9）自动校时 中心站按照系统的配置参数，自动地将中心站计算机的日期时间写入监测井的RTU 中，以保证监测井时钟与中心站时钟的同步。 （ 10）数据库自动备份 为了保证数据库的安全和数据的一致性，防止用户对数据库中数据的误操作或者数据库管理系统本身的损坏所带来的损失，接收软件中设计了数据库系统的全量和增量备份功能，定期地将数据备份到其
15、它存储介质如移动硬盘，以备不时之需。 5.3 数据查询分析软件 （ 1） 测站 信息查询 对所有监测井的统一编号、原始编号、地下水类型、所处区域、地面标高、孔口标高、口径、经度、纬度、打井日期、井盖备注、通讯设备编号、探头编号、探头埋深、探头安装日期、通讯设备安装日期、探头电压报警值、通讯电压报警值、信号质- 7 - 量报警值等信息进行查询。 （ 2） 监测 数据 查询 接收 的 数据以数据、表格、图形等形式显示监测点的数据 ；并 根据给定条件检索和查询数据，同时可以直接导出生成 TXT 或者 EXCEL 报表数据文件，同时具有生成水位标高的等值图、过程线等功能。 A、 地下水实时监测 地下水
16、实时监测功能利用 WEBGIS 技术，以行政区 、 灌区 、 地下水 监测 区 电子地图为背景，动态显示各个地下水监测点的空间分布位置，系统实时刷新地下水监测数据，将最近的数据标注到地下水监测点上，方便用户浏览。当发生地下水监测点数据超限时，系统自动将地图上的监测点图标置为红色，闪烁提示，使用户直观的掌握当前行政区或灌区内的地下水监测最新状况。 相同的地下水实时数据也可以通过简报表格的处理方式进行显示。 B、 地 下水报表查询 地下水报表查询功能利用通用报表中间件，在 WEB 上发布方便简洁的报表查询界面，用户可以择单个或多个地下水监测点，以及日、月、旬、年、任意时间段，系统按照行政区 、 灌
17、区 、 地下水 监测 区 归类，自动生成符合用户习惯的各类汇总统计报表，方便用户浏览分析。所有报表均支持导出、打印等常规功能。 C、 地下水埋深分布 地下水空间分布功能利用 WEBGIS 技术，以行政区 、 灌区 、 地下水 监测 区 电子地图为背景，系统根据用户设置的时间点和地下水监测点空间分布位置，动态绘制区域内的地下水位埋深分布图，用户可以自行设置地下水埋深的不同等级，颜色，系统根据设置进行 等直面颜色填充，使用户直观的掌握区域内地下水埋深分布状况。 （ 3） 数据 分析 显示 A、 地下水差值分析 地下水差值分析利用 WEBGIS 技术，以行政区 、 灌区 、 地下水 监测 区 电子地
18、图为背景，系统根据用户选择某地下水监测点的年平均水位与历史上某年进行对比，并将水位变化差值绘制成地下水年变化分布图，用户可以自行设置地下水差值的不同等级，颜色，系统根据设置进行等直面颜色填充，使用户直观的掌握地下水变化形式。 地下水差值分析相同的分析成果也可以通过图表和柱状图的方式进行展示。 - 8 - B、 地下水距平分析 地下水差值分析利用 WEBGIS 技术，以行政区 、 灌区 、 地下水 监测 区 电子地图为背景，系统 根据用户选择某地下水监测点的日、月、旬、年平均水位与历年同期的平均值进行对比，并将水位变化差值绘制成地下水年变化分布图，用户可以自行设置地下水差值的不同等级，颜色，系统
19、根据设置进行等直面颜色填充，使用户直观的掌握地下水变化形式。 地下水距平分析的分析成果也可以通过图表和柱状图的方式进行展示。 （ 4） 系统管理 各类系统参数设定、用户权限管理，外部数据接口管理。 图 5-1 地下水 监测数据查询分析软件界面 1 - 9 - 图 5-2 地下水 监测数据查询分析软件界面 2 图 5-3 地下水 监测数据查询分析软件界面 3 - 10 - 六 、系统特点 （ 1） 技术先进 集成性高 一体化智能水位采集装置 充分考虑 现场 偏远 的 特点， 采用一体化低功耗 设计， 设计简单明了，集数据采集 、设备控制、无线通讯 等多种技术于一体，国内处于领先水平。 （ 2）
20、运行 成本低 利用现有的网络资源作为通讯载体；利用公网或专网作为计算机中心与 一体化智能水位采集装置 的数据传输载体， 安装 调试 简单，运营维护成本低 ， 维护简便 。 （ 3） 可靠性高 系统软、硬件设备具有超强抗冲击能力，出现意外情况，均不引起系统功能丧失或影响系统正常运行；对意外情况引起的故障，系统具备自恢复能力。保证了系统高可靠性。 （ 4） 准确性 高、 实用性 强 一体化智能水位采集装置 对采集的数据严格校验；从采集、传输至存储全过程采取多种技术措施保证数据的高准确性和实用性。 （ 5） 组网灵活 系统有多种联网接口， GPRS/CDMA/GSM，用户可以根据自己的实际情况，选择
21、最实用和经济的方式，既可以选择一种方式也可以多种方式并存。 （ 6） 适用 广泛 软件功能可根据用户定制，满足数据监测、数据查询、数据统计的具体需求 ， 系统适用于 各类地下水位的 实时监测 。 七 、产品 性能 7.1 一体化智能水位采集装置 TH-IRG2000 一体化智能水位采集装置 是基于 GPRS/CDMA 无线数据传输的新一代远程 水位 数据采集 与传输为 一体的自动化只能采集设备 ，能轻松实现与 Internet 的无线连接通讯 ； 实现水位 信号采集、数字化处理和数据的存储、传输 ； 方便实现远程、无线、网络化的通信与控制 ； 具有覆盖范围广（移动网络覆盖范围，能使用移动电话的
22、地方就可以使用）、组网方便快捷（安装即可使用）、运行成本低（按流量计费）、- 11 - 安全性能高（采用高防水防爆设计） 、 安装简便 等诸多优点。 图 7-1 一体化 智能 水位 采集 装置 实物图 7.1.1 产品 特点 （ 1） 所有器件以及电池均采用工业级标准 ,工作温度范围可达到 -30 -70； （ 2） 系统内部集成大气压传感器，具有气压波动自动补偿功能 ,确保水位等数据精准测量； （ 3） 具有远程参数设置、数据读取、实时召测等功能；内部集成有 16M 大容量FLASH 存储，可可靠保存 8 万组水位、气压、探头剩余电量、数据传输装置剩余电量、无线通信的信号强度等数据； （ 4
23、） 支持 GPRS/SMS/CDMA 等通信方式，能够进行远距离传输；支持多中心工作模式，最多支持一发 五 收（遥测站可同时向 5 个接收站发送数据）； （ 5） 一体化结构，体积小、防水性能好、安装方便； IP68 防水等级，可以在野外环境的水中浸泡 10 天以上不影响正常工作； （ 6） 具有多参数采集功能，包括水位、水温、现场气压、传感器采集压力、数据传输装置剩余电量、现场无线通讯信号质量等； （ 7） 可中心站远程监控进行参数设置、手持式参数设置仪设置、电脑现场设置- 12 - 等多种设置方式； （ 8） 支持掉电、休眠、永久在线三种电源管理模式，采用电池供电，可连续可靠 使用两年以上
24、。 7.1.2 技术指标 表 7-1 一体化智能水位采集装置 技术 指标 一览表 设备类型 技术指标 参数 智能液位变送器 综合精度 0.05 FS 工作温度范围 -25 80 存储温度范围 -40 100 防护等级 IP68 采集范围 0-100 米可选 采集单元 采样频率可设； 支持 GPRS/SMS/CDMA 等通信方式，支持多中心站发送； 具有定时自检发送、死机自动复位、站址设定、掉电数据保护、现场显示、设备测试等功能； 大容量 FLASH 存储 (16M)，可存储 10 年数据；支持双向通信；支持远程唤醒、远程诊断、远程设置、远程维护等； 具有良好的抗雷击能力和抗干扰措施； 系统内部
25、集成大气压传感器，各监测点均具有气压波动自动补偿功能 ,确保水位等数据精准测量； 具有电压过低报警功能；可对设备电源电压、工作环境温度及系统状态信息进行实时监测和定时上报； 支持掉电、休眠、永久在线三种电源管理模式；采用电池供电，可连续可靠使用两年以上； 设备平均无故障工作时间： MTBF80000h； 工作温度： 30 +70 湿度： 0 95%； 7.2 无线手持参数设置仪 TH-HTS2000 的使用需要配备一个便携式 USB 接口的蓝牙转 RS485 模块，使用者只需将 USB 接口的蓝牙转 RS485 模块插在设备的 USB 接口，将 TH-HTS2000 应用软件与蓝牙转 RS45
26、8 模块通过蓝牙配对的方式进行连接即可便捷的对设备的参数进行设置与读取。 - 13 - 图 7-2 无线 手持 参数 设置仪 实物图 图 7-2 无线 手持 参数 设置仪 设置软件 界面 - 14 - 八 、 工程 实例 我公司 于 2013 年 11 月 25 日 中标 内蒙古自治区地下水监测工程（ 2012 年）信息采集、传输与接收系统所需的设备系统集成（第二标段）工程 ； 合同额 390 万元 。本工程 主要 为 内蒙古自治区呼和浩特市、包头市及巴彦淖尔市三个地区地下水监测井网 的 128 眼地下水井安装地下水自动监测仪，并配备 井口保护 装置 和 信息接收系统。 工程 总造价 496.3167 万 元 ，建设工期为 钻 井土建工程验收后 30 天内 完成设备安装 调试工作。 图 8-17 井口保护 装置 安放 及混凝土填筑 - 15 - 图 8-18 井口保护 装置混凝土 振捣 - 16 - 图 8-19 地下水监测 设备 安装完成 现场图片
