CN114323203A - 地下水位监测预警系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供地下水位监测预警系统，所述的检测系统分为井口和井下两个部分，其中，所述的非接触式水位传感器、压力传感器、以及液体比重传感器安装于井下部分，而所述的井下部分在直角蜗杆直流减速电机与缆绳的拖动下自由运动，通过所述的压力传感器与非接触式液位传感器综合判断地下水探测井中水面位置，同时通过绝对式编码器判断此时井下部分与井口部分之间的缆绳长度，再结合北斗系统中的高程数据，综合计算深层地下水水位信息，提高检测数据准确程度。再通过所述的4G数据传输模块或北斗短报文模块将水位信息发送至服务器，以供数据中心进行查询与监测。

Description

地下水位监测预警系统

技术领域

本发明涉及野外深层地下水位探测井远程自动检测系统。

背景技术

地下水资源不仅是关乎国民生产的重要自然资源，更是与重大自然灾害直接关联的因素，因此需要对深层地下水资源的水位信息进行实时监测。与地表水资源不同，地下水资源水位信息检测通常通过开凿水位探测井而实现，其实现方式通常可分为自动检测和人工检测两种，然而根据地下水资源的分布地点不同，探测井的位置经常处于荒郊野外或深山之中。采用人工检测的方式效率低下，无法满足实时监测的需求，并且对于监测人员自身的安全也有很大的威胁，因此，采用自动化检测设备对地下水位探测井内的水位进行检测具有十分必要的意义。

针对地下水位进行自动化检测的设备大致可分为两种，其一是利用投入式水位传感器进行检测，传感器长期处于水下，水体的腐蚀与杂物的附着对传感器寿命提出了挑战；其二是利用液体浮力原理进行半潜入式检测，利用压力传感器或拉力传感器检测系统受到的外力信息，进而转换至液位信息实现检测，传感器处于液面之上，仅在检测时接触液面，提高了系统的寿命。以上两种检测方式原理本质上相似，但难以消除地下水的水质以及地域高程信息造成的偏差。

目前，对于自动检测装置检测到的水位信息通常通过3G/4G无线网络传输值数据监控中心，然而在地域偏远检测点，通常无线网络通信信号极差，难以保证系统数据能够及时、准确的传回至服务器，影响了检测系统的实时性与准确性。

发明内容

本发明提供一种地下水位监测预警系统(深层地下水资源探测井水位远程自动检测系统)，采用卫星高程数据与井深数据结合的方式计算水位信息，并通自动切换北斗短报文模块与4G数据传输模块保证数据传输过程的准确性，克服现有技术的不足，能够实现野外地下水资源探测井处的水位信息自动实时检测。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种地下水位监测预警系统，采用分体检测结构，分为井口部分与井下部分，主要包括：太阳能充电组件、锂电池蓄电组件、压力传感器、液体比重传感器、非接触式水位传感器、无弹性缆绳、主控模块，北斗短报文模块、4G数据传输模块、电机控制模块、直角蜗杆直流减速电机、电磁刹车以及绝对式光电编码器等。

所述井口部分安装顶部为金属材质防水盖，其上安装由避雷针装置、北斗短报文模块以及4G数据传输模块增益天线。内部为中空，带有可闭锁舱门，并且锂离子蓄电池、主控模块、通信部分以及牵引、计数部分均安装于底板之上，为井下部分提供牵引动力、电源以及接受并处理井下部分传感器返回的信号。

所述直角蜗杆直流减速电机与绞盘相连，同时与电磁刹车模块连接，共同作用下保证井下部分位置稳定，同时在系统断电情况下保护井下部分，使之不能自由下坠。

所述无弹性缆绳由无弹性缆绳由缆绳本身以及绝缘电缆共同组成，在为井下部分提供牵引力的同时抑制缆绳本身弹性变形造成的误差，并且为井下部分与井上部分提供通信链路与能量供应。

所述无弹性缆绳需要跨过计数滑轮，计数滑轮与绝对式编码器共轴，主控模块通过绝对式编码器计算井口部分与井下部分之间的缆绳长度，为水位计算提供一个算子。进一步的，计数滑轮轴承座底部安装有压力传感器2，通过该传感器压力的变化判断井下部分是否正常运动。

所述井下部分可在无弹性缆绳与井口部分的共同牵引之下沿重力方向自由移动。其外壳由PVC材质构成，内部设置有配重结构，配重结构处于外壳内外表面中间，并被密封，防止该部分接触水体造成腐蚀，从而影响系统稳定性并污染探测井内水体。

所述井下部分中心部分为与外壳相同材质的浮筒，浮筒与外壳内表面间有微小间隙，保证浮筒能在浮力作用下上下移动，浮筒上部与压力传感器1相连，通过检测浮筒本身受到的浮力大小判断井下部分是否已经接触液面。进一步的，井下部分底部为带有过滤孔的底板，为浮筒装置提供限位作用的同时让外部液体能够进入井下部分内部，从而对浮筒产生浮力。进一步的，井下装置靠近底部的内外表面有一处封闭空间，内部安装非接触的液位传感器，可同步检测外表面相同水平位置是否已接触液面。进一步的，井下部分另一侧内标处设置有一处开放空间，内部安装液体比重传感器，可同步检测地下水比重数据，为浮力计算提供算子，进一步的主控模块通过压力传感器1、比重传感器以及非接触液位传感器的数据综合计算浮筒所受的浮力大小，并以此计算井下部分浸入水面深度，为水位计算提供第二个算子。进一步的，完成一次水位检测后，井下部分被井口部分提升一定高度使之脱落井下水面，对井下部分以及井下水体起到保护作用。

所述主控模块按照系统设定的采样频率定时进行水位检测，通过绝对式编码器获取第一个算子，通过井下部分传感器获得第二个算子，并通过北斗卫星短报文模块获得井口位置的经纬度以及高程信息作为第三个算子，将上述三个算子结合得到井下水位的准确信息。进一步的，通过检测4G数据传输模块的信号强度选择合适的数据传输通道将数据发送至服务器。

所述井口部分舱门与柜体之间通过橡胶密封条实现内部密封，防止液体进入机壳造成系统失效。太阳能电池板通过金属支架安装于测点周围采光较好的位置，为蓄电池提供能量补充。

本发明的技术优点：

本发明通过在计数滑轮轴承座处安装压力传感器判断井下部分是否能够顺利运动，以防井下部分倾斜或被障碍物卡住造成检测数据失真，增强系统稳定性。

本发明通过增加北斗短报文模块获得井口处的高程信息，为井下水位计算增加海拔数据，使地下水位检测结果更具有实际意义。

本发明通过增减北斗短报文模块为系统设置冗余通信链路，解决在野外4G信号不佳处无法正常回传检测数据的问题。

本发明通过在井下部分增加非接触式水位传感器、液体比重传感器提高对浮筒浮力的计算精度，提升系统检测数据的准确性。

本发明井下部分可扩展更多种类传感器，丰富检测内容，实现对地下水资源的全面检测。

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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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：系统整体结构示意图；

图2：井口部分机柜内部结构示意图；

图3：系统控制模块原理图；

图4：井下部分结构示意图。

其中：1-12V太阳能电池板，2-避雷针，3-井口部分顶盖，4-北斗/4G通信模块增益电线，5-检测系统井口部分，6-井口部分安装支架，7-无弹性缆绳+通信电缆，8-检测系统井下部分，9-井下水位线，10-井口部分机柜底板，11-直角蜗杆直流减速电机，12-逻辑控制模块，13-供能装置，14-绞盘，15-轴承座，16-电磁刹车，17-计数滑轮，18-过线孔，19-绝对式编码器，20-北斗短报文模块增益天线，21-4G数据传输模块增益电线，22-4G数据传输模块，23-主控模块，24-北斗短报文模块，25-12V锂离子蓄电池，26-锂离子电池充、放电管理模块，27-5V线性稳压模块，28-12V线性稳压模块，29-电机控制模块，30-模拟-数字转换模块，31-信号调理模块，32-压力传感器，33-液体比重传感器，34-非接触式水位检测传感器，35-井下部分外壳，36-井下部分配重，37-井下部分过滤底板，38-井下部分测量浮筒。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。其中，所描述的实施例是本发明一部分实施例。

请参考图1至图4，本发明提供了一种地下水位监测预警系统，采用卫星高程数据与井深数据结合的方式计算水位信息，实现对地下水位自动检测，包括井口部分5和井下部分 8。

所述12V太阳能电池板1通过金属支架安装于地下水探测井周围边采光较好之处，安装高度2m以上，并通过带绝缘层导线与检测系统井口部分5内部的锂离子电池充电管理模块 26相连，在所述锂离子电池充、放电管理模块的管理下为12V锂离子蓄电池25提供能量补充。

所述避雷针2安装于井口部分顶盖3上部，并通过单独接地装置与大地联通，以便在恶劣天气情况下为整个系统提供保护。

所述北斗/4G通信模块增益电线4安装于井口部分顶盖3上部，通过密封垫穿过顶盖，为井口部分5内部北斗短报文模块24和4G数据传输模块22提供信号增益。

所述检测系统井口部分5过井口部分安装支架6安装于探测井井口正上方，安装高度适应井口位置，井口部分机柜外壳材质为喷涂防锈漆的钢板，其正面设置有带锁面板，面板与柜体之间有密封条，以阻止外部液体进入井口部分柜体内部，底部设置有带有密封结构的过线孔，太阳能电池板导线与无弹性缆绳、通信电缆7均从线孔内穿过。

所述井口部分安装支架6为喷涂防锈漆图层的金属型材，通过埋地方式安装于井口周围，安装过程中需要保证检测系统井口部分5的整体水平，安装高度根据井口高度适度修改。

所述无弹性缆绳+通信电缆7由无弹性缆绳本身以及相互绑定的通信电缆组成，无弹性缆绳本身不会发生弹性变形，利用该特性抑制由于缆绳本身变形造成的水位检测误差，连接于井口部分5内部的绞盘14于井下部分9之间。进一步的，与之绑定在意的通信电缆外部具有绝缘层，以无拉力的方式连接于缆绳之上，可随井下部分共同运动，为井口部分5和井下部分8之间提供数据与电路通道。

所述直角蜗杆直流减速电机11通过螺栓安装于井口部分机柜底板10上，并与绞盘14驱动轴相连。在主控模块23与电机控制模块29的控制下，通过无弹性缆绳7向井下部分8提供牵引力，实施水位检测过程中，准确并稳定控制井下部分8所处的位置。

所述绞盘14通过平键安装于驱动轴上，并且一端与直角蜗杆直流减速电机11相连，另一端与电磁刹车16相连，实施水位检测过程中，综合利用直角蜗杆直流减速电机11中的蜗轮蜗杆减速器的自锁功能和电磁刹车16实现对井下部分8的稳定位置控制。

所述轴承座15共有4个，通过螺栓安装于井口部分机柜底板10上，为标准带座轴承，可以直接购买得到。为绞盘14与计数滑轮17提供支撑。

所述电磁刹车16通过支架安装于井口部分机柜底板10上，为通用器件，常闭型，可以直接购买得到。在主控模块23的控制信号作用下为绞盘14驱动轴提供刹车力矩，在实施水位检测过程为井下部分8提供稳定位置控制，并且当系统电力完全消失时，能够锁定井下部分8的位置，防止其跌落而造成损坏。

所述计数滑轮17由铝合金加工而成，通过平键安装于驱动轴上，并与绝对式编码器19 相连。系统实施水位检测时，由主控单元23控制直角蜗杆直流减速电机11调整井下部分8 的位置，在此过程中，无弹性缆绳7通过与计数滑轮17的摩擦驱动其旋转，旋转角度与无弹性缆绳7的行程具有比例关系。进一步的主控模块23通过检测绝对式编码器19的数据，便可判定此时井下部分8与计数滑轮17轴心线之间的高度，而此数值为系统进行水位计算的第一个算子。

所述过线孔18位于井口部分机柜底板10上，通过机械加工而形成，边缘之处安装橡胶密封元件，使得无弹性缆绳7能够自由穿梭于过线孔内，而井口内水汽则无法进入检测系统井口部分5机柜内部，提升整个系统寿命与稳定性。

所述绝对式编码器19位多圈绝对式编码器，品牌为布瑞特，属于标准器件。单圈分辨率 1024脉冲/圈，最大圈数100圈，通过RS485总线与主控模块23相连。本发明计数滑轮17节圆直径为250mm，实施水位检测过程中，检测精度小于1mm，最大量程77m，可满足大部分检测需求，若欲实现更大量程，仅需更换同一品牌编码器即可。

所述4G数据传输模块22为全网通4G数据传输模块，型号为华为ME909S-821，支持4G上网，支持多数网络通信协议，如HTTP、MQTT、Modbus-TCP等，能够非常方便回传主控模块检测到的水位数据以及其他相关数据。

所述主控模块23核心为ARM-M3架构的单片机芯片，型号为STM32-F103RET6，属自制部件，通过将主控芯片其丰富的IO接口与总线资源引出，并与系统内其他模块相连，发送控制指令、读取传感器数据，同时通过通信模块向服务器实时发送检测数据。

所述北斗卫星短报文模块24为可选模块，不仅具常规定位功能，还有北斗卫星系统授权使用的短报文通信协议，可由市场购买得到，通过TTL串口通信协议与主控模块23相连接，能够实时获取模块安装位置的经纬度、高程信息，并且可以通过北斗卫星系统发送短报文，在实施水位检测过程中，若测点位置较为偏僻，4G/通信模块无法正常发挥作用时，可采用北斗短报文模块将主控模块检测到的水位信息与相关数据发送至服务器。

所述12V锂离子电池25，为通用12V 60AH锂离子电池，为整个系统提供电力支持，在野外环境下，其电池容量能够保证系统稳定运行。当外界天气情况良好时，可通过太阳能电池板为其补充能量，由于系统所使用的的元器件均为低功耗元器件，即便出现天气情况持续不佳，电池本身容量也可保证系统正常运行数天。

所述锂离子电池充电管理模块26为通用模块，可由市场购得，为防止锂离子电池出现电量过低而休眠或由于过冲而导致电池损毁等事故，充电管理模块主要起到对锂离子电池25进行保护作用，数据采集端1系统运行过程中，锂离子电池25充放电过程均在锂离子电池充电管理模块控制下运行，从供能方面对系统的稳定运行提供了保证。

所述5V线性稳压芯片27由正负两种电压输出芯片组成，可由市场购得，其型号为金升阳A1205D-2WR3，输入电压为12V，输出电压为正负5V，负电压主要用于信号调理模块31中的集成运算放大芯片的负电源供电，正电压主要用于主控模块23、北斗短报文模块24、4G数据传输模块22、信号调理模块31中的正电压部分提供电源。

所述12V线性稳压芯片28为直角蜗杆直流减速电机11、电机控制模块29、绝对式编码器19、电磁刹车16、液体比重传感器33、非接触式水位检测传感器34等模块提供电源。该器件为通用新型稳压芯片，其型号为：明纬，SKM10A-12，能够在较宽电压输入范围内，为系统提供稳定提供12V直流电源。

所述电机控制模块29位L298N电机控制模块，该模块为标准模块，可由市场购买得到，通过该模块，主控模块23能够准确控制直角蜗杆直流减速电机11的动作，实施水位检测过程中，主控模块23会控制直角蜗杆直流减速电机11带动绞盘14控制井下部分8的高度，使之逐渐下降浸入水面，完成水位计算后，则会提升井下部分8的高度，使之脱离水面，对井下部分传感器进行保护，同时也对井下水体进行保护。

所述模拟-数字转换模块31为通用高精度模拟-数字转换模块(ADC)，其型号为诺亚德 AD7606，高精度ADC模块，基于SPI总线通信，分辨率16位，足以满足两个压力传感器32、液体比重传感器33的采集需求。实施水位检测过程中，将压力传感器32与液体比重传感器33传回的并经过调理的模拟信号转换为数字信号，以便主控模块23计算压力传感器的压力值与井下水体的比重信息，借此实现系统的检测功能与故障判断。

所述信号调理模块31位自制组件，主要包含集成运算放大芯片(OP37GP)以及常见的电容和电阻元件。集成运算放大芯片(OP37GP)是一种集成精密运算放大器，主要对传感器输出的微小信号进行放大，方便由ADC模块进行数字信号采集。实施水位检测过程中，对于压力传感器32，信号调理过程为信号放大，而对于液体比重传感器33，其输出信号为4-20mA电流信号，其调理过程为信号类型转换(电流转换为电压)与放大。

所述压力传感器32由压力传感器1和压力传感器2组成，属于通用器件，可由市场直接购得，压力传感器1量程为0-1000N，安装于计数滑轮17轴承座下方；压力传感器2安装于井下部分8内部，通过连杆与浮筒装置相连，外部密封。实施水位检测过程中，压力传感器2主要用于检测井下部分8内测量浮筒38所收到的浮力，以此计算井下部分8所浸入水体的深度。而传感器1主要用于判定系统是否正常运行，当井下部分8能够正常运作，则传感器 1所测量的压力值通常包含井下部分8与无弹性缆绳7的共同重量，而当井下部分8由于倾斜或被障碍卡住时，压力传感器1所测到的数据仅为无弹性缆绳7的重量，以此可以判断检测系统是否处于正常工作状态。进一步的，系统无故障时，压力传感器1数值突变时刻也可作为井下部分8接触水面的时刻判断依据，与其他传感器数据共同发挥作用，提升系统监测数据准确性。

所述液体比重传感器33为通用传感器，可由市场直接购得。安装于井下部分8内表面处，紧邻过滤底板37位置，其输出数据类型为4-20mA电流信号，量程为0-2.5Kg/L。实施水位检测过程中，由于地下水水质具有不确定性，因此直接以常规水的密度作为算子，通过测量浮筒38受到的浮力数值计算其浸入液体深度会造成较大误差，因此本发明通过增加液体比重传感器33实时修正液体密度信息，实时修正地下水密度信息，进一步提升系统检测精度。

所述非接触式水位监测传感器34为通用器件，NPN常闭型输出，可由市场直接购买得到，安装于井下部分8内外表面之间的封闭空间中，紧邻过滤底板37位置，输出数据为开关量，通过降压电路与主控模块23的IO口连接。实施水位检测过程中，主控模块通过外部中断判定非接触式水位监测传感器34输出信号跳变时刻，以该时刻为基准，判定井下部分是否已浸入水中，该传感器输出数据与液体比重传感器33、压力传感器2共同作用，用于判定井下部分8是否已真正浸入水中，防止出现误判，影响系统的准确性。

所述井下部分外壳35为PVC材质，由于地下水内的杂质具有依附性与腐蚀性，因此，本发明井下部分外壳使用PVC材料代替金属材料，提升井下部分8的整体寿命与可靠性。

所述井下部分配重36密封在井下部分8内外表面之间，主要用于增加井下部分8的重量与稳定性。实施水位检测过程中，能够保证井下部分8下端平稳的浸入水中。

所述井下部分过滤底板37位于井下部分8底部，带有过滤孔。实施水位检测过程中，当井下部分8在绞盘14的牵引下部分浸入水中时，水可通过滤孔浸入井下部分8的内部，作用于测量浮筒38与液体比重传感器33，对测量浮筒38产生浮力，使压力传感器2发出信号，同时与液体比重传感器33接触使其发出信号，以便主控模块23计算水位信息。

所述井下部分测量浮筒38位于井下部分8内部腔体内，下端与过滤底板37接触，上端通过连杆浸入压力传感器2的密封空间并与其相连。实施水位检测过程中，地下水由井下部分过滤底板37的滤孔浸入井下部分8内部腔体中，对测量浮筒38产生浮力，进而使压力传感器2产生信号，完成浮力测量。进一步的由主控模块23计算浮力数值，并根据北斗短报文模块24获取的卫星高程信息、绝对式编码器19的行程数据以及由液体比重传感器33获取的液体密度信息，作为计算水位数据的算子，最终实现水位数据计算。

系统数据采集端电器元件连接关系：

如图3所示，压力传感器32与液体比重传感器与信号调理模块24相连，进一步的，通过模拟-数字转换模块30以SPI总线与主控模块23相连，实现信号传输，同时通过电源总线与系统内12V电源相连，实现能量供应。

绝对式编码器19通过RS485总线与主控模块23相连，通过RS485通信协议实现数据与控制指令传输。同时通过电源总线与系统内12V电源相连，实现能量供应。

北斗短报文模块24和4G数据传输模块通过TTL接口与主控模块23相连，通过串口通信协议实现数据与控制指令传输，并且与外部增益天线20、21相连，通过外部天线增加信号强度，以保证系统数据传输过程的准确性。同时通过电源总线与系统内5V电源相连，实现能量供应。

非接触式水位检测传感器34、电磁刹车模块16以及电机控制模块29与主控模块23的 IO口相连接，通过IO或外部中断形式传递控制指令或信号数据。同时通过电源总线与系统内12V电源相连，实现能量供应。

在检测系统级井口部分5柜体内部，锂离子蓄电池25通过锂离子电池充、放电管理模块 26与太阳能电池板1相连接，通过太阳能电池板为自身补充能量。同时与线性稳压芯片27、 28相连，通过电源总线为系统提供12V，±5V直流电源。

本发明提供地下水位监测预警系统，是基于北斗卫星高程信息的深层地下水位远程自动检测系统(基于北斗卫星系统高程数据的深层地下水资源探测井水位远程自动检测系统)，主要包括：太阳能充电组件、锂电池蓄电组件、压力传感器、液体比重传感器、非接触式水位传感器、无弹性缆绳、主控模块，北斗短报文模块、4G数据传输模块、直角蜗杆直流减速电机、电磁刹车以及绝对式光电编码器等。所述的检测系统分为井口和井下两个部分，其中，所述的非接触式水位传感器、压力传感器、以及液体比重传感器安装于井下部分，而所述的井下部分在直角蜗杆直流减速电机与缆绳的拖动下自由运动，通过所述的压力传感器与非接触式液位传感器综合判断地下水探测井中水面位置，同时通过绝对式编码器判断此时井下部分与井口部分之间的缆绳长度，再结合北斗系统中的高程数据，综合计算深层地下水水位信息，提高检测数据准确程度。再通过所述的4G数据传输模块或北斗短报文模块将水位信息发送至服务器，以供数据中心进行查询与监测。所述的监测系统以12V锂离子蓄电池为能量来源，通过太阳能电池板为蓄电池补充能量，从而实现长期自动化地下水位检测。

Claims (1)

1.一种地下水位监测预警系统，其特征在于：采用分体检测结构，分为井口部分与井下部分，包括：太阳能充电组件、锂电池蓄电组件、压力传感器、液体比重传感器、非接触式水位传感器、无弹性缆绳、主控模块，北斗短报文模块、4G数据传输模块、电机控制模块、直角蜗杆直流减速电机、电磁刹车以及绝对式光电编码器；

所述井口部分安装顶部为金属材质防水盖，其上安装由避雷针装置、北斗短报文模块以及4G数据传输模块增益天线；内部为中空，带有可闭锁舱门，并且锂离子蓄电池、主控模块、通信部分以及牵引、计数部分均安装于底板之上，为井下部分提供牵引动力、电源以及接受并处理井下部分传感器返回的信号；

所述直角蜗杆直流减速电机与绞盘相连，同时与电磁刹车模块连接，共同作用下保证井下部分位置稳定，同时在系统断电情况下保护井下部分，使之不能自由下坠；

所述无弹性缆绳由无弹性缆绳由缆绳本身以及绝缘电缆共同组成，在为井下部分提供牵引力的同时抑制缆绳本身弹性变形造成的误差，并且为井下部分与井上部分提供通信链路与能量供应；

所述无弹性缆绳需要跨过计数滑轮，计数滑轮与绝对式编码器共轴，主控模块通过绝对式编码器计算井口部分与井下部分之间的缆绳长度，为水位计算提供一个算子；进一步的，计数滑轮轴承座底部安装有压力传感器，通过该传感器压力的变化判断井下部分是否正常运动；

所述井下部分可在无弹性缆绳与井口部分的共同牵引之下沿重力方向自由移动；其外壳由PVC材质构成，内部设置有配重结构，配重结构处于外壳内外表面中间，并被密封，防止该部分接触水体造成腐蚀，从而影响系统稳定性并污染探测井内水体；

所述井下部分中心部分为与外壳相同材质的浮筒，浮筒与外壳内表面间有微小间隙，保证浮筒能在浮力作用下上下移动，浮筒上部与压力传感器相连，通过检测浮筒本身受到的浮力大小判断井下部分是否已经接触液面；进一步的，井下部分底部为带有过滤孔的底板，为浮筒装置提供限位作用的同时让外部液体能够进入井下部分内部，从而对浮筒产生浮力；进一步的，井下装置靠近底部的内外表面有一处封闭空间，内部安装非接触的液位传感器，可同步检测外表面相同水平位置是否已接触液面；进一步的，井下部分另一侧内标处设置有一处开放空间，内部安装液体比重传感器，可同步检测地下水比重数据，为浮力计算提供算子，进一步的主控模块通过压力传感器、比重传感器以及非接触液位传感器的数据综合计算浮筒所受的浮力大小，并以此计算井下部分浸入水面深度，为水位计算提供第二个算子；进一步的，完成一次水位检测后，井下部分被井口部分提升一定高度使之脱落井下水面，对井下部分以及井下水体起到保护作用；

所述主控模块按照系统设定的采样频率定时进行水位检测，通过绝对式编码器获取第一个算子，通过井下部分传感器获得第二个算子，并通过北斗卫星短报文模块获得井口位置的经纬度以及高程信息作为第三个算子，将上述三个算子结合得到井下水位的准确信息；进一步的，通过检测4G数据传输模块的信号强度选择合适的数据传输通道将数据发送至服务器；

所述井口部分舱门与柜体之间通过橡胶密封条实现内部密封，防止液体进入机壳造成系统失效；太阳能电池板通过金属支架安装于测点周围采光较好的位置，为蓄电池提供能量补充。

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