CN117147974A - 一体化温度水位电导率地下水采集水质分析装置 - Google Patents
一体化温度水位电导率地下水采集水质分析装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117147974A CN117147974A CN202311354995.7A CN202311354995A CN117147974A CN 117147974 A CN117147974 A CN 117147974A CN 202311354995 A CN202311354995 A CN 202311354995A CN 117147974 A CN117147974 A CN 117147974A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- data
- interaction terminal
- data interaction
- conductivity
- water quality
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 214
- 230000003993 interaction Effects 0.000 claims abstract description 109
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims abstract description 73
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims abstract description 33
- 238000007781 pre-processing Methods 0.000 claims abstract description 30
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 12
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims abstract description 9
- 206010034719 Personality change Diseases 0.000 claims abstract description 5
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 29
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 claims description 21
- 239000003673 groundwater Substances 0.000 claims description 15
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims description 8
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 8
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 claims description 8
- 239000000523 sample Substances 0.000 claims description 8
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 7
- 230000003068 static effect Effects 0.000 claims description 6
- 238000012163 sequencing technique Methods 0.000 claims description 5
- 238000012549 training Methods 0.000 claims description 5
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 4
- 238000013461 design Methods 0.000 claims description 4
- 238000007667 floating Methods 0.000 claims description 4
- 230000005484 gravity Effects 0.000 claims description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 7
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 abstract description 3
- 230000006870 function Effects 0.000 description 9
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 6
- 230000009471 action Effects 0.000 description 5
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 4
- 238000013528 artificial neural network Methods 0.000 description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 3
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 3
- 238000009933 burial Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 241001465754 Metazoa Species 0.000 description 1
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 1
- 230000005856 abnormality Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 description 1
- 230000005587 bubbling Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000007405 data analysis Methods 0.000 description 1
- 238000013500 data storage Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 230000036541 health Effects 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 238000007726 management method Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000010606 normalization Methods 0.000 description 1
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 1
- 238000011897 real-time detection Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R27/00—Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
- G01R27/02—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
- G01R27/22—Measuring resistance of fluids
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D21/00—Measuring or testing not otherwise provided for
- G01D21/02—Measuring two or more variables by means not covered by a single other subclass
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
- G01N27/04—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
- G01N27/06—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a liquid
Abstract
本发明公开了一体化温度水位电导率地下水采集水质分析装置，属于水质分析技术领域。本发明包括水质分析一体化组件、电缆线以及数据交互终端；所述水质分析一体化组件置于监测的地下水内，一端通过电缆线连接至数据交互终端；所述数据交互终端位于地面，与总控中心实现无线数据通信；所述总控中心内部设置有数据预处理系统，所述数据预处理系统用于接收数据交互终端的发送数据，实现数据预处理后输出至总控中心展示端口，展示水质情况。本发明在数据预处理的过程中，充分考虑环境影响，以姿态变化和布线距离实现数据补偿，使得整个测量过程数据精确，最后由主控中心将采集的地下水相关信息展示给用户，实现地下水的水质监测。
Description
技术领域
本发明涉及水质分析技术领域，具体为一体化温度水位电导率地下水采集水质分析装置。
背景技术
水资源作为社会生产生活基础，是人类生命资源，合理开采和利用水资源是当前水生态文明建设的重要内容。进行地下水相关信息动态监测，是保护水资源的重要措施，也是保障人民身体健康安全的重要保障。
在目前的技术手段中，对于地下水水位的监测一般采用多源的传感器，通过对地下水水位、水温、电导率等信息进行实时采集，将采集信息进行前端分析后发送给中心服务器，中心服务器将采集的地下水相关信息展示给用户，目前的水位监测几乎都是采用有线的线缆传输，在数据传输的过程中往往忽略了环境带来的影响，例如地面的震动、不明生物的撞击等等，其会导致监测数据出现偏差或者异常，后续的追查困难，补偿也十分困难，最终导致整个测量过程数据模糊，无法实现精确处理。
发明内容
本发明的目的在于提供一体化温度水位电导率地下水采集水质分析装置，以解决上述背景技术中提出的问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一体化温度水位电导率地下水采集水质分析装置，所述装置包括水质分析一体化组件、电缆线以及数据交互终端；
所述水质分析一体化组件置于监测的地下水内，一端通过电缆线连接至数据交互终端；所述数据交互终端位于地面，与总控中心实现无线数据通信；
所述水质分析一体化组件用于监测温度、电导率数据，反馈至数据交互终端；所述数据交互终端用于分析水位数据，同时采集环境数据送入总控中心；
所述总控中心内部设置有数据预处理系统，所述数据预处理系统用于接收数据交互终端的发送数据，实现数据预处理后输出至总控中心展示端口，展示水质情况。
根据上述技术方案，所述水质分析一体化组件包括压力探测器、温度探测器、电导率探测器、电源接口以及485线束接口；
所述压力探测器、温度探测器、电导率探测器分别探测水质分析一体化组件所在位置的水下压力、温度以及电导率；所述电源接口通过电缆线直连至数据交互终端；所述485线束接口与数据交互终端的线束接口相连接。
水质分析一体化组件采用宽电压设计，电压范围设置为8-24V；组件内置锂电池，数据交互终端通过电源接口对组件供电，供电同时对锂电池充电，若电源接口供电出现故障，启用锂电池进行供电；
所述压力探测器、温度探测器输出数字化的24位高分辨率压力和温度检测数据，基于命令控制内部单片机的数据采集和中断；所述电导率探测器内部包括水质探头TDS传感器，对水溶液电导率进行检测，内部集成高精密振荡电路、模数转换电路和浮点运算单元，采用专用的电导率转换算法实现水溶液电导率的检测。
根据上述技术方案，所述数据交互终端包括北斗定位、5G单元、姿态传感器、线束端口以及显示单元；
所述北斗定位用于定位数据交互终端的位置；5G单元用于和总控中心实现5G通信；所述姿态传感器用于对数据交互终端状态进行监测，根据不同姿态运动情况进行相应处理；
所述不同姿态运动情况包括静止状态、震动状态和移动状态；设定加速度变化阈值A，利用姿态传感器得到数据交互终端的姿态变化加速度值，若加速度为0，处于静止状态，数据交互终端正常工作，自动检测数据并自动上传；若加速度大于0且小于A，处于震动状态，数据交互终端以补偿方式工作；若加速度大于等于A，处于移动状态，数据交互终端调为静默模式，调取北斗定位持续实时开启，获取数据交互终端的位置信息发送至管理员端口。
三种状态分别对应不同的情况，静止状态指的就是数据交互终端正常工作，没有任何环境影响，这种情况在实际中较少；震动状态指数据交互终端受到环境影响，处于轻微移动状态，例如风较大时、路面有大型车辆驶过等等，这种情况属于普遍情况；移动状态指数据交互终端存在较大动作，例如被人拿起、被生物(鸟类、小型动物等等)撞开等，其动作幅度较大，这类情况时有发生，但不多见。
根据上述技术方案，所述分析水位数据包括：
计算水位深度：
其中，h指水位数据；P0指压力探测器的显示压强；P1指数据交互终端的检测气压；H指压力探测器入井深度；g为姿态传感器检测的数据交互终端重力加速度；α为不同大气压力下1米高度对应的压力；ρ为水的密度；
获取当前水位数据传输至总控中心，总控中心的数据预处理系统接收数据，进行预处理。
根据上述技术方案，所述压力探测器的显示压强为当前水压与水面大气压强之和，公式表示为：
P0＝PW1+PW2
其中，PW1指当前水压；PW2指水面大气压强；
当前水压指当前水位h的压力，表示为PW1＝ρgh；
水面大气压强指数据交互终端到水面气压与数据交互终端的检测气压之和，数据交互终端到水面气压与海拔高度有关，气压参数设置为α，即不同大气压力下1米高度对应的压力。
根据上述技术方案，所述预处理包括：
获取数据交互终端的电缆线到达井口的距离，所述井口指放入水质分析一体化组件的水平面；记录下距离值；
调用历史数据库，获取历史数据中不同距离值下的监测值与真实值，以及对应的水位数据，形成数据组：[x1、x2、s3、h4]，其中x1指真实值、x2指监测值；s3指距离值；h4指水位数据；所述真实值、监测值指的是温度、电导率两种地下水检测参数中任一项的真实值、监测值。
根据上述技术方案，所述预处理还包括：
基于历史数据形成的数据组构建预处理分析模型：
基于获取的水位数据h，构建边缘范围，所述边缘范围指以h作为中心，h-c、h+c作为两个端点，形成的范围，c指一个系统设置常数，选取处于边缘范围内的所有历史数据下的数据组，进行训练；
计算每一个数据组的真实值与监测值的差值，并按照对应距离值的从小到大的顺序进行排序形成序列，序列记为[s3、x0]；
构建损失函数：
分别对β0和β1求偏导并令其为0，输出β0和β1的值，形成回归方程：
St＝β0+β1mt+k
其中，Q代表损失函数；i代表序号；n代表序列内数据的数量；yi代表每一个数据组的真实值与监测值的差值取值，按照i＝1开始从序列内选取x0；mi指数据交互终端的电缆线到达井口的距离值，按照i＝1开始从序列内选取s3；β0、β1代表损失函数最小时的回归系数；mt代表数据交互终端的电缆线到达井口的距离值的t时刻输入；St代表距离值在t时刻的补偿；k代表误差。
根据上述技术方案，所述预处理系统接收到水位数据后，调用当前水位数据下的回归方程，获取数据交互终端的电缆线到达井口的距离，输入至回归方程内部，形成当前水位数据下，不同距离值下的探测补偿；
获取水质分析一体化组件输出的温度、电导率数据，基于探测补偿对数据进行补偿后反馈至总控中心。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明的装置通过利用水质分析一体化组件和数据交互终端两部分，将水质分析一体化组件放入水中进行数据前端采集，数据交互终端放在地面进行数据分析及传输。将水质分析一体化组件投入被测井布设，当放入稳定后通过传感器内部压力、温度以及电导率等前端探测器对当前位置地下水信息进行采集；数据交互终端在需要是通过485通讯线缆读取水质分析一体化组件内数据，之后对数据进行存储，根据相关规则通过5G信号将数据发送给中心服务器，采集到的信息通过内部算法进行预处理；在数据预处理的过程中，充分考虑环境影响，以姿态变化和布线距离实现数据补偿，使得整个测量过程数据精确，最后由主控中心将采集的地下水相关信息展示给用户，实现地下水的水质监测。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明一体化温度水位电导率地下水采集水质分析装置的水质分析一体化组件探测器示意图；
图2是本发明一体化温度水位电导率地下水采集水质分析装置的检测流程示意图。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅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做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。
请参阅图1-图2，本发明提供技术方案：一体化温度水位电导率地下水采集水质分析装置，所述装置包括水质分析一体化组件、电缆线以及数据交互终端；
所述水质分析一体化组件置于监测的地下水内，一端通过电缆线连接至数据交互终端；所述数据交互终端位于地面，与总控中心实现无线数据通信；
所述水质分析一体化组件用于监测温度、电导率数据，反馈至数据交互终端；所述数据交互终端用于分析水位数据，同时采集环境数据送入总控中心；
所述总控中心内部设置有数据预处理系统，所述数据预处理系统用于接收数据交互终端的发送数据，实现数据预处理后输出至总控中心展示端口，展示水质情况。
所述水质分析一体化组件包括压力探测器、温度探测器、电导率探测器、电源接口以及485线束接口；
所述压力探测器、温度探测器、电导率探测器分别探测水质分析一体化组件所在位置的水下压力、温度以及电导率；所述电源接口通过电缆线直连至数据交互终端；所述485线束接口与数据交互终端的线束接口相连接。
水质分析一体化组件采用宽电压设计，电压范围设置为8-24V；组件内置锂电池，数据交互终端通过电源接口对组件供电，供电同时对锂电池充电，若电源接口供电出现故障，启用锂电池进行供电；
所述压力探测器、温度探测器输出数字化的24位高分辨率压力和温度检测数据，基于命令控制内部单片机的数据采集和中断；所述电导率探测器内部包括水质探头TDS传感器，对水溶液电导率进行检测，内部集成高精密振荡电路、模数转换电路和浮点运算单元，采用专用的电导率转换算法实现水溶液电导率的检测。
所述数据交互终端包括北斗定位、5G单元、姿态传感器、线束端口以及显示单元；
所述北斗定位用于定位数据交互终端的位置；5G单元用于和总控中心实现5G通信；所述姿态传感器用于对数据交互终端状态进行监测，根据不同姿态运动情况进行相应处理；
所述不同姿态运动情况包括静止状态、震动状态和移动状态；设定加速度变化阈值A，利用姿态传感器得到数据交互终端的姿态变化加速度值，若加速度为0，处于静止状态，数据交互终端正常工作，自动检测数据并自动上传；若加速度大于0且小于A，处于震动状态，数据交互终端以补偿方式工作；若加速度大于等于A，处于移动状态，数据交互终端调为静默模式，调取北斗定位持续实时开启，获取数据交互终端的位置信息发送至管理员端口。
所述分析水位数据包括：
计算水位深度：
其中，h指水位数据；P0指压力探测器的显示压强；P1指数据交互终端的检测气压；H指压力探测器入井深度；g为姿态传感器检测的数据交互终端重力加速度；α为不同大气压力下1米高度对应的压力；ρ为水的密度；
获取当前水位数据传输至总控中心，总控中心的数据预处理系统接收数据，进行预处理。
所述压力探测器的显示压强为当前水压与水面大气压强之和，公式表示为：
P0＝PW1+PW2
其中，PW1指当前水压；PW2指水面大气压强；
当前水压指当前水位h的压力，表示为PW1＝ρgh；
水面大气压强指数据交互终端到水面气压与数据交互终端的检测气压之和，数据交互终端到水面气压与海拔高度有关，气压参数设置为α，即不同大气压力下1米高度对应的压力。
所述预处理包括：
获取数据交互终端的电缆线到达井口的距离，所述井口指放入水质分析一体化组件的水平面；记录下距离值；
调用历史数据库，获取历史数据中不同距离值下的监测值与真实值，以及对应的水位数据，形成数据组：[x1、x2、s3、h4]，其中x1指真实值、x2指监测值；s3指距离值；h4指水位数据；所述真实值、监测值指的是温度、电导率两种地下水检测参数中任一项的真实值、监测值。
所述预处理还包括：
基于历史数据形成的数据组构建预处理分析模型：
基于获取的水位数据h，构建边缘范围，所述边缘范围指以h作为中心，h-c、h+c作为两个端点，形成的范围，c指一个系统设置常数，选取处于边缘范围内的所有历史数据下的数据组，进行训练；
计算每一个数据组的真实值与监测值的差值，并按照对应距离值的从小到大的顺序进行排序形成序列，序列记为[s3、x0]；
构建损失函数：
分别对β0和β1求偏导并令其为0，输出β0和β1的值，形成回归方程：
St＝β0+β1mt+k
其中，Q代表损失函数；i代表序号；n代表序列内数据的数量；yi代表每一个数据组的真实值与监测值的差值取值，按照i＝1开始从序列内选取x0；mi指数据交互终端的电缆线到达井口的距离值，按照i＝1开始从序列内选取s3；β0、β1代表损失函数最小时的回归系数；mt代表数据交互终端的电缆线到达井口的距离值的t时刻输入；St代表距离值在t时刻的补偿；k代表误差。
所述预处理系统接收到水位数据后，调用当前水位数据下的回归方程，获取数据交互终端的电缆线到达井口的距离，输入至回归方程内部，形成当前水位数据下，不同距离值下的探测补偿；
获取水质分析一体化组件输出的温度、电导率数据，基于探测补偿对数据进行补偿后反馈至总控中心。
在本实施例中：
设计一种一体化温度水位电导率地下水采集水质分析装置，所述装置包括水质分析一体化组件、电缆线以及数据交互终端；
所述水质分析一体化组件置于监测的地下水内，一端通过电缆线连接至数据交互终端；所述数据交互终端位于地面，与总控中心实现无线数据通信；
所述水质分析一体化组件用于监测温度、电导率数据，反馈至数据交互终端；所述数据交互终端用于分析水位数据，同时采集环境数据送入总控中心；
所述总控中心内部设置有数据预处理系统，所述数据预处理系统用于接收数据交互终端的发送数据，实现数据预处理后输出至总控中心展示端口，展示水质情况。
电源设计：数据交互终端给水质分析一体化组件供电，传感器本身宽电压设计，电压范围8-24V；装置内置锂电池，外部供电可对锂电池充电，保证终端设备故障后的续航时间；装置根据供电情况进行工作模式切换(实时检测及定时检测)。
装置采用高分辨率、高精度压力传感器，可提供准确的温度、压力数据。传感器输出数字化的24位高分辨率压力和温度检测数据；简单的基于命令的数据采集接口和可编程中断控制可用；典型的有源电源，电流为5.3uA。
水质探头TDS传感器对水溶液电导率和水温检测，内部集成高精密振荡电路、模数转换电路和浮点运算单元，采用专用的电导率转换算法和温度校正算法，快速实现水溶液电导率的检测，并在较宽的温度范围内实现自动温度校正，降低电导率值随温度变化带来的测量误差；装置采用激励源生成交流信号，可有效防止探头极化，延长探头寿命，同时也增加了输出信号的稳定。
水质分析一体化组件还额外内置了FLASH存储芯片，进行数据存储。
数据交互终端电源设计：
数据交互终端采用2组*3节共6节1号干电池供电，数据交互终端进行电源管理，控制设备各模块工作，以最大限度节约电池用量。
数据交互终端内置姿态传感器，对设备状态进行监测，根据不同姿态情况及运动情况进行相应处理。
其中水质分析一体化组件防护等级达到IP68，工作温度0-70度；数据交互终端防护等级达到IP67,工作温度-25-75度，适应野外艰苦工作环境。
水质分析一体化组件探测器部分形成绝缘仓，能够提高水压检测稳定性，排除金属外壳对电导率检测影响，提高检测精度；如图1所示。
水质分析一体化组件检测数据及预处理算法以及校正
水质分析一体化组件采用BP神经网络算法进行温压补偿计算，在出厂前进行压力及温度校正，在压力传感器量程范围内确定6个标定点，温度测量范围内确定4个标定点，然后将数值进行归一化处理，得到神经网络训练样品库。利用该样品库进行BP神经网络学习得到温压补偿参数进行计算。
水质分析一体化组件数据每次进行20组温压数据读取，按照实际情况，此20组数据跳变值不会太高，因此如果掉跳变值较高，则重新读取；读取到较稳定的数据后，将20组数据进行冒泡排序并去掉前5组及后5组后，剩余10组数据进行均值计算得到较准确的一组数据后进行算法计算。
姿态检测及处理：
利用内置姿态传感器得到加速度值，通过加速度值计算当前设备状态(1.静止状态，2.震动状态，3.移动状态)。
静止状态：设备处于正常工作状态，自动检测数据并自动上传；
震动状态：设备处于维护状态，液晶显示当前设备信息，包括时间、位置、信号强度、传感器数据等；
移动状态：为非正常状态，设备处于静默模式，采集位置信息进行发送。
在原始的计算中，将大气压力、水密度作为一个标准值计算，但实际上大气压力是随天气和时间变化的，重力加速度在不同位置是不同的，水密度在不同地质及温度条件下也是不同的，本发明实施例采用实时采集的气压数据和重力加速度数据，与密度数据进行数据融合运算，加上气压、水压温度补偿算法，最大限度提升检测精度，具体如下：
压力探测器的显示压强为当前水压与水面大气压强之和，公式表示为：
P0＝PW1+PW2
其中，PW1指当前水压；PW2指水面大气压强；
当前水压指当前水位h的压力，表示为PW1＝ρgh；
水面大气压强指数据交互终端到水面气压与数据交互终端的检测气压之和，数据交互终端到水面气压与海拔高度有关，气压参数设置为α，即不同大气压力下1米高度对应的压力。
压力探测器入井深度H＝埋深+水深；
通过数据采集表，形成不同海拔高度下的大气压力，部分数值如下：
海拔高度，m：0、100、200、300、400、500、600、800、1000、1500、2000、2500；
对应的大气压力，mH2O：10.33、10.2、10.09、9.95、9.85、9.74、9.6、9.38、9.16、8.64、8.16、7.62；
另外根据不同海拔高度下的大气压力看，埋深气压＝P1*气压参数
因此对上述公式进行整理，计算水位深度：
其中：h为水深。
在得到水深之后，准备进行数据的预处理补偿，基于设备状态判断是不是要补偿，只有在震动状态下需要补偿，静止状态可以直接输出，移动状态直接静默；
获取数据交互终端的电缆线到达井口的距离，所述井口指放入水质分析一体化组件的水平面；记录下距离值；
调用历史数据库，获取历史数据中不同距离值下的监测值与真实值，以及对应的水位数据，形成数据组：[x1、x2、s3、h4]，其中x1指真实值、x2指监测值；s3指距离值；h4指水位数据；所述真实值、监测值指的是温度、电导率两种地下水检测参数中任一项的真实值、监测值。
基于历史数据形成的数据组构建预处理分析模型：
基于获取的水位数据h，构建边缘范围，所述边缘范围指以h作为中心，h-c、h+c作为两个端点，形成的范围，c指一个系统设置常数，选取处于边缘范围内的所有历史数据下的数据组，进行训练；
计算每一个数据组的真实值与监测值的差值，并按照对应距离值的从小到大的顺序进行排序形成序列，序列记为[s3、x0]；
构建损失函数：
分别对β0和β1求偏导并令其为0，输出β0和β1的值，形成回归方程：
St＝β0+β1mt+k
其中，Q代表损失函数；i代表序号；n代表序列内数据的数量；yi代表每一个数据组的真实值与监测值的差值取值，按照i＝1开始从序列内选取x0；mi指数据交互终端的电缆线到达井口的距离值，按照i＝1开始从序列内选取s3；β0、β1代表损失函数最小时的回归系数；mt代表数据交互终端的电缆线到达井口的距离值的t时刻输入；St代表距离值在t时刻的补偿；k代表误差。
所述预处理系统接收到水位数据后，调用当前水位数据下的回归方程，获取数据交互终端的电缆线到达井口的距离，输入至回归方程内部，形成当前水位数据下，不同距离值下的探测补偿；
获取水质分析一体化组件输出的温度、电导率数据，基于探测补偿对数据进行补偿后反馈至总控中心。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，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。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一体化温度水位电导率地下水采集水质分析装置，其特征在于：所述装置包括水质分析一体化组件、电缆线以及数据交互终端；
所述水质分析一体化组件置于监测的地下水内，一端通过电缆线连接至数据交互终端；所述数据交互终端位于地面，与总控中心实现无线数据通信；
所述水质分析一体化组件用于监测温度、电导率数据，反馈至数据交互终端；所述数据交互终端用于分析水位数据，同时采集环境数据送入总控中心；
所述总控中心内部设置有数据预处理系统，所述数据预处理系统用于接收数据交互终端的发送数据，基于数据交互终端的电缆线到达井口的距离，形成当前水位数据下，不同距离值下的探测补偿，输出至总控中心展示端口，展示水质情况。
2.根据权利要求1所述的一体化温度水位电导率地下水采集水质分析装置，其特征在于：所述水质分析一体化组件包括压力探测器、温度探测器、电导率探测器、电源接口以及485线束接口；
所述压力探测器、温度探测器、电导率探测器分别探测水质分析一体化组件所在位置的水下压力、温度以及电导率；所述电源接口通过电缆线直连至数据交互终端；所述485线束接口与数据交互终端的线束接口相连接；
水质分析一体化组件采用宽电压设计，电压范围设置为8-24V；组件内置锂电池，数据交互终端通过电源接口对组件供电，供电同时对锂电池充电，若电源接口供电出现故障，启用锂电池进行供电；
所述压力探测器、温度探测器输出数字化的24位高分辨率压力和温度检测数据，基于命令控制内部单片机的数据采集和中断；所述电导率探测器内部包括水质探头TDS传感器，对水溶液电导率进行检测，内部集成高精密振荡电路、模数转换电路和浮点运算单元，采用专用的电导率转换算法实现水溶液电导率的检测。
3.根据权利要求1所述的一体化温度水位电导率地下水采集水质分析装置，其特征在于：所述数据交互终端包括北斗定位、5G单元、姿态传感器、线束端口以及显示单元；
所述北斗定位用于定位数据交互终端的位置；5G单元用于和总控中心实现5G通信；所述姿态传感器用于对数据交互终端状态进行监测，根据不同姿态运动情况进行相应处理；
所述不同姿态运动情况包括静止状态、震动状态和移动状态；设定加速度变化阈值A，利用姿态传感器得到数据交互终端的姿态变化加速度值，若加速度为0，处于静止状态，数据交互终端正常工作，自动检测数据并自动上传；若加速度大于0且小于A，处于震动状态，数据交互终端以补偿方式工作；若加速度大于等于A，处于移动状态，数据交互终端调为静默模式，调取北斗定位持续实时开启，获取数据交互终端的位置信息发送至管理员端口。
4.根据权利要求1所述的一体化温度水位电导率地下水采集水质分析装置，其特征在于：所述分析水位数据包括：
计算水位深度：
其中，h指水位数据；P0指压力探测器的显示压强；P1指数据交互终端的检测气压；H指压力探测器入井深度；g为姿态传感器检测的数据交互终端重力加速度；α为不同大气压力下1米高度对应的压力；ρ为水的密度；
获取当前水位数据传输至总控中心，总控中心的数据预处理系统接收数据，进行预处理。
5.根据权利要求4所述的一体化温度水位电导率地下水采集水质分析装置，其特征在于：
所述压力探测器的显示压强为当前水压与水面大气压强之和，公式表示为：
P0＝PW1+PW2
其中，PW1指当前水压；PW2指水面大气压强；
当前水压指当前水位h的压力，表示为PW1＝ρgh；
水面大气压强指数据交互终端到水面气压与数据交互终端的检测气压之和，数据交互终端到水面气压与海拔高度有关，气压参数设置为α，即不同大气压力下1米高度对应的压力。
6.根据权利要求4所述的一体化温度水位电导率地下水采集水质分析装置，其特征在于：所述预处理包括：
获取数据交互终端的电缆线到达井口的距离，所述井口指放入水质分析一体化组件的水平面；记录下距离值；
调用历史数据库，获取历史数据中不同距离值下的监测值与真实值，以及对应的水位数据，形成数据组：[x1、x2、s3、h4]，其中x1指真实值、x2指监测值；s3指距离值；h4指水位数据；所述真实值、监测值指的是温度、电导率两种地下水检测参数中任一项的真实值、监测值。
7.根据权利要求6所述的一体化温度水位电导率地下水采集水质分析装置，其特征在于：所述预处理还包括：
基于历史数据形成的数据组构建预处理分析模型：
基于获取的水位数据h，构建边缘范围，所述边缘范围指以h作为中心，h-c、h+c作为两个端点，形成的范围，c指一个系统设置常数，选取处于边缘范围内的所有历史数据下的数据组，进行训练；
计算每一个数据组的真实值与监测值的差值，并按照对应距离值的从小到大的顺序进行排序形成序列，序列记为[s3、x0]；
构建损失函数：
分别对β0和β1求偏导并令其为0，输出β0和β1的值，形成回归方程：
St＝β0+β1mt+k
其中，Q代表损失函数；i代表序号；n代表序列内数据的数量；yi代表每一个数据组的真实值与监测值的差值取值，按照i＝1开始从序列内选取x0；mi指数据交互终端的电缆线到达井口的距离值，按照i＝1开始从序列内选取s3；β0、β1代表损失函数最小时的回归系数；mt代表数据交互终端的电缆线到达井口的距离值的t时刻输入；St代表距离值在t时刻的补偿；k代表误差。
8.根据权利要求7所述的一体化温度水位电导率地下水采集水质分析装置，其特征在于：所述预处理系统接收到水位数据后，调用当前水位数据下的回归方程，获取数据交互终端的电缆线到达井口的距离，输入至回归方程内部，形成当前水位数据下，不同距离值下的探测补偿；
获取水质分析一体化组件输出的温度、电导率数据，基于探测补偿对数据进行补偿后反馈至总控中心。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311354995.7A CN117147974B (zh) | 2023-10-19 | 一体化温度水位电导率地下水采集水质分析装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311354995.7A CN117147974B (zh) | 2023-10-19 | 一体化温度水位电导率地下水采集水质分析装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117147974A true CN117147974A (zh) | 2023-12-01 |
| CN117147974B CN117147974B (zh) | 2024-05-10 |
Family
ID=
Citations (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20020059153A (ko) * | 2001-01-03 | 2002-07-12 | 문동신 | 지하수 수위·수질 자동관측기 |
| CN104076904A (zh) * | 2014-06-25 | 2014-10-01 | 可牛网络技术（北京）有限公司 | 控制移动终端硬件状态的方法及装置 |
| KR20160096768A (ko) * | 2015-02-05 | 2016-08-17 | 주식회사 하이드로넷 | 수위 보정용 초음파센서를 구비한 다항목 지하수 수질계측기 |
| CN109187657A (zh) * | 2018-10-22 | 2019-01-11 | 张家港江苏科技大学产业技术研究院 | 一种水质电导率检测系统及检测方法 |
| CN110703640A (zh) * | 2019-09-12 | 2020-01-17 | 中国石油天然气集团有限公司 | 页岩气开发地下水智能监测系统及方法 |
| CN211089677U (zh) * | 2019-11-22 | 2020-07-24 | 胡伟 | 基于物联网的地下水环境监测系统 |
| CN111551687A (zh) * | 2020-06-18 | 2020-08-18 | 中国地质调查局水文地质环境地质调查中心 | 地下水多无机参数在线检测系统及方法 |
| CN113252735A (zh) * | 2021-05-17 | 2021-08-13 | 中国地质调查局水文地质环境地质调查中心 | 污染场地地下水水质分层监测系统及方法 |
| CN113418648A (zh) * | 2021-06-16 | 2021-09-21 | 山东省地质环境监测总站(山东省地质灾害防治技术指导中心) | 地下水无线监测系统及方法 |
| CN214407469U (zh) * | 2021-03-02 | 2021-10-15 | 深圳市水务规划设计院股份有限公司 | 一种地下水信息监测系统 |
| CN214955283U (zh) * | 2021-05-14 | 2021-11-30 | 深圳市安泰数据监测科技有限公司 | 一种地质监测终端 |
| CN216385882U (zh) * | 2021-12-28 | 2022-04-26 | 朱佳苗 | 一种用于水文地质地下水水位测量装置 |
| CN217212670U (zh) * | 2022-04-20 | 2022-08-16 | 中国地质调查局南京地质调查中心(华东地质科技创新中心) | 一种多监测井水位水质在线监测装置 |
| CN115266835A (zh) * | 2022-07-05 | 2022-11-01 | 华电国际电力股份有限公司技术服务分公司 | 一种基于电导率测量多种补偿的废水含盐量测量方法 |
| CN116539829A (zh) * | 2023-05-12 | 2023-08-04 | 上海航天动力科技工程有限公司 | 一种水质监测感知分析方法 |
| CN116858319A (zh) * | 2023-07-04 | 2023-10-10 | 北京泷涛环境科技有限公司 | 一种微型水质预警方法及系统 |
Patent Citations (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20020059153A (ko) * | 2001-01-03 | 2002-07-12 | 문동신 | 지하수 수위·수질 자동관측기 |
| CN104076904A (zh) * | 2014-06-25 | 2014-10-01 | 可牛网络技术（北京）有限公司 | 控制移动终端硬件状态的方法及装置 |
| KR20160096768A (ko) * | 2015-02-05 | 2016-08-17 | 주식회사 하이드로넷 | 수위 보정용 초음파센서를 구비한 다항목 지하수 수질계측기 |
| CN109187657A (zh) * | 2018-10-22 | 2019-01-11 | 张家港江苏科技大学产业技术研究院 | 一种水质电导率检测系统及检测方法 |
| CN110703640A (zh) * | 2019-09-12 | 2020-01-17 | 中国石油天然气集团有限公司 | 页岩气开发地下水智能监测系统及方法 |
| CN211089677U (zh) * | 2019-11-22 | 2020-07-24 | 胡伟 | 基于物联网的地下水环境监测系统 |
| CN111551687A (zh) * | 2020-06-18 | 2020-08-18 | 中国地质调查局水文地质环境地质调查中心 | 地下水多无机参数在线检测系统及方法 |
| CN214407469U (zh) * | 2021-03-02 | 2021-10-15 | 深圳市水务规划设计院股份有限公司 | 一种地下水信息监测系统 |
| CN214955283U (zh) * | 2021-05-14 | 2021-11-30 | 深圳市安泰数据监测科技有限公司 | 一种地质监测终端 |
| CN113252735A (zh) * | 2021-05-17 | 2021-08-13 | 中国地质调查局水文地质环境地质调查中心 | 污染场地地下水水质分层监测系统及方法 |
| CN113418648A (zh) * | 2021-06-16 | 2021-09-21 | 山东省地质环境监测总站(山东省地质灾害防治技术指导中心) | 地下水无线监测系统及方法 |
| CN216385882U (zh) * | 2021-12-28 | 2022-04-26 | 朱佳苗 | 一种用于水文地质地下水水位测量装置 |
| CN217212670U (zh) * | 2022-04-20 | 2022-08-16 | 中国地质调查局南京地质调查中心(华东地质科技创新中心) | 一种多监测井水位水质在线监测装置 |
| CN115266835A (zh) * | 2022-07-05 | 2022-11-01 | 华电国际电力股份有限公司技术服务分公司 | 一种基于电导率测量多种补偿的废水含盐量测量方法 |
| CN116539829A (zh) * | 2023-05-12 | 2023-08-04 | 上海航天动力科技工程有限公司 | 一种水质监测感知分析方法 |
| CN116858319A (zh) * | 2023-07-04 | 2023-10-10 | 北京泷涛环境科技有限公司 | 一种微型水质预警方法及系统 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 冯广丽;谷春英;: "基于GPRS的河流水位远程监测预警系统研究", 计算机测量与控制, no. 03, pages 76 - 78 * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN109579909A (zh) | 基于多源信息的铁塔在线监测系统 | |
| CN205825950U (zh) | 一种基于图像识别原理的沉降检测装置 | |
| CN208780164U (zh) | 全深度阵列式测斜仪 | |
| CN201724759U (zh) | 一种能快速获取海水温深剖面数据的装置 | |
| CN108614071A (zh) | 分布式室外大气质量监测精度校正系统及参数更新方法 | |
| CN111426392A (zh) | 一种红外体表温度测量设备及检测方法 | |
| CN117147974B (zh) | 一体化温度水位电导率地下水采集水质分析装置 | |
| CN103824337A (zh) | 输电智能巡检系统 | |
| CN117147974A (zh) | 一体化温度水位电导率地下水采集水质分析装置 | |
| CN109540197A (zh) | 地下水远程监测装置及具有其的地下水监测系统 | |
| WO2023201948A1 (zh) | 一种用于电位梯度测量的传感器系统 | |
| CN114295173B (zh) | 地表径流水质采样监测装置 | |
| CN115200748B (zh) | 基于智能电子体温计状态测量控制系统 | |
| CN106706854A (zh) | 一种空气检测系统 | |
| CN206248166U (zh) | 一种便携式测量地下水位的水位尺 | |
| CN114814128A (zh) | 一种葡萄酒发酵在线实时监测系统 | |
| CN214376495U (zh) | 一种便携式岩石岩性快速分类识别装置 | |
| CN108195418A (zh) | 一种土木工程健康监测系统及方法 | |
| CN210297761U (zh) | 一种基于动作识别的绵羊行为监测系统 | |
| CN107525830A (zh) | 空气质量检测仪 | |
| CN110988295A (zh) | 一种基于NB_IoT的漂浮式污水检测系统及方法 | |
| CN217424874U (zh) | 地下水监测装置及地下水抽水试验监测装置 | |
| CN211723175U (zh) | 一种智能身高测量装置 | |
| CN112197833A (zh) | 一种双绝压式物联网液位测量装置、系统和方法 | |
| CN107202612B (zh) | 一种智能野外数据采集处理系统及方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant |