CN214407469U - 一种地下水信息监测*** - Google Patents

Abstract

一种地下水信息监测***，包括终端处理装置、信息传输装置和若干个布设在不同的地下水监测井内的前端感知装置，终端处理装置与若干个信息传输装置无线通信连接，每个信息传输装置均电性连接有前端感知装置；前端感知装置用于采集地下水的水质、水位和水温等指标信息，终端处理装置用于对接收的指标信息进行汇总整理并可视化为与指标信息的类型相匹配的图形。利用布设于不同地下水监测井内的前端感知装置，对地下水的指标信息进行多参数及区域性监测；通过终端处理装置对多期指标信息进行汇总分析并以诸如等值线图等图形方式对地下水的指标信息进行可视化展示，可真实准确地反映出地下水的区域性动态变化和分布情况。

Description

一种地下水信息监测***

技术领域

本实用新型涉及水文监测技术领域，具体涉及一种地下水信息监测***。

背景技术

周知，地下水是人类生产和生活最重要的水源之一，地下水本身的质和量的变化、地下水的运移规律以及引起地下水变化的环境条件都是不能通过直接观察来获得的；同时，地下水的污染问题以及因地下水过度开采而引起的如地面沉降等问题也是缓变的，一旦积累到一定程度，就会对地下水资源造成不可逆转的破坏。因此，对地下水资源的动态变化监测具有非常重要的现实意义，其中，通过对地下水的水质、水位、水温等指标的监测，能够为地下水资源的管理保护和开发利用、水利工程的规划和建设、除涝抗旱等提供数据支持。

目前，现有的地下水监测方案大多仅关注单个监测点的数据变化，如对该监测点的某一单一指标（如水位、水质、水温等）的动态变化进行监测；因无法实现对某一区域（如水务部门辖区）内的地下水的多个指标同步跟踪监测，也就无法真实地反映出地下水的区域性变化和区域内的整体状况。

实用新型内容

本实用新型主要解决的技术问题是提供一种地下水信息监测***，以达到对地下水进行区域性动态监测的目的。

一种实施例提供一种地下水信息监测***，包括终端处理装置、信息传输装置和若干个布设在不同的地下水监测井内的前端感知装置，所述终端处理装置与若干个信息传输装置无线通信连接，每个所述信息传输装置均对应地电性连接有至少一个前端感知装置；其中，所述前端感知装置用于采集地下水的水质、水位和水温中的至少一类指标信息，所述信息传输装置用于将前端感知装置采集的指标信息传输至终端处理装置，所述终端处理装置用于对接收的指标信息进行汇总整理并可视化为与指标信息的类型相匹配的图形。

一个实施例中，所述终端处理装置包括：

数据处理模块，所述数据处理模块与信息传输装置无线通信连接，用于接收各个所述信息传输装置所传输的指标信息，和用于对各指标信息按类型进行汇总整理，以生成与指标信息的类型相匹配的等值线图形；以及

图形显示模块，所述图形显示模块与数据处理模块连接，用于对所述数据处理模块生成的等值线图形进行可视化显示。

一个实施例中，所述前端感知装置包括：

水位检测件，所述水位检测件布设在地下水监测井内，并与所述信息传输装置电性连接，用于采集地下水的水位信息；

水质检测件,所述水质检测件布设在地下水监测井内，并与所述信息传输装置电性连接，用于采集地下水的水质信息；以及

水温检测件，所述水温检测件布设在地下水监测井内，并与所述信息传输装置电性连接，用于采集地下水的水温信息。

一个实施例中，所述水位检测件包括：

悬吊绳索，所述悬吊绳索的顶端用于固定在地下水监测井的井口侧，所述悬吊绳索的底端用于布设在地下水监测井内，所述水质检测件和水温检测件连接悬吊绳索的底端并浸没在地下水内；以及

水位感知元件，所述水位感知元件为若干个，且若干个所述水位感知元件间隔地设置在悬吊绳索上，用于采集地下水的水位信息。

一个实施例中，所述水质检测件包括PH值感知元件、电导率感知元件、溶氧量感知元件和浊度感知元件中的至少一种。

一个实施例中，所述信息传输装置包括：

数据采集模块，所述数据采集模块电性连接前端感知装置，用于定期地获取所述前端感知装置采集的指标信息；以及

无线通信模块，所述无线通信模块电性连接数据采集模块，且所述无线通信模块无线通信连接终端处理装置，用于将所述数据采集模块获取的指标信息传输至终端处理装置。

一个实施例中，所述无线通信模块为2G/3G/4G/5G通信模块、 ZigBee通信模块、LoRa通信模块、NB-IoT通信模块、GPS/北斗模块中的至少一种。

一个实施例中，还包括***防护装置，所述***防护装置用于布设在地下水监测井的井口内，所述信息传输装置设置在***防护装置内。

一个实施例中，还包括电源供给装置，所述电源供给装置设置在***防护装置内，且所述电源供给装置分别电性连接信息传输装置和前端感知装置，用于向所述信息传输装置和前端感知装置提供工作电能。

一个实施例中，所述电源供给装置包括电能存储模块，所述电能存储模块分别电性连接信息传输装置和前端感知装置，用于向所述信息传输装置和前端感知装置提供工作电能；

和/或

所述电源供给装置包括电源转换模块，所述电源转换模块分别电性连接信息传输装置和前端感知装置，用于将市电电压转换为所述信息传输装置和前端感知装置的工作电压。

依据上述实施例的地下水信息监测***，包括终端处理装置、信息传输装置和若干个布设在不同的地下水监测井内的前端感知装置，终端处理装置与若干个信息传输装置无线通信连接，每个信息传输装置均电性连接有前端感知装置；前端感知装置用于采集地下水的水质、水位和水温等指标信息，终端处理装置用于对接收的指标信息进行汇总整理并可视化为与指标信息的类型相匹配的图形。利用布设于不同地下水监测井内的前端感知装置，对地下水的指标信息进行多参数及区域性监测；通过终端处理装置对多期指标信息进行汇总分析并以诸如等值线图等图形方式对地下水的指标信息进行可视化展示，可真实准确地反映出地下水的区域性动态变化和分布情况。

附图说明

图1为一种实施例的地下水信息监测***的***原理架构示意图。

图2为一种实施例的地下水信息监测***在地下水监测井内的结构布置参考示意图。

图3为一种实施例的地下水信息监测***应用时的地下水监测井的布置图。

图4为一种实施例的地下水信息监测***所显示的地下水水位等值线图。

图5为一种实施例的地下水信息监测***所显示的地下水水温等值线图。

图6为一种实施例的地下水信息监测***所显示的地下水PH值等值线图。

图中：

10、终端处理装置；11、数据处理模块；12、图形显示模块；20、信息传输装置；21、数据采集模块；22、无线通信模块；30、前端感知装置；31、水位检测件；31-1、悬吊绳索；31-2、水位感知元件；32、水质检测件；33、水温检测件；40、***防护装置；50、电源供给装置；51、电能存储模块；52、电源转换模块；A、地下水监测井。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本申请作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。

另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。

本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接（联接）。

请参阅图1和图3，一种实施例中提供一种地下水信息监测***，包括终端处理装置10、信息传输装置20、前端感知装置30；其中，前端感知装置30为若干个，并且分别布设于不同的地下水监测井A内；信息传输装置20的设置数量可根据***在具体应用时的组织架构、应用环境的条件等实际情况，采用与地下水监测井A相同的数量相同或者少于地下水监测井A的数量；如，信息传输装置20的数量与地下水监测井A的数量相同时，则相当于每个信息传输装置20均一一对应有一个地下水监测井A，以在前端感知装置30与信息传输装置20之间建立一一对应关系；当然，也可在一个地下水监测井A内同时布置两个或两个以上的前端感知装置30，以使每个信息传输装置20均同时对应有两个或两个以上的前端感知装置30，实现前端感知装置30的一用一备或一用多备；又如，信息传输装置20的数量少于地下水监测井A的数量时，则可使每个信息传输装置20能够将相邻或邻近的两个或两个以上的地下水监测井A内的前端感知装置30进行关联，进而通过减少信息传输装置20的应用数量来降低整个***结构体系的复杂性；终端处理装置10则与所有信息传输装置20进行关联对应，从而以分布式网络架构的形式建立整个监测***的组织体系。需要指出的是：本实施例以每个信息传输装置20一一对应有一个地下水监测井A（连同一个前端感知装置30）为例进行示例性说明；同时，请参阅图3，地下水监测井A可以作为整个监测***的一部分，在***具体应用前，根据需要的数量以及地质条件等，在监测辖区内进行临时布设进行；地下水监测井A也可以不属于整个监测***的一部分，其可以是预先在监测辖区内进行布设的或者辖区区域内原有的地下水监测点或者地下水水井等。下面分别说明。

请参阅图1和图2，前端感知装置30主要用于采集地下水的水位、水温、水质（如PH值、溶氧量、电导率、浊度、氨氮浓度等）等指标信息；在具体实施时，可根据实际检测需求对前端感知装置30的具体组成架构进行选择设置，以实现对前述指标信息的其中一个或者多个的同步检测采集；本实施例的前端感知装置30主要由用于采集地下水水位信息的水位检测件31、用于采集地下水水质信息的水质检测件32和用于采集地下水水温信息的水温检测件33组合搭建而成，以具备同时检测并采集地下水水位、水质和水温等指标信息，从而实现对同一监测点的地下水的多参数监测；而通过布设于辖区区域内的多个地下水监测井A以及置于对应地下水监测井A内的前端感知装置30，则可实现对地下水的区域性监测功能。需要说明的是，水位检测件31、水质检测件32和水温检测件33等可根据需要采用目前市面上具有相应功能的各类型传感器件或检测器件。

请参阅图1和图2，信息传输装置20主要用于对前端感知装置30所采集的指标信息进行收集，并将收集的指标信息上传或传输至终端处理装置10；其中，收集指标信息的方式或者上传指标信息的方式可以是连续地（即：不间断地），也可以周期性地（即：定期地）；本实施例中，信息传输装置20采用定期方式来收集对应的前端感知装置30所采集的指标信息，并同步将指标信息传输至中断处理装置10，从而为减少终端处理装置10的数据处理量创造有利条件。同时，本实施例中，信息传输装置20主要由数据采集模块21和无线通信模块22两部分组；其中，水位检测件31、水质检测件32和水温检测件33等分别与数据采集模块21电性连接，而数据采集模块21则可采用如数据采集仪等现有参数采集装置，以利用该类装置所具有的接口丰富配置有丰富接口、可适配连接多种传感器等特点，既可以为后期数据采集任务的扩展创造条件，又可以通过对其工作模式的选择设置，来定期地获取各检测件所采集的指标信息；无线通信模块22电性连接数据采集模块21，以利用无线通信模块22在数据采集模块21与终端处理装置10之间建立无线通信连接关系，从而使得数据采集模块21所定期获取的指标信息能够传输至终端处理装置10；在具体实施时，无线通信模块22可根据实际情况（如地下水监测区域的大小、条件，整个监测***的网络架构等），采用2G/3G/4G/5G通信模块、 ZigBee通信模块、LoRa通信模块、NB-IoT通信模块、GPS/北斗模块等网络通信模块。另一个实施例中，也可省略数据采集模块21和/或无线通信模块22，利用布设在监测区域内进行网线或者电线等，在终端处理装置10与各地下水监测井A（即：前端感知装置30）之间建立有线的信息传输网络。

请参阅图1，终端处理装置10主要用于对由各个信息传输装置20所上传的指标信息进行汇总整理，如将信息传输装置20所传输的多期指标信息，按指标信息的类型（即：水位信息、水质信息和水温信息等）采用诸如克里金差值法（即：Kirging法，是依据协方差函数对随机过程/随机场进行空间建模和预测（插值）的回归算法）等现有技术手段进行分类汇总拟合，进而可视化为与指标信息的类型相匹配的图形，以供监测人员人员能够依据图形所反映的信息，能够更为直观地了解监测区域的地下水的整体情况。本实施例中，终端处理装置10主要由数据处理模块11和图形显示模块12两部分组成；其中，数据处理模块11可根据实际情况采用如计算机、数字信号处理控制***等，主要用于接收各个信息传输装置20连续或定期上传的各类指标信息，并通过对各指标信息按类型进行汇总、整理、分析等，从而生成与指标信息的类型相匹配的图形，如等值线图形（当然，其他实施例中，也可采用其他图形来呈现相应的指标信息）；图形显示模块12主要为诸如显示器等现有装置，其与数据处理模块11电性连接，主要用于对数据处理模块11生成的如等值线云图等图形进行可视化显示或展示（如图4所示出的水位等值线图、图5所示出的水温等值线图、图6所示出的PH值等值线图等），以供监测人员能够更为直观地了解地下水的区域性指标信息的动态变化。

需要指出的是，数据处理模块11所产生的功能可基于烧录于功能性硬件载体的软件算法来实现，由于具体功能的实现是本领域技术人员可依据需要自行选择的，故在此不作赘述。

基于此，其一，利用在监测区域内所布设的多个地下水监测井A，可作为地下水的监测点，通过布设于对应的地下水监测井A内的前端感知装置30，可获取整个监测区域内的地下水的如水位、水质、水温等多项指标信息，从而实现对地下水进行区域性及多参数监测的目的，能够克服因采用单一监测点对地下水进行监测而无法全面准确地反映地下水整体状况的问题。其二，利用终端处理装置10与各个信息传输装置20所建立的信息传输网络***，实现对各项指标信息的定期或连续收集（尤其是定期收集），而基于终端处理装置10这一硬件载体则为后续汇总整理多期指标信息，并以诸如等值线图等图形方式可视化地展示地下水的区域性动态变化，既可以使监测人员能够更为直观、准确地了解和分析整个区域的地下水状况创造了有利条件，又可以避免监测种类（即：指标信息）繁多以及数据处理量过大问题。其三，就整个***的组织架构及运行原理而言，可有效解决传统地下水监测方案中所存在的监测数据单一化、集中化等问题；同时，由于终端处理装置10与各信息传输装置20可采用无线通信连接的方式进行关联配置，使得整个***的应用更为简易，拆装维护更为灵活方便。

一个实施例中，请参阅图2，水位检测件31主要由悬吊绳索31-1和水位感知元件31-2两部分组成；其中，悬吊绳索31-1的顶端固定在地下水监测井A的井口侧（如井盖上）、底端位于地下水监测井A内；而水质检测件32和水温检测件31则连接在悬吊绳索31-1的底端，以通过浸没在地下水内来分别检测地下水的水质信息和水温信息；悬吊绳索31可采用诸如钢丝等柔性绳索，利用水质检测件32和水温检测件33等自身的重量或者通过在悬吊绳索31的底端增加配重，使悬吊绳索31-1能够被自由垂直地布设在地下水监测井A内，并确保水质检测件32和水温检测件33等能够浸没在地下水内；另一个实施例中，悬吊绳索31也可采用诸如刚性杆状结构体，直接利用其笔直的结构构造，水温检测件33和水质检测件32等置于地下水监测井A内并浸没在地下水内。水位感知元件31-2为若干个，并且间隔地设置在悬吊绳索31-1上，以地下水浸湿或接触其中一个水位感知元件31-2时，利用该水位感知元件31-2所产生的信号作为当前的地下水水位信息；本实施例中，水位感知元件31-2可以为设置在悬吊绳索31-1上并与信号传输装置20电连接的如浮球式液位变送器、投入式液位变送器、电容式液位变送器等接触式液位传感器件。另一个实施例中，水位感知元件31-2也可为如超声波液位变送器、雷达液位变送器等非接触式液位传感器件，此时，液位感知元件31-2可以一个或者多个，并设置在悬吊绳索31-1或者地下水监测井A的井口侧。其他实施例中，悬吊绳索31-1也可主要由导电体（如若干根电线，每两根电线为一组或一对）组成；此时，可利用不同对或不同组的电线之间的长度差异，将每对或每组电线的端部作为水位感知元件31-2，从而可以利用水体导电原理，当某一位置的水位感知元件31-2被地下水浸没后，即可使对应的一对或一组电线导通，从而产生相应的电信号，根据电信号在整个悬吊绳索31-1上的产生位置，即可实现对地下水水位的检测。

一个实施例中，为能够充分反映地下水的水质状态，水质检测件32可主要由能够对地下水的PH值进行感知检测的PH值感知元件、能够对地下水的导电率进行感知检测的电导率感知元件、能够对地下水的溶氧量进行感知检测的溶氧量感知元件、能够对地下水的污浊程度进行感知检测的浊度感知元件、能够对地下水的氨氮含量进行感知检测的氨氮感知元件等其中的一个或多个元件组合搭建而成。

一个实施例中，请参阅图2，本实施例的地下水信息监测***，还包括***防护装置40，其布设在地下水监测井A的井口内，主要作为信息传输装置20的安装及防护载体来使用，同时，可利用***防护装置40将前端感知装置30和信息传输装置20在结构布置关系上进行关联设置，以使得整个***中，除终端处理装置10外，其他装置部件能够共同组成一个结构关联组件，而通过将各个结构关联组件布设在不同的地下水监测井A内后，并利用各信息传输装置20与终端处理装置10之间所建立的通信连接关系，即可构成整个监测***的体系架构；本实施例中，***防护装置40可以采用井盖的结构构造进行选择设置，信息传输装置20封装在***防护装置40的本体内（当然，如无线通信模块22的天线则外露于***防护装置40），前端感知装置30则可通过如前述的悬吊绳索31-1等悬吊在***防护装置40的下方，从而既可以利用***防护装置40对地下水监测井A的井口进行封盖，又可以实现对信息传输装置20及前端感知装置30的安装。另一个实施例中，***防护装置40也可为独立的一个壳体或箱体结构，其可固定在地下水监测井A的井盖上或井口内，以满足监测***在不同环境条件下的应用需求。

一个实施例中，请参阅图1和图2，本实施例的地下水信息监测***，还包括电源供给装置50，其至少一部分是设置在***防护装置40内的，而信息传输装置20和前端感知装置30等则分别与电源供给装置50电性连接，以利用电源供给装置50为前述的***组成部件提供正常工作所需的电能。在具体实施时，电源供给装置50可主要由诸如储能电池等电能存储模块51组成，由于信息传输装置20和前端感知装置30的功耗较小，所需的电能也比较小，故通过定期更换电能存储模块51即可满足两者正常工作的电力需求。电源供给装置50也可主要由诸如电压转换器等电源转换模块52组成，通过将电源转换模块52与监测区域内的市电电网进行连接，可将220VAC市电电压转换为前端感知装置30和信息传输装置20工作所需的电压，以维持两者的正常运作。其他实施例中，也可同时在***防护装置40上设置诸如光伏板等太阳能发电部件，以利用监测区域的自然环境条件，使整个***能够获取工作所需的电能。

一个实施例中，终端处理装置10还包括人机交互模块（图中未示出），其与数据处理模块11电性连接，主要用于输入诸如图形切换显示、指标信息的展示方式等预设信息；人机交互模块可以是键盘、操作按钮、鼠标等实体部件，监测人员可通知直接操控人机交互模块来实时查看区域内的地下水整体状况或者某一监测点的地下水的局部状况；人机交互模块也可以是与图形显示模块12集成在一起的触控屏，监测人员可通过对触控屏所显示的软键盘、操作图标、选项卡、菜单选项等图形标记的操控，进行预设信息的输入。另外，也可利用人机交互模块或图形显示模块12给出报警提示，如前端感知装置30、信息传输装置20等发生故障时，可利用给出的报警提示，及时地进行维护管理。

以上应用了具体个例对本实用新型进行阐述，只是用于帮助理解本实用新型，并不用以限制本实用新型。对于本实用新型所属技术领域的技术人员，依据本实用新型的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (10)

1.一种地下水信息监测***，其特征在于，包括终端处理装置、信息传输装置和若干个布设在不同的地下水监测井内的前端感知装置，所述终端处理装置与若干个信息传输装置无线通信连接，每个所述信息传输装置均对应地电性连接有至少一个前端感知装置；其中，所述前端感知装置用于采集地下水的水质、水位和水温中的至少一类指标信息，所述信息传输装置用于将前端感知装置采集的指标信息传输至终端处理装置，所述终端处理装置用于对接收的指标信息进行汇总整理并可视化为与指标信息的类型相匹配的图形。

2.如权利要求1所述的地下水信息监测***，其特征在于，所述终端处理装置包括：

数据处理模块，所述数据处理模块与信息传输装置无线通信连接，用于接收各个所述信息传输装置所传输的指标信息，和用于对各指标信息按类型进行汇总整理，以生成与指标信息的类型相匹配的等值线图形；以及

图形显示模块，所述图形显示模块与数据处理模块连接，用于对所述数据处理模块生成的等值线图形进行可视化显示。

3.如权利要求1所述的地下水信息监测***，其特征在于，所述前端感知装置包括：

水位检测件，所述水位检测件布设在地下水监测井内，并与所述信息传输装置电性连接，用于采集地下水的水位信息；

水质检测件,所述水质检测件布设在地下水监测井内，并与所述信息传输装置电性连接，用于采集地下水的水质信息；以及

水温检测件，所述水温检测件布设在地下水监测井内，并与所述信息传输装置电性连接，用于采集地下水的水温信息。

4.如权利要求3所述的地下水信息监测***，其特征在于，所述水位检测件包括：

悬吊绳索，所述悬吊绳索的顶端用于固定在地下水监测井的井口侧，所述悬吊绳索的底端用于布设在地下水监测井内，所述水质检测件和水温检测件连接悬吊绳索的底端并浸没在地下水内；以及

水位感知元件，所述水位感知元件为若干个，且若干个所述水位感知元件间隔地设置在悬吊绳索上，用于采集地下水的水位信息。

5.如权利要求3所述的地下水信息监测***，其特征在于，所述水质检测件包括PH值感知元件、电导率感知元件、溶氧量感知元件和浊度感知元件中的至少一种。

6.如权利要求1所述的地下水信息监测***，其特征在于，所述信息传输装置包括：

数据采集模块，所述数据采集模块电性连接前端感知装置，用于定期地获取所述前端感知装置采集的指标信息；以及

无线通信模块，所述无线通信模块电性连接数据采集模块，且所述无线通信模块无线通信连接终端处理装置，用于将所述数据采集模块获取的指标信息传输至终端处理装置。

7.如权利要求6所述的地下水信息监测***，其特征在于，所述无线通信模块为2G/3G/4G/5G通信模块、 ZigBee通信模块、LoRa通信模块、NB-IoT通信模块、GPS/北斗模块中的至少一种。

8.如权利要求1所述的地下水信息监测***，其特征在于，还包括***防护装置，所述***防护装置用于布设在地下水监测井的井口内，所述信息传输装置设置在***防护装置内。

9.如权利要求8所述的地下水信息监测***，其特征在于，还包括电源供给装置，所述电源供给装置设置在***防护装置内，且所述电源供给装置分别电性连接信息传输装置和前端感知装置，用于向所述信息传输装置和前端感知装置提供工作电能。

10.如权利要求9所述的地下水信息监测***，其特征在于，所述电源供给装置包括电能存储模块，所述电能存储模块分别电性连接信息传输装置和前端感知装置，用于向所述信息传输装置和前端感知装置提供工作电能；

和/或

所述电源供给装置包括电源转换模块，所述电源转换模块分别电性连接信息传输装置和前端感知装置，用于将市电电压转换为所述信息传输装置和前端感知装置的工作电压。

Images