城市地下水環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用研究范文

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摘要:面對(duì)日益嚴(yán)重的水環(huán)境污染問題，要關(guān)注和加強(qiáng)城市地下水環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用，構(gòu)建一定數(shù)量及分布的水質(zhì)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)，使之成為嚴(yán)謹(jǐn)、密集的水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，進(jìn)行地下水環(huán)境數(shù)據(jù)的采集、傳輸、存儲(chǔ)、預(yù)測(cè)和查詢，較好地提升城市地下水環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用效能。

關(guān)鍵詞:地下水;環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng);應(yīng)用

當(dāng)前對(duì)地下水的不合理開發(fā)和利用引發(fā)日益嚴(yán)重的水環(huán)境污染問題，對(duì)此要關(guān)注和加強(qiáng)對(duì)城市地下水環(huán)境的監(jiān)測(cè)，要設(shè)計(jì)和應(yīng)用科學(xué)先進(jìn)、易于操作的地下水環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，結(jié)合單片機(jī)技術(shù)、GPRS技術(shù)和傳感器技術(shù)，進(jìn)行地下水?dāng)?shù)據(jù)的自動(dòng)采集、處理、傳輸和存儲(chǔ)，實(shí)時(shí)獲悉和把握地下水的水體狀況和水情信息，節(jié)約地下水監(jiān)測(cè)成本，提高地下水監(jiān)測(cè)效率。

1地下水環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的功能分析

可以借助于單片機(jī)技術(shù)、GPRS無線傳輸技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和傳感器技術(shù)，進(jìn)行城市地下水環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用，使之具有一定的可擴(kuò)展性，滿足實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的需求，并利用良好的人機(jī)交互界面，進(jìn)行數(shù)據(jù)的可視化顯示和分析。具體來說，地下水環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的功能主要包括以下方面:(1)數(shù)據(jù)采集。通過前端監(jiān)測(cè)設(shè)備進(jìn)行地下水環(huán)境的在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，包括地下水水位、水溫、PH值、電導(dǎo)率等水質(zhì)參數(shù)，并將其通過GPRS網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息數(shù)據(jù)的發(fā)送，使終端監(jiān)控中心接收和獲悉地下水監(jiān)測(cè)值，體現(xiàn)出實(shí)時(shí)、連續(xù)、準(zhǔn)確的特性。(2)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。將采集的地下水環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)依照統(tǒng)一格式進(jìn)行存儲(chǔ)，使之自動(dòng)存放至現(xiàn)場(chǎng)SD卡，可以作為數(shù)據(jù)傳輸丟失時(shí)的查詢之用。(3)數(shù)據(jù)傳輸。前端監(jiān)測(cè)設(shè)備與終端監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)傳輸要借助于GPRS、Internet進(jìn)行無線傳輸，并將傳輸?shù)臄?shù)據(jù)存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)庫中。(4)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)管理。要利用在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備和系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè)、維護(hù)和故障處理，體現(xiàn)其抗干擾、過壓保護(hù)、開機(jī)后自動(dòng)復(fù)位等性能。［1］

2地下水環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用分析

(1)系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)與應(yīng)用。地下水環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的整體架構(gòu)由三部分構(gòu)成，即:系統(tǒng)前端設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)傳輸層、監(jiān)控管理中心，其中:系統(tǒng)前端設(shè)備涵蓋監(jiān)測(cè)太陽能供電模塊、配電箱模塊、傳感器采集模塊、微控制處理器模塊，用于采集地下水水位、水溫、導(dǎo)電率、酸堿度、相關(guān)模擬量信號(hào)等數(shù)據(jù);網(wǎng)絡(luò)傳輸層涵蓋有GPRS、Internet等網(wǎng)絡(luò)，利用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行采集數(shù)據(jù)的傳輸控制;監(jiān)控管理中心涵蓋有服務(wù)器、顯示器等模塊，接收并實(shí)時(shí)顯示、查詢數(shù)據(jù)，并對(duì)異常故障數(shù)據(jù)信息進(jìn)行告警。(2)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)和應(yīng)用。地下水環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)要體現(xiàn)出相對(duì)獨(dú)立性、可擴(kuò)展性、集成性和穩(wěn)定性，并具有低成本、防干擾和防雷擊的特點(diǎn)，主要包括以下內(nèi)容:a．硬件電路的設(shè)計(jì)與應(yīng)用。系統(tǒng)前端供電設(shè)備要采用3．3-12V的電源電壓，可以選取供電電壓為12V的太陽能供電方案，利用電壓轉(zhuǎn)換芯片進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換和供應(yīng)。微控制處理器單元?jiǎng)t以STM32F103VET6芯片為核心，利用可擴(kuò)展的外圍電路接口，與RS-485通信的電導(dǎo)率、PH值傳感器、水位傳感器、水溫傳感器、GPRS無線通信單元相匹配。傳感器單元主要涵蓋對(duì)地下水的水位、水溫、PH值、電導(dǎo)率等信號(hào)進(jìn)行傳感和數(shù)據(jù)采集。GPRS無線通信單元?jiǎng)t以ARM9216EJ-S為內(nèi)核，借由GPRS網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程無線傳輸，使之進(jìn)入到Internet網(wǎng)絡(luò)之中。b．傳感器模塊的應(yīng)用?？梢圆捎肈S18B20數(shù)字式溫度傳感器，將測(cè)量的溫度值轉(zhuǎn)化為可輸出信號(hào)，由一個(gè)普通端口實(shí)現(xiàn)與DS18B20溫度傳感器的雙向通信，適用于-55℃～+125℃的水溫測(cè)量。還可以選取投入式壓力水位傳感器進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)的采集，適用于較小的井孔觀測(cè)。選取電極型PH傳感器，通過電極測(cè)電位的方法獲取地下水的PH值，衡量地下水環(huán)境的健康狀態(tài)。選取Rs－485接口輸出方式的傳感器，通過對(duì)稱脈沖法進(jìn)行電導(dǎo)率的測(cè)量。c．微控制器模塊的應(yīng)用?？梢赃x取應(yīng)用核心元件為STM32F103ZET6的微處理器，與外圍電路構(gòu)成微控制器單元模塊，并將微控制器模塊與前端監(jiān)測(cè)點(diǎn)、監(jiān)控管理中心相鏈接，實(shí)現(xiàn)對(duì)地下水環(huán)境參數(shù)信息的采集、數(shù)據(jù)處理、存儲(chǔ)和遠(yuǎn)程無線傳輸。d．GPRS無線傳輸模塊的應(yīng)用?？梢岳猛ㄓ梅纸M無線服務(wù)技術(shù)，利用其接入范圍廣、傳輸速率快、接入時(shí)間短、實(shí)時(shí)在線的優(yōu)勢(shì)，進(jìn)行地下水環(huán)境數(shù)據(jù)的無線遠(yuǎn)程傳輸。(3)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)與應(yīng)用。地下水環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用KEILMDK軟件工具和C語言進(jìn)行開發(fā)環(huán)境，進(jìn)行下位機(jī)軟件開發(fā)和應(yīng)用，并采用B/S構(gòu)架開發(fā)和應(yīng)用上位機(jī)軟件系統(tǒng)，對(duì)服務(wù)器軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)和應(yīng)用，如:服務(wù)器控制系統(tǒng)登陸界面、Socket連接程序、數(shù)據(jù)庫操作程序的設(shè)計(jì)和應(yīng)用，同時(shí)還對(duì)客戶端軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)和應(yīng)用，如:客戶端注冊(cè)界面、客戶端登錄界面、客戶端主界面等。(4)使用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行地下水環(huán)境數(shù)據(jù)的預(yù)測(cè)。可以引入BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的理念和方法，基于地下水監(jiān)測(cè)站點(diǎn)采集的環(huán)境數(shù)據(jù)，構(gòu)建BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模型，進(jìn)行地下水環(huán)境的預(yù)測(cè)和分析。［2］

3小結(jié)

綜上所述，地下水環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)基于低成本、模塊化、系統(tǒng)化的理念進(jìn)行設(shè)計(jì)和應(yīng)用，整合利用嵌入式技術(shù)、傳感器技術(shù)，面向城市地下水環(huán)境進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、傳輸、處理、存儲(chǔ)和查詢，并利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行地下水環(huán)境趨勢(shì)變化的預(yù)測(cè)，未來還要加強(qiáng)對(duì)監(jiān)測(cè)終端設(shè)備的微型化、集成化研究，使之具有更強(qiáng)的抗干擾能力和穩(wěn)定性。

參考文獻(xiàn):

［1］趙敏華，李莉，呼娜．基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］．計(jì)算機(jī)工程，2014(02)．

［2］趙靜，喻曉紅，黃波，譚秀蘭．物聯(lián)網(wǎng)的結(jié)構(gòu)體系與發(fā)展［J］．通信技術(shù)，2010(09)．

作者：楊陽 單位：江蘇省環(huán)境監(jiān)測(cè)協(xié)會(huì)