一種用於野外的地下水位監控系統的節電方法
2023-04-26 01:22:26 3
專利名稱：一種用於野外的地下水位監控系統的節電方法
技術領域：
本發明屬於水位自動化監測領域，具體涉及一種用於野外的地下水位監控系統的節電方法。
背景技術：
由於地下水是影響人類生存環境的一個重要方面，對於地下水各種數據的監測也越來越受到人們的 重視。要想全面地監測一個城市的地下水位的變化情況，必須根據這個城市的地質結構，在全市的範圍內廣泛的選取若干個典型的地下水位觀測點，然後在每一個觀測點設置一個或者若干個地下水位觀測井，用於測量不同地層的地下水位的數據。監測地下水位的傳統方法是採用人工測量採集來實現的，由於各觀測點之間相距甚遠，且觀測井數量眾多，因此採用人工測量採集的辦法效率較低、測量周期較長、測量精度較低並且耗費大量的人力物力。隨著科技的發展，為了滿足城市對水位監控的要求，減輕測量人員的工作量，現在很多地方都在逐步的嘗試自動化的方式來監測地下水位的變化。但是由於觀測井都設置在戶外甚至是野外，因此無法通過供電線路為監測儀器供電，必須使用電池為監測儀器供電，當該監測儀器在沒有採用節電措施時，其內一個50AH的蓄電池大約可用42天左右，監測儀器每一個半月就需要維護一次，這意味著對於一個設置有成百上千個觀測井的城市來說，監測人員的工作量依舊將十分龐大。為了實現監測儀器更長的使用時間，有些監測單位在監測儀器上加裝了太陽能供電裝置以實現可持續供電，此種設置方式的缺點在於太陽能供電裝置易受天氣影響，供電不穩，成本較高，並且太陽能供電裝置裸露於地面上較易被盜，因此並不適宜大規模應用。也有的監測單位通過減少監測儀器每天的監測頻次來達到節電的目的，如每天監測2次，此種節電方式的缺點在於簡單限定了監測的頻次，無法適應雨季等地下水位變化較大較快的情形，因此無法給監測單位提供實時有效的監測數據以採取有效的應對措施。因此本領域的技術人員急需一種用於野外的地下水位監控系統的智能節電方法，在達到自動化監測目的的同時，還能夠延長設備的使用時間，節省更換電池的人力和物力。
發明內容
本發明的目的是根據上述現有技術的不足之處，提供一種用於野外的地下水位監控系統的節電方法，該節電方法將所述監控系統設定為具有四種不同的工作模式，即普通模式、離線模式、待機模式以及休眠模式，並根據該處地下水位在前一時間段內的累計變化量來自動調節該監控系統進入相對應的工作模式，各工作模式通過關閉部分部件以達到節電的目的。本發明目的實現由以下技術方案完成:
一種用於野外的地下水位監控系統的節電方法，所述監控系統包括順次連接的水位計、數據採集器、遠程伺服器以及遠程系統管理平臺，所述水位計設置於地下觀測井中，其特徵在於所述數據採集器由CPU、時鐘、激活電路、通訊模塊以及電源模塊構成，所述電源模塊連接所述CPU和通訊模塊以實現對兩者的供電，所述CPU順次與所述時鐘、激活電路以及通訊模塊連接，所述監控系統的節電方法至少包括如下步驟:所述監測系統通過所述水位計按一定頻率測量地下水位，並通過所述通訊模塊實時向所述遠程伺服器無線傳輸監測數據，所述CPU每隔一時間段將計算該時間段內的所述地下水位的累計變化量；
在所述數據採集器中設置休眠值、臨界告警值和告警值；若該處地下水位在所述時間段內的累計變化量大於告警值，則所述監控系統進入普通模式工作，即其內各部件均處於正常工作狀態；若該處地下水位在所述時間段內的累計變化量處於臨界告警值與告警值之間時，則所述監控系統進入離線模式工作，即除關閉所述通訊模塊之外其餘各部件均正常工作；若該處地下水位在所述時間段內的累計變化量處於休眠值與臨界告警值之間時，則所述監控系統進入待機模式工作，即除所述CPU和通訊模塊正常工作之外其餘各部件均處於關閉狀態，所述通訊模塊可實時響應所述遠程伺服器發送來的控制指令；若該處地下水位在所述時間段內的累計變化量處於休眠值或休眠值以下時，則所述監控系統進入休眠模式，即除所述時鐘和激活電路正常工作之外其餘各部件均處於關閉狀態，所述激活電路可在設定的若干小時之後喚醒所述監控系統內的其餘部件，並再次進行地下水位監測和與所述遠程伺服器之間的交互工作。所述時間段可以是一小時；所述休眠值為10mm，所述臨界告警值為30mm所述告警值為50_。所述休眠模式 所佔用的時間段不超過一小時。當所述監控系統處於普通模式或離線模式的工作過程中時，所述CPU實時計算該處地下水位在所述時間段內的累計變化量，並根據所述累計變化量的大小自動調整所述監測系統切換至相應的工作模式中。所述電源模塊與所述通訊模塊之間設置有一電源控制模塊，所述電源控制模塊用以當所述監控系統進入所述離線模式或休眠模式時關閉所述通訊模塊的供電。本發明的優點是，該監控系統可自動監測地下水位並無線傳輸至遠程伺服器，用戶還可通過遠程系統管理平臺訪問遠程伺服器，查看監測數據；此外該監控系統根據地下水位在每個時間段內的累計變化量設置有四種不同的工作模式，其中離線模式關閉了通訊模塊，功耗較高，可隨時開啟通訊模塊與遠程伺服器進行交互；待機模式僅開啟CPU和通訊模塊，功耗中等，可隨時響應遠程伺服器的指令；而休眠模式僅開啟時鐘和激活電路，功耗較低，響應遠程伺服器的周期較長；整個監控系統節電耗能少，可延長設備的使用時間，節省更換電池的人力和物力浪費；且設備體積較小成本低，方便攜帶。
圖1為本發明中地下水位監控系統的結構示意 圖2為本發明中數據採集器的結構示意 圖3為本發明中監控系統節電方法的工作原理示意圖。
具體實施例方式以下結合附圖通過實施例對本發明的特徵及其它相關特徵作進一步詳細說明，以便於同行業技術人員的理解:
如圖1-3，圖中標記1-5分別為:水位計1、數據採集器2、遠程伺服器3、終端4、電源模塊5。實施例:如圖1所示，本實施例具體涉及一種用於野外的地下水位監控系統的節電方法，該監控系統主要包括水位計1、數據採集器2、遠程伺服器3以及遠程系統管理平臺，水位計I具體設置於地下觀測井中，數據採集器2同樣設置於地下觀測井中並與水位計I相連，數據採集器2還與遠程伺服器3通過無線網絡連接，用於向其無線傳輸監測數據並接收其控制指令，遠程伺服器3設置於總控制室內，在其上安裝有遠程系統管理平臺，可以將數據採集器2發送來的監測數據建立資料庫和網頁，工作人員可以通過使用桌上型電腦、手機、平板電腦等具有瀏覽器和Internet接入能力的終端4，隨時的登錄到遠程伺服器3的系統管理平臺上 ，查看最新的測量結果並對其進行管理。如圖1、2所示，數據採集器2主要由CPU、通訊模塊以及電源模塊組成，CPU與通信模塊相連，電源模塊分別與CPU以及通訊模塊相連用於向兩者供電，為了能夠有效控制通訊模塊的用電情況，在電源模塊與通訊模塊之間設置有一個電源控制模塊，該電源控制模塊可完全關掉通訊模塊的電源。CPU具有強大的數據處理能力，可以對水位計I所採集的地下水位監測數據進行本地化處理計算，經過其處理後的數據可通過通訊模塊實時上傳到遠程伺服器3 ;通訊模塊具體為一 GSM/GPRS雙頻模塊，可以通過無線網絡與遠程伺服器3建立實時的無線連接以及交互。其中在數據採集器2中還設置有時鐘和激活電路，此兩者均與CPU連接，當CPU關閉後，通過時鐘的計時以及激活電路的作用，CPU可在設定的若干小時之後被激活電路喚醒。為了使該設置於野外的地下水位監控系統的電源模塊工作更長的時間，達到節電的目的，我們在數據採集器2中設置了三個關鍵值，分別為IOmm的休眠值、50mm的臨界告警值以及100_的告警值；同時賦予了該監控系統四種不同的工作模式(此處所指的監控系統不包括遠程伺服器3和遠程系統管理平臺，因為這兩者是由市電供電的)，各工作模式的定義具體約定如下:
①普通工作模式:當監控系統處於普通工作模式時，其內各部件全部開啟並處於實時工作狀態，即水位計、CPU、通訊模塊、電源控制模塊、時鐘以及激活電路均正常工作，此時監控系統的功耗最高；
②離線工作模式:當監控系統處於離線工作模式時，其內除通訊模塊關閉之外，其餘部件均處於實時工作狀態，即通訊模塊經電源控制模塊完全關閉斷電，而水位計、CPU、時鐘以及激活電路均正常工作，此時監控系統的功耗相較於普通工作模式有所降低；
③待機工作模式:當監控系統處於待機工作模式時，其內除CPU和通訊模塊保持工作之外其餘各部件均處於關閉狀態，即CPU、通訊模塊以及電源控制模塊正常工作，而水位計、時鐘以及激活電路均關閉，此時監控系統的功耗中等，相對於離線模式再次有所降低；
④休眠工作模式:當監控系統處於休眠工作模式時，其內只有時鐘和激活電路保持工作，而水位計、CPU、通訊模塊以及電源控制模塊均關閉，此時監控系統的功耗最低。如圖1、2、3所示，用於野外的地下水位監控系統的節電方法具體包括以下步驟:
A.首先，該監控系統的初始工作模式為普通模式，其內各部件全部處於工作狀態，水位
計I按一定頻率測量該處地下水位，可以是5秒一次，也可以是一分鐘一次，具體視該處實際水位情況而定；CPU對所測量的地下水位數據進行處理，同時通過通訊模塊實時向遠程伺服器3無線傳輸處理後的監測數據，並且該CPU每隔一小時計算一次該處在前一個小時內的地下水位累計變化量，也可以實時計算該處在前一個小時內的地下水位累計變化量，之後CPU根據前一小時內的地下水位累計變化量來判定該監控系統應進入何種相對應的工作模式；
B.若該處前一小時內的地下水位累計變化量大於告警值IOOmm時，則說明該處地下水位變化較大，存在安全隱患，需要實時監控，因此該監控系統繼續保持普通模式工作，CPU仍舊實時計算前一小時內的地下水位累計變化量，當前一小時內的累計變化量不再大於告警值時，則監控系統通過CPU的控制或遠程伺服器3所發送來的指令自動轉入相應的工作模式；
C.若該處前一小時內的地下水位累計變化量處於臨界告警值50mm與告警值IOOmm之間時，則說明該處地下水位變化有所緩解但仍存在一定安全隱患，需要實時監控，因此該監控系統轉入離線模式，經電源控制模塊關 閉通訊模塊，其餘各部件繼續正常工作；此時水位計I仍按一定頻率測量該處地下水位，經CPU進行數據處理和計算，之後CPU再判定其前一個小時內的地下水位累計變化量，若累計變化量不再處於臨界告警值與告警值之間的範圍內時，則監控系統通過CPU的控制自動轉入相應的工作模式；在監控系統處於離線模式這段時間內所監測的地下水位信息均被臨時存儲於CPU內，待通訊模塊再次與遠程伺服器3建立連接時再行上傳；
D.若該處前一小時內的地下水位累計變化量處於休眠值IOmm與臨界告警值50mm之間時，則說明該處地下水位變化處於正常水平範圍，無需實時測量監控，但需要同遠程伺服器3保持實時連接，因此該監控系統轉入待機模式，除CPU和通訊模塊保持工作狀態之外，其餘各部件均關閉，水位計I也不在測量，其中通訊模塊可實時響應遠程伺服器3所發送來的控制指令，遠程伺服器3可以根據當地的水文氣象信息或者該處附近的其他地下觀測井內的地下水位信息來大致判斷該處的地下水位變化，CPU可根據遠程伺服器3所發送來的控制指令控制監控系統自動轉入相應的工作模式；
E.若該處前一小時內的地下水位累計變化量處於休眠值IOmm或以下時，則說明該處地下水位基本無變化，無需實時測量監控、或與遠程伺服器3實時保持連接，因此該監控系統轉入休眠模式，除時鐘和激活電路保持工作之外，其餘各部件均關閉，監控系統在轉入休眠模式之前可設定若干小時之後自動喚醒，為了確保監控系統的監測的絕對有效性，通常為I小時之後自動喚醒，在喚醒之後監控系統再次轉入普通模式工作，進行地下水位監測和與遠程伺服器3之間的交互工作。以下為本實施例的具體優點:
①實時測量，數據隨時上報:數據的測量採用自動化的方式進行，可以隨時進行數據的測量，測量後會立刻將測量結果上報到遠程伺服器，這樣就可以及時的看到測量結果。②遠程控制測量周期:測量周期可以依據現場的情況，隨時的在遠程伺服器端進行調整。③隨時查看測量結果:工作人員可以通過的使用桌上型電腦、手機、平板電腦等具有瀏覽器和Internet接入能力的設備，隨時的登錄到遠程伺服器上，查看最新的測量結果。④設備體積小、重量輕:數據採集器連接水位計負責水位測量和數據傳輸的功能，但它的體積非常的小，與普通的煙盒相當，這樣就便於攜帶和安裝，隱蔽性好。⑤低功耗，待機時間長:由於水位井無法提供市電供電，只能採用電池供電。因此整個採集器採用低功耗設計，儘量延長設備的待機時間，增加電池的更換周期；目前的系統，正常使用的情況下，一塊電池可以使用4個月到半年左右的時間。⑥測量精度高:由於整個測量採用儀器自動測量，因此測量精度高，無人工引入的誤差；不用擔心每次測量受人工因素的幹擾，而且水位計的測量精度也遠高於人工測量的結果。⑦成本低:米集器高度集成，其核心為一個單片機和一個GPRS模塊,外圍晶片很少；因此在具有更高的可靠性的同時 ，可以更大程度的降低成本。
權利要求
1.一種用於野外的地下水位監控系統的節電方法，所述監控系統包括順次連接的水位計、數據採集器、遠程伺服器以及遠程系統管理平臺，所述水位計設置於地下觀測井中，其特徵在於所述數據採集器由CPU、時鐘、激活電路、通訊模塊以及電源模塊構成，所述電源模塊連接所述CPU和通訊模塊以實現對兩者的供電，所述CPU順次與所述時鐘、激活電路以及通訊模塊連接，所述監控系統的節電方法至少包括如下步驟:所述監測系統通過所述水位計按一定頻率測量地下水位，並通過所述通訊模塊實時向所述遠程伺服器無線傳輸監測數據，所述CPU每隔一時間段將計算該時間段內的所述地下水位的累計變化量；在所述數據採集器中設置休眠值、臨界告警值和告警值；若該處地下水位在所述時間段內的累計變化量大於告警值，則所述監控系統進入普通模式工作，即其內各部件均處於正常工作狀態；若該處地下水位在所述時間段內的累計變化量處於臨界告警值與告警值之間時，則所述監控系統進入離線模式工作，即除關閉所述通訊模塊之外其餘各部件均正常工作；若該處地下水位在所述時間段內的累計變化量處於休眠值與臨界告警值之間時，則所述監控系統進入待機模式工作，即除所述CPU和通訊模塊正常工作之外其餘各部件均處於關閉狀態，所述通訊模塊可實時響應所述遠程伺服器發送來的控制指令；若該處地下水位在所述時間段內的累計變化量處於休眠值或休眠值以下時，則所述監控系統進入休眠模式，即除所述時鐘和激活電路正常工作之外其餘各部件均處於關閉狀態，所述激活電路可在設定的若干小時之後喚醒所述監控系統內的其餘部件，並再次進行地下水位監測和與所述遠程伺服器之間的交互工作。
2.根據權利要求1所述的一種用於野外的地下水位監控系統的節電方法，其特徵在於所述時間段可以是一小時；所述休眠值為10mm，所述臨界告警值為50mm所述告警值為IOOmm0
3.根據權利要求1所述的一種用於野外的地下水位監控系統的節電方法，其特徵在於所述休眠模式所佔用的時間 段不超過一小時。
4.根據權利要求1所述的一種用於野外的地下水位監控系統的節電方法，其特徵在於當所述監控系統處於普通模式或離線模式的工作過程中時，所述CPU實時計算該處地下水位在所述時間段內的累計變化量，並根據所述累計變化量的大小自動調整所述監測系統切換至相應的工作模式中。
5.根據權利要求1所述的一種用於野外的地下水位監控系統的節電方法，其特徵在於所述電源模塊與所述通訊模塊之間設置有一電源控制模塊，所述電源控制模塊用以當所述監控系統進入所述離線模式或休眠模式時關閉所述通訊模塊的供電。
全文摘要
本發明具體涉及一種用於野外的地下水位監控系統的節電方法，該節電方法根據地下水位在每個時間段內的累計變化量，將監控系統設定為四個不同的工作模式，當地下水位累計變化量大於告警值時進入普通模式，其內各部件全開；當處於臨界告警值與告警值之間時進入離線模式，僅關閉通訊模塊；當處於休眠值與臨界告警值之間時進入待機模式，僅開啟CPU和通訊模塊；當小於休眠值時進入休眠模式，僅開啟時鐘和激活電路。本發明的優點是，可自動監測地下水位並無線傳輸至遠程伺服器，用戶可通過遠程系統管理平臺訪問遠程伺服器，查看監測數據；此外該監控系統可自動轉入相應的工作模式，以達到節電目的，延長設備的使用時間，節省更換電池的人力和物力浪費。
文檔編號G01F23/00GK103217199SQ20131015521
公開日2013年7月24日 申請日期2013年4月30日 優先權日2013年4月30日
發明者許準, 張鑫, 唐繼民, 陳天河, 莊一兵, 詹龍喜, 孫志勇, 郭陳, 楊天亮, 黃新才, 陳剛 申請人:上海市地質調查研究院, 上海市地質勘查技術研究院, 北京依科億唐信息技術有限公司