一种新型的地下水位在线监测及预警系统及方法与流程

本发明属于土木建筑工程及水文地质环境中的地下水位智能监测技术领域，尤其涉及一种新型的地下水位在线监测及预警系统及方法。

背景技术：

目前，随着我国基础设置的发展，对于房屋建筑、桥梁、地铁等工程的建设及水文地质环境调查，必然会遇到地下水，地下水位的变化对这些工程的基坑开挖及环境影响较大，并严重影响施工人员及设备安全，因此，国家规范要求对地下水位要进行监测。

我国对于地下水位的监测还是采用传统的监测方法，不仅监测精度低，而且须要花费大量的人力物力，且不能进行连续的不间断监测，智能程度低，费时费力。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种新型的地下水位在线监测及预警系统及方法，旨在解决目前我国对于地下水位的监测方法存在监测精度低，不能进行连续的不间断监测，智能程度低，费时费力的问题。

本发明是这样实现的，一种新型的地下水位在线监测及预警系统，所述新型的地下水位在线监测及预警系统包括PVC监测管、漂浮设备、限位器、GPS天线、网桥设备箱、GPS基站、电脑主机、GSM报警器；

所述漂浮设备安装在所述PVC监测管内，漂浮设备通过连接杆与所述GPS天线连接，在该连接杆上安装有限位器；

所述GPS天线通过电缆线与所述网桥设备箱连接；

所述网桥设备箱与所述电脑主机电连接，所述电脑主机与所述GSM报警器电连接；

所述GPS基站与所述电脑主机通信。

进一步，所述GPS基站天线设置在固定的监测墩上，该GPS基站包括GPS天线、接收装置、网桥，与电脑主机进行无线数据通信。

进一步，所述PVC监测管设置有管外回填砂层、钻孔顶部回填粘土层、钻孔、PVC管；

所述PVC管设置在钻孔中，所述PVC管和钻孔之间设置管外回填砂层，钻孔顶部设置回填粘土层；

所述PVC监测管下部设置直径为10mm的小孔，小孔呈梅花状布置，小孔外侧用透水土工布包裹。

进一步，漂浮设备的设备箱盖上安装锁具，漂浮设备内安装有网桥及不间断电源，在漂浮设备顶部安装有避雷针及天线；所述的网桥安装在不间断电源的上部，采用电线与不间断电源连接，不间断电源对网桥进行不间断供电，天线与网桥采用电缆线连接。

一种新型的地下水位在线监测及预警方法，该方法包括：

GPS监测点及GPS基站将采集的数据通过卫星信号传输至电脑，采用载波相位测量定位测量，对数据信号进行解算及观测数据改正，得到定位误差为毫米级的观测精度；如预置水位变化值及变化幅度，超过规定幅度的地下水位值及变化幅度，GSM报警器自动发送短信报警。

本发明提供的新型的地下水位在线监测及预警系统及方法，测试灵敏，安全实用，稳定可靠，操作简单，提高了监测及预警的智能化程度，得到定位误差可控制在毫米级，并可对地下水位进行24小时全天候监测及预警；GPS天线采用共轭天线，具有稳定性好、可靠性高、抗干扰能力强的优点，能不间断接收GPS卫星数据；由于全过程为智能化数据采集及电脑程序计算，减少了人为因素的干扰，提高了测试效果计算准确度；预置地下水位监测变化值及变化幅度，电脑通过计算对比，对于超过一定幅度的地下水位值及变化幅度通过GSM自动短信报警器进行预警，可按不同级别对不同人员进行预警，这是对采用常规方法监测及预警反应迟缓问题的极大改善，可提高监测工作效率10倍以上。

附图说明

图1是本发明实施例提供的新型的地下水位在线监测及预警系统结构示意图；

图2是本发明实施例提供的PVC监测管结构示意图；

图3是本发明实施例提供的网桥设备箱结构示意图；

图中：1、PVC监测管；1-1、PVC管；1-2、管外回填砂层；1-3、钻孔顶部回填粘土层；1-4、钻孔；2、飘浮设备；2-1、网桥；2-2、不间断电源；2-3、避雷针；2-4、天线；2-5、设备箱盖；3、限位器；4、GPS天线；5、网桥设备箱；6、GPS基站；7、电脑主机；8、GSM自动短信报警器。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。

如图1所示，本发明实施例的新型的地下水位在线监测及预警系统包括：PVC监测管1、飘浮设备2、限位器3、GPS天线4、网桥设备箱5、GPS基站6、电脑主机7、GSM自动短信报警器8。

在PVC监测管1内放置安装有连接杆的漂浮设备2，并依次安装限位器3及GPS天线4；利用漂浮设备模拟地下水位的升降情况，当地下水位升降时，漂浮设备2在水位上的设备也同时升降，连接杆及GPS天线4也一同升降，为了保证连接杆能垂直自由升降，在上端设置限位器3，限位器可限制连接杆的左右移动，并保证杆可上下自由移动。

GPS天线4用电缆线与网桥设备箱5连接，并通过通信电缆与电脑主机7连接进行数据传输；GPS天线4采用稳定性好，接收能力强的共轭天线，GPS天线4将采集的数据通过网桥设备箱内置网桥与电脑主机7进行数据通信。

GPS基站6由GPS天线4，接收装置，网桥组成，通过电缆与电脑主机7连接进行数据通信；GPS基站天线要设置在高度1.5米以上的监测墩上，监测墩采用钢筋混凝土结构制作。电脑主机7接收到GPS基站6及GPS天线4传来的数据后，采用自编专门的计算软件对数据进行计算，基本原理如下：

GPS定位是根据测量中的距离交会定点原理实现的。在待测点Q设置GPS接收机，在某一时刻kt同时接收到3颗(或3颗以上)卫星1S、2S、3S所发出的信号。通过数据处理和计算，可求得该时刻接收机天线中心(测站点)至卫星的距离1ρ、2ρ、3ρ。根据卫星星历可查到该时刻3颗卫星的三维坐标(Xj，Yj，Zj)，j＝1，2，3，从而由下式解算出Q点的三维坐标(X，Y，Z):

将两台或两台以上接收机分别安置在不同的待测点上，通过同步观测卫星信号，确定待测点的相对位置，成为相对定位。

对于天线接收的信号，采用载波相位测量定位测量技术，对信号进行解算，进行对接收机钟差、卫星钟差、卫星轨道误差、多路径效应、电离层误差、对流层误差进行改正，并通过最小二乘原理或者卡拉曼滤波算法对数据进行实时或者后处理的解算，最终得出不同时间段的观测点位的三维坐标。以其中某一时刻接收机钟差可视为常数，多路径效应是随机误差，电离层和对流层均可以根据前期观测值总结出其随时间变化的模型，进行对观测数据进行改正。这样就可以得到定位误差在毫米级的观测精度，并可实施24小时不间断监测及预警。计算软件可以预置水位变化值及变化幅度，计算软件通过计算对比，对于超过一定幅度的地下水位值及变化幅度通过GSM自动短信报警器8进行预警。

如图2所示，PVC监测管1包括：PVC管1-1、管外回填砂层1-2、钻孔顶部回填粘土层1-3、钻孔1-4；所述的PVC管1-1设置在钻孔1-4中；所述的管外回填砂层1-2位于钻孔顶部回填粘土层1-3下部，PVC管1-1外侧钻孔顶部回填粘土层1-3厚度约20cm；所述PVC监测管1下部设置直径为10mm的小孔，小孔呈梅花状布置，显防外侧土体进入管内，小孔外侧用透水土工布包裹。

如图3所示，漂浮设备2采用不锈钢制作，并在设备箱盖2-5上安装锁具以防破坏；漂浮设备内安装有网桥2-1及不间断电源2-2，在设备顶部安装有避雷针2-3及天线2-4；所述的网桥2-1安装在不间断电源2-2的上部，采用电线与不间断电源2-2连接，不间断电源2-2对网桥2-1进行不间断供电；所述的避雷针2-3设置在天线2-4的左侧，天线2-4与网桥2-1采用电缆线连接。

本发明的工作原理：

本发明为了监测地下水位的沉降，先通过地质钻机在监测地层中钻孔，钻孔深度要大于监测时估计的最小地下水位，钻孔后在钻孔中放置PVC监测管，并用砂土回填在管外侧，以固定监测管；为了保证监测管内的水位与地下水位高度一致，要先在PVC管下部钻孔，同时为了防止泥砂进入管内，在钻孔的部位包裹透水的土工布。将PVC监测管埋置好后，在监测管内放置安装有连接杆的漂浮设备2，并依次安装限位器3及GPS天线4；利用漂浮设备模拟地下水位的升降情况，当地下水位升降时，漂浮设备在水位上的设备也同时升降，连接杆及GPS天线4也一同升降，为了保证连接杆能垂直自由升降，在上端设置限位器3，限位器可限制连接杆的左右移动，并保证杆可上下自由移动。电脑主机7接收到GPS基站及GPS监测天线传来的数据后，采用专门的计算软件对数据进行计算，计算软件可以预置水位变化值及变化幅度，计算软件通过计算对比，对于超过一定幅度的地下水位值及变化幅度通过GSM自动短信报警器8进行预警。

本发明提供的新型的地下水位在线监测及预警系统及方法，测试灵敏，安全实用，稳定可靠，操作简单，提高了监测及预警的智能化程度，得到定位误差可控制在毫米级，并可对地下水位进行24小时全天候监测及预警；GPS天线采用共轭天线，具有稳定性好、可靠性高、抗干扰能力强的优点，能不间断接收GPS卫星数据；由于全过程为智能化数据采集及电脑程序计算，减少了人为因素的干扰，提高了测试效果计算准确度；预置地下水位监测变化值及变化幅度，电脑通过计算对比，对于超过一定幅度的地下水位值及变化幅度通过GSM自动短信报警器进行预警，可按不同级别对不同人员进行预警，这是对采用常规方法监测及预警反应迟缓问题的极大改善，可提高监测工作效率10倍以上。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。