专利名称：一种用于野外的地下水位监控系统的节电方法
技术领域：
本发明属于水位自动化监测领域，具体涉及一种用于野外的地下水位监控系统的节电方法。
背景技术：
由于地下水是影响人类生存环境的一个重要方面，对于地下水各种数据的监测也越来越受到人们的 重视。要想全面地监测一个城市的地下水位的变化情况，必须根据这个城市的地质结构，在全市的范围内广泛的选取若干个典型的地下水位观测点，然后在每一个观测点设置一个或者若干个地下水位观测井，用于测量不同地层的地下水位的数据。监测地下水位的传统方法是采用人工测量采集来实现的，由于各观测点之间相距甚远，且观测井数量众多，因此采用人工测量采集的办法效率较低、测量周期较长、测量精度较低并且耗费大量的人力物力。随着科技的发展，为了满足城市对水位监控的要求，减轻测量人员的工作量，现在很多地方都在逐步的尝试自动化的方式来监测地下水位的变化。但是由于观测井都设置在户外甚至是野外，因此无法通过供电线路为监测仪器供电，必须使用电池为监测仪器供电，当该监测仪器在没有采用节电措施时，其内一个50AH的蓄电池大约可用42天左右，监测仪器每一个半月就需要维护一次，这意味着对于一个设置有成百上千个观测井的城市来说，监测人员的工作量依旧将十分庞大。为了实现监测仪器更长的使用时间，有些监测单位在监测仪器上加装了太阳能供电装置以实现可持续供电，此种设置方式的缺点在于太阳能供电装置易受天气影响，供电不稳，成本较高，并且太阳能供电装置裸露于地面上较易被盗，因此并不适宜大规模应用。也有的监测单位通过减少监测仪器每天的监测频次来达到节电的目的，如每天监测2次，此种节电方式的缺点在于简单限定了监测的频次，无法适应雨季等地下水位变化较大较快的情形，因此无法给监测单位提供实时有效的监测数据以采取有效的应对措施。因此本领域的技术人员急需一种用于野外的地下水位监控系统的智能节电方法，在达到自动化监测目的的同时，还能够延长设备的使用时间，节省更换电池的人力和物力。
发明内容
本发明的目的是根据上述现有技术的不足之处，提供一种用于野外的地下水位监控系统的节电方法，该节电方法将所述监控系统设定为具有四种不同的工作模式，即普通模式、离线模式、待机模式以及休眠模式，并根据该处地下水位在前一时间段内的累计变化量来自动调节该监控系统进入相对应的工作模式，各工作模式通过关闭部分部件以达到节电的目的。本发明目的实现由以下技术方案完成:
一种用于野外的地下水位监控系统的节电方法，所述监控系统包括顺次连接的水位计、数据采集器、远程服务器以及远程系统管理平台，所述水位计设置于地下观测井中，其特征在于所述数据采集器由CPU、时钟、激活电路、通讯模块以及电源模块构成，所述电源模块连接所述CPU和通讯模块以实现对两者的供电，所述CPU顺次与所述时钟、激活电路以及通讯模块连接，所述监控系统的节电方法至少包括如下步骤:所述监测系统通过所述水位计按一定频率测量地下水位，并通过所述通讯模块实时向所述远程服务器无线传输监测数据，所述CPU每隔一时间段将计算该时间段内的所述地下水位的累计变化量；
在所述数据采集器中设置休眠值、临界告警值和告警值；若该处地下水位在所述时间段内的累计变化量大于告警值，则所述监控系统进入普通模式工作，即其内各部件均处于正常工作状态；若该处地下水位在所述时间段内的累计变化量处于临界告警值与告警值之间时，则所述监控系统进入离线模式工作，即除关闭所述通讯模块之外其余各部件均正常工作；若该处地下水位在所述时间段内的累计变化量处于休眠值与临界告警值之间时，则所述监控系统进入待机模式工作，即除所述CPU和通讯模块正常工作之外其余各部件均处于关闭状态，所述通讯模块可实时响应所述远程服务器发送来的控制指令；若该处地下水位在所述时间段内的累计变化量处于休眠值或休眠值以下时，则所述监控系统进入休眠模式，即除所述时钟和激活电路正常工作之外其余各部件均处于关闭状态，所述激活电路可在设定的若干小时之后唤醒所述监控系统内的其余部件，并再次进行地下水位监测和与所述远程服务器之间的交互工作。所述时间段可以是一小时；所述休眠值为10mm，所述临界告警值为30mm所述告警值为50_。所述休眠模式 所占用的时间段不超过一小时。当所述监控系统处于普通模式或离线模式的工作过程中时，所述CPU实时计算该处地下水位在所述时间段内的累计变化量，并根据所述累计变化量的大小自动调整所述监测系统切换至相应的工作模式中。所述电源模块与所述通讯模块之间设置有一电源控制模块，所述电源控制模块用以当所述监控系统进入所述离线模式或休眠模式时关闭所述通讯模块的供电。本发明的优点是，该监控系统可自动监测地下水位并无线传输至远程服务器，用户还可通过远程系统管理平台访问远程服务器，查看监测数据；此外该监控系统根据地下水位在每个时间段内的累计变化量设置有四种不同的工作模式，其中离线模式关闭了通讯模块，功耗较高，可随时开启通讯模块与远程服务器进行交互；待机模式仅开启CPU和通讯模块，功耗中等，可随时响应远程服务器的指令；而休眠模式仅开启时钟和激活电路，功耗较低，响应远程服务器的周期较长；整个监控系统节电耗能少，可延长设备的使用时间，节省更换电池的人力和物力浪费；且设备体积较小成本低，方便携带。
图1为本发明中地下水位监控系统的结构示意 图2为本发明中数据采集器的结构示意 图3为本发明中监控系统节电方法的工作原理示意图。
具体实施例方式以下结合附图通过实施例对本发明的特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解:
如图1-3，图中标记1-5分别为:水位计1、数据采集器2、远程服务器3、终端4、电源模块5。实施例:如图1所示，本实施例具体涉及一种用于野外的地下水位监控系统的节电方法，该监控系统主要包括水位计1、数据采集器2、远程服务器3以及远程系统管理平台，水位计I具体设置于地下观测井中，数据采集器2同样设置于地下观测井中并与水位计I相连，数据采集器2还与远程服务器3通过无线网络连接，用于向其无线传输监测数据并接收其控制指令，远程服务器3设置于总控制室内，在其上安装有远程系统管理平台，可以将数据采集器2发送来的监测数据建立数据库和网页，工作人员可以通过使用台式电脑、手机、平板电脑等具有浏览器和Internet接入能力的终端4，随时的登录到远程服务器3的系统管理平台上 ，查看最新的测量结果并对其进行管理。如图1、2所示，数据采集器2主要由CPU、通讯模块以及电源模块组成，CPU与通信模块相连，电源模块分别与CPU以及通讯模块相连用于向两者供电，为了能够有效控制通讯模块的用电情况，在电源模块与通讯模块之间设置有一个电源控制模块，该电源控制模块可完全关掉通讯模块的电源。CPU具有强大的数据处理能力，可以对水位计I所采集的地下水位监测数据进行本地化处理计算，经过其处理后的数据可通过通讯模块实时上传到远程服务器3 ;通讯模块具体为一 GSM/GPRS双频模块，可以通过无线网络与远程服务器3建立实时的无线连接以及交互。其中在数据采集器2中还设置有时钟和激活电路，此两者均与CPU连接，当CPU关闭后，通过时钟的计时以及激活电路的作用，CPU可在设定的若干小时之后被激活电路唤醒。为了使该设置于野外的地下水位监控系统的电源模块工作更长的时间，达到节电的目的，我们在数据采集器2中设置了三个关键值，分别为IOmm的休眠值、50mm的临界告警值以及100_的告警值；同时赋予了该监控系统四种不同的工作模式(此处所指的监控系统不包括远程服务器3和远程系统管理平台，因为这两者是由市电供电的)，各工作模式的定义具体约定如下:
①普通工作模式:当监控系统处于普通工作模式时，其内各部件全部开启并处于实时工作状态，即水位计、CPU、通讯模块、电源控制模块、时钟以及激活电路均正常工作，此时监控系统的功耗最高；
②离线工作模式:当监控系统处于离线工作模式时，其内除通讯模块关闭之外，其余部件均处于实时工作状态，即通讯模块经电源控制模块完全关闭断电，而水位计、CPU、时钟以及激活电路均正常工作，此时监控系统的功耗相较于普通工作模式有所降低；
③待机工作模式:当监控系统处于待机工作模式时，其内除CPU和通讯模块保持工作之外其余各部件均处于关闭状态，即CPU、通讯模块以及电源控制模块正常工作，而水位计、时钟以及激活电路均关闭，此时监控系统的功耗中等，相对于离线模式再次有所降低；
④休眠工作模式:当监控系统处于休眠工作模式时，其内只有时钟和激活电路保持工作，而水位计、CPU、通讯模块以及电源控制模块均关闭，此时监控系统的功耗最低。如图1、2、3所示，用于野外的地下水位监控系统的节电方法具体包括以下步骤:
A.首先，该监控系统的初始工作模式为普通模式，其内各部件全部处于工作状态，水位
计I按一定频率测量该处地下水位，可以是5秒一次，也可以是一分钟一次，具体视该处实际水位情况而定；CPU对所测量的地下水位数据进行处理，同时通过通讯模块实时向远程服务器3无线传输处理后的监测数据，并且该CPU每隔一小时计算一次该处在前一个小时内的地下水位累计变化量，也可以实时计算该处在前一个小时内的地下水位累计变化量，之后CPU根据前一小时内的地下水位累计变化量来判定该监控系统应进入何种相对应的工作模式；
B.若该处前一小时内的地下水位累计变化量大于告警值IOOmm时，则说明该处地下水位变化较大，存在安全隐患，需要实时监控，因此该监控系统继续保持普通模式工作，CPU仍旧实时计算前一小时内的地下水位累计变化量，当前一小时内的累计变化量不再大于告警值时，则监控系统通过CPU的控制或远程服务器3所发送来的指令自动转入相应的工作模式；
C.若该处前一小时内的地下水位累计变化量处于临界告警值50mm与告警值IOOmm之间时，则说明该处地下水位变化有所缓解但仍存在一定安全隐患，需要实时监控，因此该监控系统转入离线模式，经电源控制模块关 闭通讯模块，其余各部件继续正常工作；此时水位计I仍按一定频率测量该处地下水位，经CPU进行数据处理和计算，之后CPU再判定其前一个小时内的地下水位累计变化量，若累计变化量不再处于临界告警值与告警值之间的范围内时，则监控系统通过CPU的控制自动转入相应的工作模式；在监控系统处于离线模式这段时间内所监测的地下水位信息均被临时存储于CPU内，待通讯模块再次与远程服务器3建立连接时再行上传；
D.若该处前一小时内的地下水位累计变化量处于休眠值IOmm与临界告警值50mm之间时，则说明该处地下水位变化处于正常水平范围，无需实时测量监控，但需要同远程服务器3保持实时连接，因此该监控系统转入待机模式，除CPU和通讯模块保持工作状态之外，其余各部件均关闭，水位计I也不在测量，其中通讯模块可实时响应远程服务器3所发送来的控制指令，远程服务器3可以根据当地的水文气象信息或者该处附近的其他地下观测井内的地下水位信息来大致判断该处的地下水位变化，CPU可根据远程服务器3所发送来的控制指令控制监控系统自动转入相应的工作模式；
E.若该处前一小时内的地下水位累计变化量处于休眠值IOmm或以下时，则说明该处地下水位基本无变化，无需实时测量监控、或与远程服务器3实时保持连接，因此该监控系统转入休眠模式，除时钟和激活电路保持工作之外，其余各部件均关闭，监控系统在转入休眠模式之前可设定若干小时之后自动唤醒，为了确保监控系统的监测的绝对有效性，通常为I小时之后自动唤醒，在唤醒之后监控系统再次转入普通模式工作，进行地下水位监测和与远程服务器3之间的交互工作。以下为本实施例的具体优点:
①实时测量，数据随时上报:数据的测量采用自动化的方式进行，可以随时进行数据的测量，测量后会立刻将测量结果上报到远程服务器，这样就可以及时的看到测量结果。②远程控制测量周期:测量周期可以依据现场的情况，随时的在远程服务器端进行调整。③随时查看测量结果:工作人员可以通过的使用台式电脑、手机、平板电脑等具有浏览器和Internet接入能力的设备，随时的登录到远程服务器上，查看最新的测量结果。④设备体积小、重量轻:数据采集器连接水位计负责水位测量和数据传输的功能，但它的体积非常的小，与普通的烟盒相当，这样就便于携带和安装，隐蔽性好。⑤低功耗，待机时间长:由于水位井无法提供市电供电，只能采用电池供电。因此整个采集器采用低功耗设计，尽量延长设备的待机时间，增加电池的更换周期；目前的系统，正常使用的情况下，一块电池可以使用4个月到半年左右的时间。⑥测量精度高:由于整个测量采用仪器自动测量，因此测量精度高，无人工引入的误差；不用担心每次测量受人工因素的干扰，而且水位计的测量精度也远高于人工测量的结果。⑦成本低:米集器高度集成，其核心为一个单片机和一个GPRS模块,外围芯片很少；因此在具有更高的可靠性的同时 ，可以更大程度的降低成本。
权利要求
1.一种用于野外的地下水位监控系统的节电方法，所述监控系统包括顺次连接的水位计、数据采集器、远程服务器以及远程系统管理平台，所述水位计设置于地下观测井中，其特征在于所述数据采集器由CPU、时钟、激活电路、通讯模块以及电源模块构成，所述电源模块连接所述CPU和通讯模块以实现对两者的供电，所述CPU顺次与所述时钟、激活电路以及通讯模块连接，所述监控系统的节电方法至少包括如下步骤:所述监测系统通过所述水位计按一定频率测量地下水位，并通过所述通讯模块实时向所述远程服务器无线传输监测数据，所述CPU每隔一时间段将计算该时间段内的所述地下水位的累计变化量；在所述数据采集器中设置休眠值、临界告警值和告警值；若该处地下水位在所述时间段内的累计变化量大于告警值，则所述监控系统进入普通模式工作，即其内各部件均处于正常工作状态；若该处地下水位在所述时间段内的累计变化量处于临界告警值与告警值之间时，则所述监控系统进入离线模式工作，即除关闭所述通讯模块之外其余各部件均正常工作；若该处地下水位在所述时间段内的累计变化量处于休眠值与临界告警值之间时，则所述监控系统进入待机模式工作，即除所述CPU和通讯模块正常工作之外其余各部件均处于关闭状态，所述通讯模块可实时响应所述远程服务器发送来的控制指令；若该处地下水位在所述时间段内的累计变化量处于休眠值或休眠值以下时，则所述监控系统进入休眠模式，即除所述时钟和激活电路正常工作之外其余各部件均处于关闭状态，所述激活电路可在设定的若干小时之后唤醒所述监控系统内的其余部件，并再次进行地下水位监测和与所述远程服务器之间的交互工作。
2.根据权利要求1所述的一种用于野外的地下水位监控系统的节电方法，其特征在于所述时间段可以是一小时；所述休眠值为10mm，所述临界告警值为50mm所述告警值为IOOmm0
3.根据权利要求1所述的一种用于野外的地下水位监控系统的节电方法，其特征在于所述休眠模式所占用的时间 段不超过一小时。
4.根据权利要求1所述的一种用于野外的地下水位监控系统的节电方法，其特征在于当所述监控系统处于普通模式或离线模式的工作过程中时，所述CPU实时计算该处地下水位在所述时间段内的累计变化量，并根据所述累计变化量的大小自动调整所述监测系统切换至相应的工作模式中。
5.根据权利要求1所述的一种用于野外的地下水位监控系统的节电方法，其特征在于所述电源模块与所述通讯模块之间设置有一电源控制模块，所述电源控制模块用以当所述监控系统进入所述离线模式或休眠模式时关闭所述通讯模块的供电。
全文摘要
本发明具体涉及一种用于野外的地下水位监控系统的节电方法，该节电方法根据地下水位在每个时间段内的累计变化量，将监控系统设定为四个不同的工作模式，当地下水位累计变化量大于告警值时进入普通模式，其内各部件全开；当处于临界告警值与告警值之间时进入离线模式，仅关闭通讯模块；当处于休眠值与临界告警值之间时进入待机模式，仅开启CPU和通讯模块；当小于休眠值时进入休眠模式，仅开启时钟和激活电路。本发明的优点是，可自动监测地下水位并无线传输至远程服务器，用户可通过远程系统管理平台访问远程服务器，查看监测数据；此外该监控系统可自动转入相应的工作模式，以达到节电目的，延长设备的使用时间，节省更换电池的人力和物力浪费。
文档编号G01F23/00GK103217199SQ20131015521
公开日2013年7月24日 申请日期2013年4月30日 优先权日2013年4月30日
发明者许准, 张鑫, 唐继民, 陈天河, 庄一兵, 詹龙喜, 孙志勇, 郭陈, 杨天亮, 黄新才, 陈刚 申请人:上海市地质调查研究院, 上海市地质勘查技术研究院, 北京依科亿唐信息技术有限公司