CN110174703A - 一种用于直流电法水体渗透监测的数据采集器 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供的一种用于直流电法水体渗透监测的数据采集器，其特征在于，包括：主控单元、数据采集单元分合及电极选定模块、工作电极接口及其选定开关模块以及直流电源控制模块。本数据采集器通过数据采集单元分合及电极选定模块的前后两个多芯电缆接口连接两根接地电极阵列构成数据采集单元，通过数据通信线或4G/5G网络数据采集单元并联，通过数据采集单元分合及电极选定模块的两个四芯电缆接口的连通沟通并联的数据采集单元的工作电极，实现相邻数据采集单元的任意组合和分离，并在组合单元中任意选择工作电极。本发明是地下输水暗涵、堤防及边坡水体渗透实现长距离、远程、无人值守、高效监测和实时预警的关键设备。

Description

一种用于直流电法水体渗透监测的数据采集器

技术领域

本发明涉及地球物理、水工程监测技术领域，尤其涉及一种用于直流电法水体渗透监测的数据采集器。

背景技术

在水工程中，有许多原因都会导致水工程渠堤、堤防、地下箱涵、PCCP管涵、倒虹吸、库区边坡等存在水体渗透等安全隐患，如不及时发现水体渗透并进行处理，将进一步发展为渗漏、坍塌、滑坡等险情。地球物理的直流电法是发现水体渗透的有效方法，这是因为岩土体有水渗透时，其电阻率会降低，利用这一基本规律，在水工程及边坡重点部位布置固定、长期的直流电法探测线(或面)，监测岩土体的电阻率变化就能及时发现其水体渗透，达到预警目的。

然而，针对水工程中地下输水暗涵、堤防及边坡水体渗透监测，特别是针对长线路、面积性的监测，目前的直流电法探测技术与装备要完成一次数据采集，耗时长、效率低，因此不能适应对监测线进行自动分段、同步快速数据采集的监测要求。

发明内容

本发明实施例提供了一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的用于直流电法水体渗透监测的数据采集器。

本发明实施例提供了一种用于直流电法水体渗透监测的数据采集器，包括：主控单元、数据采集单元分合及电极选定模块、工作电极接口及其选定开关模块以及直流电源控制模块；其中，

所述主控单元用于向所述数据采集单元分合及电极选定模块和所述工作电极接口及其选定开关模块传递控制指令与参数，所述数据采集单元分合及电极选定模块和所述工作电极接口及其选定开关模块根据所述控制指令与参数进行工作；

所述数据采集单元分合及电极选定模块包括开关选断及电极转换控制模块、电极转换模块、三选一开关模块、两个四芯电缆接口及选断开关模块；所述电极转换模块包括多芯电缆前接口、多芯电缆后接口及电极选断开关阵列；所述两个四芯电缆接口及选断开关模块包括四芯电缆前接口及选断开关、四芯电缆后接口及选断开关；开关选断及电极转换控制模块用于接收所述控制指令与参数，并根据所述控制指令与参数控制所述电极转换模块、所述三选一开关模块、所述四芯电缆前接口及选断开关模块、所述四芯电缆后接口及选断开关模块的工作；所述电极转换模块用于在接入接地电极阵列后，对所述接地电极阵列中的各电极进行选断，并将选定的电极传递到所述三选一开关模块；所述三选一开关模块分别与所述四芯电缆接口及选断开关模块和所述工作电极接口及其选定开关模块连接，并在断开、连通所述四芯电缆接口及选断开关模块、连通所述工作电极接口及其选定开关模块三者中选其一；

所述工作电极接口及其选定开关模块包括测量电极M、N接口及其选断开关和供电电极A、B接口及其选断开关，所述测量电极M、N接口及其选断开关用于采集接通的两个接地电极之间的电压和电流数据，所述供电电极A、B接口及其选断开关用于为所述接通的两个接地电极供电；

所述直流电源控制模块用于为所述供电电极A、B接口供电，并为所述主控单元、所述数据采集单元分合及电极选定模块和所述工作电极接口及其选定开关模块提供工作用电。

进一步地，所述主控模块包括微型计算机、数据采集卡以及数据采集及通讯软件。

进一步地，所述电极转换模块在使用时，所述多芯电缆前接口与前多芯电缆接地电极阵列连接，所述多芯电缆后接口与后多芯电缆接地电极阵列连接，所述电极选断开关阵列分别通过所述多芯电缆前接口和所述多芯电缆后接口与所述前多芯电缆连接的各芯线以及所述后多芯电缆的各芯线连接。

进一步地，所述四芯电缆接口及选断开关模块在使用时，所述四芯电缆前接口及选断开关与前四芯电缆连接，所述四芯电缆后接口及选断开关与后四芯电缆连接。

进一步地，所述的数据采集器通过所述电极转换模块多芯电缆前接口与多芯电缆后接口连接两根接地电极阵列构成数据采集单元，所述的数据采集器的所述主控模块通过数据通信线或4G/5G网络将各所述数据采集单元并联，各所述数据采集单元通过所述四芯电缆连接所述四芯电缆接口及选断开关模块进行串联，串联的所述数据采集单元通过各个所述数据采集器的所述四芯电缆接口及选断开关模块的连通、断开，进行所述串联数据采集器单元的组合和隔断，以此实现所述数据采集单元的任意组合和分离，并在所述组合单元中任意选择所述工作电极。

本发明实施例提供的一种用于直流电法水体渗透监测的数据采集器，通过数据采集单元分合及电极选定模块的前后两个多芯电缆接口连接两根接地电极阵列构成数据采集单元，通过数据通信线或4G/5G网络数据采集单元并联，通过数据采集单元分合及电极选定模块的两个四芯电缆接口的连通沟通并联的数据采集单元的工作电极，实现相邻数据采集单元的任意组合和分离，并在组合单元中任意选择工作电极。本发明是地下输水暗涵、堤防及边坡水体渗透实现长距离、远程、无人值守、高效监测和实时预警的关键设备。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种输水暗涵、堤防及边坡水体渗透的电法监测预警系统的结构示意图，其中图1a为含a型数据采集系统的电法监测预警系统，图1b为含b型数据采集系统的电法监测预警系统；

图2为本发明实施例中甲型数据采集器的结构示意图；

图3为本发明实施例中乙型数据采集器的结构示意图；

图4为本发明实施例中数据采集规划示意图；

图5为本发明实施例中接地电极阵列示意图；

图6为本发明实施例中监控系统的结构框图；

附图说明：

10-监控中心； 20-数据采集系统；

11-监控系统； 12-直流电源；

21-数据采集单元； 22-数据通信线；

23-四芯电缆； 24-供电线；

25-数据采集单元间距； 31-主控单元；

32-数据采集单元分合及电极选定模块； 33-工作电极接口及其选断开关模块；

34-直流电源控制模块； 211-数据采集器；

212-多芯电缆； 213-电极接口；

214-接地电极； 311-微型计算机；

312-数据采集卡 313-数据采集及通讯软件；

321-开关选断及电极转换控制模块； 322-电极转换模块；

323-三选一开关模块； 324-四芯电缆接口及选断开关模块；

331-测量电极M、N接口及其选断开关； 332-供电电极A、B接口及其选断开关；

3221-多芯电缆前接口； 3222-多芯电缆后接口；

3223-电极选断开关阵列； 3241-四芯电缆前接口及选断开关；

3242-四芯电缆后接口及选断开关； 20a-a型数据采集系统；

20b-b型数据采集系统。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供了一种用于直流电法水体渗透监测的数据采集器，包括：主控单元、数据采集单元分合及电极选定模块、工作电极接口及其选定开关模块以及直流电源控制模块。其中：

所述主控单元用于向所述数据采集单元分合及电极选定模块和所述工作电极接口及其选定开关模块传递控制指令与参数，所述数据采集单元分合及电极选定模块和所述工作电极接口及其选定开关模块根据所述控制指令与参数进行工作；

所述数据采集单元分合及电极选定模块包括开关选断及电极转换控制模块、电极转换模块、三选一开关模块、两个四芯电缆接口及选断开关模块；所述电极转换模块包括多芯电缆前接口、多芯电缆后接口及电极选断开关阵列；所述两个四芯电缆接口及选断开关模块包括四芯电缆前接口及选断开关、四芯电缆后接口及选断开关；开关选断及电极转换控制模块用于接收所述控制指令与参数，并根据所述控制指令与参数控制所述电极转换模块、所述三选一开关模块、所述四芯电缆前接口及选断开关模块、所述四芯电缆后接口及选断开关模块的工作；所述电极转换模块用于在接入接地电极阵列后，对所述接地电极阵列中的各电极进行选断，并将选定的电极传递到所述三选一开关模块；所述三选一开关模块分别与所述四芯电缆接口及选断开关模块和所述工作电极接口及其选定开关模块连接，并在断开、连通所述四芯电缆接口及选断开关模块、连通所述工作电极接口及其选定开关模块三者中选其一；

所述工作电极接口及其选定开关模块包括测量电极M、N接口及其选断开关和供电电极A、B接口及其选断开关，所述测量电极M、N接口及其选断开关用于采集接通的两个接地电极之间的电压和电流数据，所述供电电极A、B接口及其选断开关用于为所述接通的两个接地电极供电；

所述直流电源控制模块用于为所述供电电极A、B接口供电，并为所述主控单元、所述数据采集单元分合及电极选定模块和所述工作电极接口及其选定开关模块提供工作用电。

进一步地，所述主控模块包括微型计算机、数据采集卡以及数据采集及通讯软件。

进一步地，所述电极转换模块在使用时，所述多芯电缆前接口与前多芯电缆接地电极阵列连接，所述多芯电缆后接口与后多芯电缆接地电极阵列连接，所述电极选断开关阵列分别通过所述多芯电缆前接口和所述多芯电缆后接口与所述前多芯电缆连接的各芯线以及所述后多芯电缆的各芯线连接。

进一步地，所述四芯电缆接口及选断开关模块在使用时，所述四芯电缆前接口及选断开关与前四芯电缆连接，所述四芯电缆后接口及选断开关与后四芯电缆连接。

进一步地，所述的数据采集器通过所述电极转换模块多芯电缆前接口与多芯电缆后接口连接两根接地电极阵列构成数据采集单元，所述的数据采集器的所述主控模块通过数据通信线或4G/5G网络将各所述数据采集单元并联，各所述数据采集单元通过所述四芯电缆连接所述四芯电缆接口及选断开关模块进行串联，串联的所述数据采集单元通过各个所述数据采集器的所述四芯电缆接口及选断开关模块的连通、断开，进行所述串联数据采集器单元的组合和隔断，以此实现所述数据采集单元的任意组合和分离，并在所述组合单元中任意选择所述工作电极。

下面结合包含本发明实施例提供的数据采集器的输水暗涵、堤防及边坡水体渗透的电法监测预警系统，对本发明实施例提供的数据采集器进行进一步说明如下：

图1为本发明实施例提供的一种输水暗涵、堤防及边坡水体渗透的电法监测预警系统的结构示意图，如图1所示，包括：监控中心10和数据采集系统20(分为20a和20b)。监控中心10一般设置于后方，数据采集系统20为布置在被监测对象处的监测线。图1a含a型数据采集系统20a，可以作为一个子系统用于监测线上一般环境部位，图1b含b型数据采集系统20b，可以作为一个子系统用于监测线上复杂环境、容错性要求较高部位，为方便描述，如无特别说明，将a型数据采集系统20a、b型数据采集系统20b统称为数据采集系统20。

其中：

所述监控中心10包括监控系统11和直流电源12。所述数据采集系统20包括多个数据采集单元21，所述数据采集单元21包括一个数据采集器211和两根接地电极阵列；这里，数据采集系统20a的各数据采集单元21通过数据采集单元间距25而隔开，数据采集系统20a中各区段里要组合成子区的数据采集单元间距25要与相邻两根接地电极阵列的电极距相等，而数据采集系统20b的相邻的两个数据采集单元21共用一根接地电极阵列。

如图2-3所示，所述数据采集器211包括电极转换模块322、三选一开关模块323和两个四芯电缆接口及选断开关模块324，所述电极转换模块322包括电极选断开关阵列3223和两个多芯电缆接口3221、3222；所述两根接地电极阵列通过所述两个多芯电缆接口3221、3222分别与所述电极选断开关阵列3223连接，所述两个四芯电缆接口及选断开关模块324通过三选一开关模块323与所述电极选断开关阵列3223连接。

其中，在实践中，数据采集器211可分为如图2所示的甲型数据采集器和如图3所示的乙型数据采集器，将包含甲型数据采集器的数据采集单元称为甲型数据采集单元，将包含乙型数据采集器的数据采集单元称为乙型数据采集单元。甲型数据采集器包括主控单元31、数据采集单元分合及电极选定模块32、工作电极接口及其选断开关模块33及直流电源控制模块34。相较于甲型数据采集器，乙型数据采集器不包括主控单元31和工作电极接口及其选断开关模块33。甲型数据采集器可以作为主控数据采集器，而乙型数据采集器则不能作为主控数据采集器。其中：

主控单元31包括微型计算机311、数据采集卡312、数据采集及通讯软件313。主控单元31主要功能是与监控系统10进行数据通信、规划数据采集的电极排列、向本单元及其他单元传输电极选择指令及控制参数，并完成数据采集。

数据采集单元分合及电极选定模块32包括开关选断及电极转换控制模块321、电极转换模块322(包括多芯电缆前接口3221、多芯电缆后接口3222、电极选断开关阵列3223)、三选一(一断、两通)开关模块323、两个四芯电缆接口及选断开关模块324(包括四芯电缆前接口及选断开关3241，四芯电缆后接口及选断开关3242)。甲型数据采集单元的数据采集单元分合及电极选定模块32用于数据采集系统子区组合、子区隔断，并在子区内任意数据采集单元的接地电极中选择工作电极；乙型数据采集单元的数据采集单元分合及电极选定模块32用于数据采集系统子区组合、子区隔断，并仅能在本数据采集单元的接地电极中为主控数据采集器选择工作电极。

工作电极接口及其选断开关模块33包括供电电极A、B接口及其选断开关332、测量电极M、N接口及其选断开关331。当该甲型数据采集器作为主控数据采集器时，对选择的供电电极供电，并为数据采集测量一个ABMN装置的电流和电压数据提供选定的测量电极的接口；当该甲型数据采集器作为非主控采集器时，此时其选断开关均为断开，确保不会向主控数据采集器所选择的电极供电。

直流电源控制模块34，其一用于为本数据采集器工作用电，其二用于给供电电极A、B供电。

所述多个数据采集单元21中的多个数据采集器211通过数据通信线22并联，所述数据通信线22的一端与所述监控系统11连接，实践中对于超长距离，所述多个数据采集单元中的多个数据采集器通过4G/5G网络并联；所述多个数据采集器211中相邻的两个数据采集器211通过一根四芯电缆23连接，所述四芯电缆23的两端分别连接于所述相邻的两个数据采集器211的一个四芯电缆接口及选断开关模块324；所述多个数据采集器211通过供电线24并联，所述供电线24一端与所述直流电源12连接。

所述直流电源12用于为所述数据采集系统20供电；所述监控系统11用于向所述数据采集系统20发送数据采集规划指令。所述数据采集系统20用于根据所述数据采集规划指令，将所述数据采集系统20划分为多个区段，将每个区段划分为多个子区，在每个子区内确定最小采集区，在所述多个子区内以所述最小采集区为单位按高密度电法原理完成多期数据采集，将采集得到的多期电流和电压数据发送至所述监控系统11。所述监控系统11用于对接收到的所述多期电流和电压数据进行处理分析得出监测对象的水体渗透判断结果，并根据所述水体渗透判断结果发布预警信息。

其中，数据采集系统20包含多个数据采集单元21，根据需要可由甲型数据采集单元组成或甲、乙两型数据采集单元混搭而成，多个数据采集单元中的数据采集器211并联于数据通信电缆22上或4G/5G网络，与监控中心10的监控系统11连接，各数据采集单元21通过数据采集器211在数据采集系统20中唯一标识；相邻多个数据采集单元21接地电极214间距距相同，且其数据采集单元间距25等于其接地电极距时，相邻多个数据采集单元21能组合成子区，并通过数据采集器211的隔断设置保证各子区同时进行数据采集而互不影响；甲、乙两型数据采集单元的数据采集器211分别对应甲、乙两型数据采集器，各子区段含均匀分布1～3个或全部的甲型数据采集器；各子区的甲型数据采集器作为主控采集器完成一个最小采集区数据后可将控制权转移至本子区中的另一个甲型数据采集器，之后作为非主控数据采集器向监控系统11上传数据；数据采集系统20中的甲型数据采集器与监控系统11通信，进行相应数据采集规划参数接收和采集数据上传；数据采集系统20中的甲型数据采集器与其他数据采集器通信，进行子区分合，并对本子区任意数据采集单元进行工作电极的选断；数据采集系统20中乙型数据采集器接收甲型数据采集器工作电极选断参数与指令、数据采集单元的组合与隔断指令，并完成操作。工作电极是指供电电极A、B及测量电极M、N，需根据高密度电法原理的数据采集规则一次次选出，每一个ABMN装置只能测出MN电极的一个电流、电压数据。

进一步地，监控系统11以各子区最小采集区为单位接收数据采集系统20的采集数据，从各子区最小采集区的数据开始处理、电阻率成像及数据库化管理，并与之前的多期电阻率成像分析对比，接收一批数据、合并处理一批、动态分析一批，当多期对比分析出现因水体渗透而导致明显的电阻率减小变化时，监控系统发布相关部位的预警信息。

具体地，本系统对输水暗涵、堤防及边坡等水体工程进行监测预警的过程如下：

首先，监控系统11收集监测对象的工程、地形、水文、地质、气象等信息，根据以上信息及监测深度、精度进行数据采集系统的布设规划，并形成数据采集规划参数，数据采集规包含各区段、各子区及最小采集区的相关参数。具体规划过程包括：

(1)监测线规划

根据监测对象、现场情况等信息设计数据采集系统的条数，如：地下暗涵沿暗涵走向在两侧、距暗涵边界1～7m范围各布设一条；堤防或渠堤沿走向在迎水面、背水面、堤顶各布设一条，垂直走向布置若干条；高边坡则根据现场情况采用网络布线。

(2)监测线区段规划

一条监测线上可以布设一条与控制中心10的监控系统11相连的数据采集系统20，本发明的数据采集系统20理论上可无限延伸，监测线长度短至几十米、长至上千公里。监控系统11的数据采集规划模块结合监测线的弯曲度、障碍物、监测深度和精度等，并针对不同的环境条件规划每条监测线布设数据采集系统a、数据采集系统b的地段，并进行区段划分，一般原则是避开障碍物、且每个区段的监测线尽量为直线，在环境条件复杂、容错性要求高的地段布置数据采集系统b。

(3)区段的最小采集区规划

把一个区段作为一个整体，当其线路较长时，要完成一期数据采集，极为耗时。区段的最小采集区就是根据接地电极间距为满足监测深度、精度，提高数据采集速度而设定的。当各区段电极距相同时，若不同区段的监测深度不同，最小采集区可以不同，一般最小采集区越大监测深度越深。因此，为提高采集效率，在一个区段规划最小采集区，可以从区段起点的最小采集区开始，按高密度电法原理的采集装置(如α排列、β排列、γ排列等)完成本最小采集区的一期数据采集后，以一定的步距向前推进，提高了数据采集速度，为达到覆盖效果，推进步距一般为最小采集区的三分之一长。

(4)区段的子区规划

通常情况下，一条数据采集系统20仅只一个甲型数据采集器工作211时，可保证采集的数据不受干扰，这将极大地影响数据采集速度。当数据采系统的各区段足够长，区段里划分子区是为区段里多个甲型数据采集器可以同步采集而不相互影响而设立的。本发明实施例的数据采集系统20的数据采集器211可同时进行数据采集，这是效率最高的采集方式，但在数据采集系统20上同时进行的相邻数据采集器211的两对供电电极之间距离太近，两对供电电极所形成的地下电场会相互影响，理论上同时进行的两个相邻最小采集区的两对供电电极之间的距离至少为其两个最小采集区中最大供电电极距的10倍。为满足数据采集需求及提高数据采集效率，必须对各区段再划子区，让各子区中的以最小采集区为单位同时进行数据采集，可极大地提高数据采集速度，一般各区段的子区长要保证至少为10倍的区段最小采集区。

举例来说，如图4所示，在监测线上划2个区段：区段1、区段2；区段1划分子区1、子区2，区段3划分子区3、子区4。最小采集区1最大为子区1、子区2中较小长度的十分之一，最小采集区2最大为子区3、子区4中较小长度的十分之一，最小采集区1和最小采集区2的长度也可以相等。4个区段的子区1、子区2、子区3、子区4从起点开始同时用本区段的最小采集区进行采集，完成一个最小采集区的数据采集后以最小采集区的三分之一长的步距向前推进，依次进行数据采集直至完成各子区的数据采集，才算完成一期数据采集。

特别地，当监测对象布设几条平行或网络监测线时，各子区的划分、最小采集区确定及其采集顺序要通过监控系统11的数据采集规划模块进行计算。

(5)数据采集系统规划

数据采集系统20由多个数据采集单元21组成，数据采集单元21的数据采集器211分甲型数据采集器和乙型数据采集器两型，甲型数据采集器具有数据通信、数据采集、电极选定功能，乙型数据采集器具有指令、接收及电极转换功能，对应的数据采集单元21分为甲型数据采集单元、乙型数据采集单元。相邻数据采集单元21可按子区组合成段，各子区独立进行数据采集而互不影响。当子区均采用甲型数据采集器单元时，其中数据采集单元损坏不影响其他数据采集单元的数据采集。为节约成本，可以甲、乙型数据采集单元混搭，一个子区含一个甲型数据采集单元即可完成整个子区的数据采集，考虑到容错性及数据采集、上传效率，在一个子区可均匀布置2到3个甲型数据采集单元。

(6)数据采集规划微调

根据数据采集规划模块的规划，现场布置还必须适应现场实际情况，这样数据采集规划模块需要采集现场区段、子区、接地电极坐标的实际信息进行规划微调，之后将这些信息发送给各甲型数据采集器。

然后，监控系统11将区段、子区、最小采集区的数据采集规划参数发送至数据采集系统20，数据采集系统20依据规划参数划分区段，将每个区段划分为多个子区，在每个子区内按最小采集区进行数据采集，并以一定的步距同步推进。

最后，监控系统11以各子区最小采集区为单位接收数据采集系统20的采集的电流、电压数据，从各子区最小采集区的数据开始处理、电阻率成像及数据库化管理，并与之前的多期电阻率成像分析对比，接收一批数据、合并处理一批、动态分析一批，当多期对比分析出现因水体渗透而导致明显的电阻率减小变化时，监控系统发布相关部位的预警信息。

本发明实施例提供的一种用于直流电法水体渗透监测的数据采集器，包括：主控单元、数据采集单元分合及电极选定模块、工作电极接口及其选定开关模块以及直流电源控制模块。本数据采集器通过数据采集单元分合及电极选定模块的前后两个多芯电缆接口连接两根接地电极阵列构成数据采集单元，通过数据通信线或4G/5G网络数据采集单元并联，通过数据采集单元分合及电极选定模块的两个四芯电缆接口的连通沟通并联的数据采集单元的工作电极，实现相邻数据采集单元的任意组合和分离，并在组合单元中任意选择工作电极。本发明是地下输水暗涵、堤防及边坡水体渗透实现长距离、远程、无人值守、高效监测和实时预警的关键设备。

在上述实施例中，如图5所示，在一个数据采集单元21中，接地电极阵列包括一根多芯电缆212和多个接地电极214，所述多芯电缆212上设置有多个电极接口213，所述多个电极接口213与所述多个接地电极214一一对应连接。

在上述实施例中，所述数据采集系统具体用于根据所述数据采集规划参数，将每个子区内第一个数据采集器中四芯电缆前接口及选断开关模块置为断开，将每个子区内最后一个数据采集器中四芯电缆后接口及选断开关模块置为断开，以使所述多个子区之间相互隔断。

具体地，在接收到数据采集规划指令后，具体的工作过程包括：

(1)子区分合

当数据采集系统20接收到子区分段指令及参数时，各子区选定子区里其中一个甲型数据采集器(图2)为子区主控采集器，由子区主控数据采集器驱动本子数据采集器的数据采集单元分合及电极选定模块32，将位于所述的子区的第1个数据采集器的四芯电缆前接口及选断开关3241的开关全部断开，使得所述的子区的第1个数据采集单元与其前一个单元隔断；将位于所述的子区的最后一个数据采集的四芯电缆后接口及选断开关3242的开关全部断开，使得所述的子区的最后一个数据采集单元与其后一个单元隔断，除此之外，将所述的子区中的所有数据采集器的其他的四芯电缆前接口及选断开关3241、四芯电缆后接口及选断开关3242均选通，且子区的所有数据采集器的电极选断开关阵列3223的开关全部断开，三选一(一断、两通)开关模块323的四个开关全部断开、工作电极接口及其选断开关模块33的开关均断开，这样就完成了子区数据采集单元的分段组合，此时子区里各数据采集器称之为初始状态。

(2)工作电极选定

要采集子区内初始状态下ABMN电极装置的一个电流、电压数据，经计算供电电极A位于主控数据采集器I的第i个电极，此时I的主控单元31向其开关选断及电极转换控制模块321发出参数与选断指令，I的电极转换模块322将其电极选断开关阵列3223的第i个开关选通，I的四个三选一(一断、两通)开关模块323的A开关对本机选通，让I的三选一开关模块323直接将选定的I的第i个电极传递到I的工作电极接口及其选断开关模块33，并将332的A开关选通，此时主控数据采集器完成了供电电极A的选择。经计算供电电极B位于主控数据采集器I之外第J个甲型数据采集器的第j个电极，主控数据采集器I向甲型数据采集器J发送参数与选断指令，由J向J的开关选断及电极转换控制模块321发出参数与选断指令，依据上述步骤，J的电极选断开关阵列3223的第j个开关选通，J的三选一开关模块323的B开关对外机选通，J选定的J的第j个电极通过J的323传递到J的四芯电缆前接口及选断开关模块324所连接的四芯电缆23的B芯上，主控数据采集器工作电极接口及其选断开关模块33的B开关选通，由于除子区两端之外，子区内其他的四芯电缆前接口及选断开关3241、四芯电缆后接口及选断开关3242均选通，此时J的第j个接地电极通过数据采集系统20的四芯电缆23与主控数据采集器I的工作电极接口及其选断开关模块33的B接口连通，这样就完成了主控数据采集器I供电电极B的选择；若数据采集器J为乙型，主控数据采集器I将直接把控制参数与指令发送至J的开关选断及电极转换控制模块321，依据同样的步骤完成供电电极B的选择。同样的步骤，依次选出测量电极MN，主控数据采集器可以在工作电极选择完成之后再将其工作电极接口及其选断开关模块33的四个开关全部选通，开始对AB电极供电、测量MN电极间的电流、电压，完成后恢复子区初始状态，进行下一个数据采集。

(3)时间推移多期数据采集

再次以图4为例。图中在监测线上已划分好区段、子区，确定了各区段的最小采集区。4个子区从各自的起点开始同时在最小采集区进行采集，各最小采集区的观测系统按高密度电法原理的采集装置(如α排列、β排列、γ排列等)完成本最小采集区的一期数据采集，之后各子区的最小采集区以1/3最小采集区长的步距向前推进，同时各子区通过监控系统选定本子区另一个非主控甲型数据采集期作为主控数据采集器再次进行数据采集，依次推进直至各子区全覆盖。各子区在每期数据采集过程中，主控数据采集器主控权力转移后，将每段最小采集区的采集一期数据上传至监控系统，既提高效率，监控系统又可及时对数据进行分析处理。

所有子区的数据采集完成称之为一期数据，然后进行下一轮的数据采集，称之为时间推移多期数据采集。由于采取了各子区最小采集区同步工作、非主控数据采集器数据传输等措施，无论监测线多长，在50米监测深度范围内，监测线上完成一期数据采集可以在20分钟至2小时内完成。

在上述实施例中，所述监控系统包括：数据采集规划模块、数据处理模块、动态可视化模块、数据分析模块以及信息发布模块；其中，

所述数据采集规划模块用于根据所述监测对象的工程、地形、水文、地质以及气象信息，结合探测深度和探测精度，得出所述数据采集规划参数；

所述数据处理模块，用于对接收到的所述多期电流和电压数据进行处理分析，得出所述监测对象每期电流和电压数据对应的电阻率数据；

所述动态可视化模块，用于根据所述多期电流和电压数据对应的多组电阻率数据进行电阻率成像；

所述数据分析模块，用于将每期电流和电压数据对应的电阻率成像与前一期电流和电压数据对应的电阻率成像进行比较，得出所述监测对象的水体渗透判断结果；

所述信息发布模块，用于根据所述水体渗透判断结果发布预警信息。

其中，如图6所示，所述监控系统还包括：数据通信模块和数据管理模块。

具体地，监控系统11通过数据通信模块接收数据采集系统各子区的每期最小采集区的数据，由数据管理模块对各子区每期最小采集区的数据结合工程、地形、水文、地质、气象、监测布置、区段、子区、最小采集区、采集时间等信息进行数据库化，并将陆续接收的数据合并、一期一期综合管理，数据处理模块依据高密度电法原理从各子区每期最小采集区的采集数据开始进行分段及合并处理，对监测线的地下介质进行电阻成像，并将处理、成像结果数据库化，直至完成各区段每期观测数据的合并处理；四维动态可视模块从各子区每期最小采集区的电阻率成像结果开始，结合工程、地形、水文、地质、气象、监测布置等数据库信息进行动态显示；数据分析模块从各子区每期最小采集区观测数据和成像结果开始，结合工程、水文、地质、气象等信息进行多期数据与成像结果的对比分析，当监测断面上某处本期观测数据与成像结果与前期相比，电阻率明显降低，排除下雨及其他透水因素，即可通过信息发布模块向预设的网络、移动终端进行预警发布。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (5)

1.一种用于直流电法水体渗透监测的数据采集器，其特征在于，包括：主控单元、数据采集单元分合及电极选定模块、工作电极接口及其选定开关模块以及直流电源控制模块；其中，

所述主控单元用于向所述数据采集单元分合及电极选定模块和所述工作电极接口及其选定开关模块传递控制指令与参数，所述数据采集单元分合及电极选定模块和所述工作电极接口及其选定开关模块根据所述控制指令与参数进行工作；

所述数据采集单元分合及电极选定模块包括开关选断及电极转换控制模块、电极转换模块、三选一开关模块、两个四芯电缆接口及选断开关模块；所述电极转换模块包括多芯电缆前接口、多芯电缆后接口及电极选断开关阵列；所述两个四芯电缆接口及选断开关模块包括四芯电缆前接口及选断开关、四芯电缆后接口及选断开关；开关选断及电极转换控制模块用于接收所述控制指令与参数，并根据所述控制指令与参数控制所述电极转换模块、所述三选一开关模块、所述四芯电缆前接口及选断开关模块、所述四芯电缆后接口及选断开关模块的工作；所述电极转换模块用于在接入接地电极阵列后，对所述接地电极阵列中的各电极进行选断，并将选定的电极传递到所述三选一开关模块；所述三选一开关模块分别与所述四芯电缆接口及选断开关模块和所述工作电极接口及其选定开关模块连接，并在断开、连通所述四芯电缆接口及选断开关模块、连通所述工作电极接口及其选定开关模块三者中选其一；

所述工作电极接口及其选定开关模块包括测量电极M、N接口及其选断开关和供电电极A、B接口及其选断开关，所述测量电极M、N接口及其选断开关用于采集接通的两个接地电极之间的电压和电流数据，所述供电电极A、B接口及其选断开关用于为所述接通的两个接地电极供电；

所述直流电源控制模块用于为所述供电电极A、B接口供电，并为所述主控单元、所述数据采集单元分合及电极选定模块和所述工作电极接口及其选定开关模块提供工作用电。

2.根据权利要求1所述的用于直流电法水体渗透监测的数据采集器，其特征在于，所述主控模块包括微型计算机、数据采集卡以及数据采集及通讯软件。

3.根据权利要求1所述的用于直流电法水体渗透监测的数据采集器，其特征在于，所述电极转换模块在使用时，所述多芯电缆前接口与前多芯电缆接地电极阵列连接，所述多芯电缆后接口与后多芯电缆接地电极阵列连接，所述电极选断开关阵列分别通过所述多芯电缆前接口和所述多芯电缆后接口与所述前多芯电缆连接的各芯线以及所述后多芯电缆的各芯线连接。

4.根据权利要求1所述的用于直流电法水体渗透监测的数据采集器，其特征在于，所述四芯电缆接口及选断开关模块在使用时，所述四芯电缆前接口及选断开关与前四芯电缆连接，所述四芯电缆后接口及选断开关与后四芯电缆连接。

5.根据权利要求1所述的用于直流电法水体渗透监测的数据采集器，其特征在于，所述的数据采集器通过所述电极转换模块多芯电缆前接口与多芯电缆后接口连接两根接地电极阵列构成数据采集单元，所述的数据采集器的所述主控模块通过数据通信线或4G/5G网络将各所述数据采集单元并联，各所述数据采集单元通过所述四芯电缆连接所述四芯电缆接口及选断开关模块进行串联，串联的所述数据采集单元通过各个所述数据采集器的所述四芯电缆接口及选断开关模块的连通、断开，进行所述串联数据采集器单元的组合和隔断，以此实现所述数据采集单元的任意组合和分离，并在所述组合单元中任意选择所述工作电极。