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一體化地下水位監測儀

 

一、儀器功能

           在無人值守的情況下,按照儀器預先設定的采樣頻率,自動采集地下水位、水溫等數據,通過無線通訊的方式,將采集數據自動上傳到數據中心。

                              二、儀器組成

           儀器由兩部分構成:遠程數據傳輸單元 + 傳感器。

           遠程數據傳輸單元簡稱RTU,完成數據的采集和預處理,按照設定的工作規則,將數據傳輸到數據接收處理中心。

           傳感器分兩部分:一部分在RTU內部,完成環境溫度和大氣壓力的檢測;另一部分是獨立的外部壓力式傳感器,內部集成溫度傳感器,完成地下水位水溫的檢測。

           外部傳感器通過RS485總線與RTU連接

 

                         三、同類儀器的技術現狀

 

           多采用短信傳輸方式。

           早期采用的傳感器不具備大氣壓力矯正能力。

           電池多數采用鋰離子電池,以滿足儀器的長在線工作模式。

 

四、技術措施

. 數據通信與傳輸:

.      傳統的設備大多采用短信方式傳輸數據,有以下幾方面的限制:

.      a)數據報文長度限制(114字節)

  b)數據明文傳輸,影響數據安全性

  c)在多測點同時上傳的數據情況下,容易引起數據通道堵塞無法實現遠程設備的固件 升級與維護等。

d)遠程測點必須綁定SIM卡號,用作測點數據傳輸的識別ID,通過SIM號可以盜取     測點數據、信息,或更改測點的運行參數,數據安全和設備運行安全存在隱患。

  e)容易受到垃圾短信的干擾

  f)需要后臺的接收設備來集中接收各測點短信。

 

 我們采取技術措施是:

  a)采用GPRS網絡通信模式、采用TCP/IP通信協議。

b)數據直接通過互聯網,傳輸到數據接收處理中心,中間不需要任何接入設備。

c)卡片SIM卡號的無關性,不需要綁定SIM的號碼,支持13位號的物聯卡。

d)當數據上傳時,首先連通GPRS,然后連通數據中心,通過TCP/IP  傳輸數據。從連接數據中心到數據傳輸完成,在線時間小于1S。數據安全性有很好的保障。

e)可以向多個數據中心傳數據.

 

2.數據采集傳感器:

a)大氣壓力對水位數據的影響很大。

    b)傳統方式是采集的水位數據后,再通過采集大氣絕對壓力對水位數據進行補償。

       補償分為傳感器的大氣壓力零點補償和大氣壓力的日間變化補償;大氣絕壓數據分本地采集和異地采集。

 

我們采取的措施:

    a)傳感器帶有通氣管,將大氣壓力直接引導到傳感器感應面上,實現大氣壓力變化對水位測量值的零影響。

    b)傳感器對水溫的自動補償。

    c)傳感器對水密度的自動補償。

 

3.供電電源:

    一般采用短信傳輸數據的RTU會采用一種(GPRS)長在線工作模式。待機狀態下需要mA級的工作電流,因此大多選用大容量鋰電池。

我們采取的措施:

    a)用短在線工作模式,只有在規定的采樣或數據傳輸

    時間到來時,RTU才上電開機,待機狀態下僅需要10uA

    左右的工作電流。

b)采用3D型堿性干電池供電。堿性電池特點:

低自放電率,低溫工作(-40),壽命長(保質期3年),

低成本,無污染。

c) 工作壽命計算:通過實測,數據采集和上傳時間大約

需要30-40S,平均電流小于120mAD型干電池的在

120mA放電下容量大于12000mAh,

可以支持9000次以上的采樣傳輸操作。

 

 

4. 防水:

 

a)傳感器防塵防水級別是IP68,能夠承受3倍的額定工作壓力;

b)數據采集傳輸單元采用鑄鋁外殼,達到IP67防塵防水標準。

 

5. 低溫工作:

a)有的電子元器件全部采用工業級或汽車級的,最低的工作溫度可達到-40

b)采用堿性電池,也可以工作在-40,確保在冬天環境下可以正常工作。

c)RTU內部安裝有高精度溫度傳感器,如果環境溫度太低,可以設RTU工作在長休眠模式.

d)外殼具有懸掛裝置,將RTU下放到測井內等工程措施,也可以保證設備在低溫環境下長期正常運行。

 

 

 6.傳感器供電:

a)傳感器內沒有電池,采樣時由RTU為傳感器供電。

b)傳感器供電線路和信號傳輸線路都是隔離的,可以保證傳感器故障時,傳輸設備的安全。

 

7.本地數據的存儲與繼承性:

 a每條數據記錄包括以下各種數據:采樣時間,水位,水溫,電池電壓,環境溫度,現場大氣壓力,傳感器工作狀態,GPRS信號強度等信息,可以記錄3200條歷史數據.

  b)采用可以拔插更換的數據存儲芯片,可以放置到同型號任何RTU上,在RTU故障時可以直接放置到另一臺RTU上,保證數據的連續性與繼承性。

  c)如果因為通信信號強度問題引起的實時數據傳輸失敗,會在下次信號恢復時補傳.

 

8.數據接收與服務:

  a)不需要專門的接入設備;

  b)使用TCP/IP數據傳輸協議;

 c)用JAVA實現,可以部署在任何有Internet接入的服務器上;

 d)設有數據端口,和遠程維護端口.

  e)可以同時容許3000點以上的并發連接,可以保證多點數據傳輸不擁堵。

 

9.安裝施工

  a現場可以通過計算機配置測井測站的各種參數;

  b)可以通過撥碼開關的配置,觀察以下數據:

  cGPRS信號強度和數據傳輸誤碼率;

  d)數據鏈路是否通暢;

  e)水位傳感器入水深度;

  f)水位;

 g)水溫;

 h)環境溫度;

 i)大氣絕對壓力;

 j)電池電壓。

 

10.其它:

   aRTU內配有溫度傳感器,可以測量環境溫度,為RTU是否進入冬天長休眠模式提供決策參考;

  bRTU內配有高精度大氣壓力傳感器,當使用的水位傳感器線長超過200米時,進行大氣壓力日間變化補償.

 

 

 

 

 

 

 

五、系統組成

    本系統主要由數據中心、管理與分析中心、數據應用及維護中心、監測點(站)、通信網絡等部分組成。現場采集數據后,通過移動GPRS(或聯通、電信)、北斗通信網絡上傳到監測中心,數據中心和管理與分析中心對數據進行匯總、整理,對實時數據進行分析,為水資源管理部門提供重要的數據依據,進而實現良好的社會效益和經濟效益。

 

 

六、技術性能及參數

 

1.RTU

◇鑄鋁外殼,帶涂層,全密封;立方體,包括電池完全一體化;

3D型堿性電池,先進的節電技術,超低功耗,標準使用條件下≥3年更換一次電池;

◇傳輸載體采用GPRS,適用于各大運營商芯片卡,可選配北斗通信模塊。

◇儀器自帶高精度氣壓計,氣壓采樣精度優于0.01mbr;

◇具有遠程設置功能,可以遠程設置設備參數、工作參數、測井測站資料等。

◇自帶數據存儲器,記錄容量3200條數據記錄;

◇數據存儲器獨立于傳輸設備,可以放置到任一臺傳輸設備,便于在數據傳輸設備出現故障時,快速更換,不中斷數據傳輸,保持測井測站數據的繼承性和完整性;

◇可以遠程指定時段,某時段歷史數據;或者回傳所有歷史數據。

  

 

2 .傳感器

◇采用壓力式傳感器,測量精度為0.05%FS;

◇年漂移量<1%FS

◇傳感器工作溫度范圍-40--+125

◇防水等級:IP68

◇傳感器數據輸出接口采用RS485數字接口/MODBUS

◇圓柱形,直徑=22 mm,外形小巧;

◇選用316L材質不銹鋼,抗腐蝕、抗氧化;

◇線纜有效拉力>40Kg

◇線纜長度:100米,可預留備用線纜20100米,最長可達200

 

 

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