GPRS技术在新疆拜城地下水监测工作中的应用分析

白文峰

(新疆维吾尔自治区阿克苏水文水资源局，新疆 阿克苏 843000)

GPRS技术在新疆拜城地下水监测工作中的应用分析

白文峰

(新疆维吾尔自治区阿克苏水文水资源局，新疆 阿克苏 843000)

[摘要]随着我国社会经济和人口规模的不断发展，很多地区的地下水水位正在快速下降，严重影响了当地居民的正常生活。为此，地下水监测工作对提高水资源管理水平、保障当地经济的发展和人们生活水平有着极大的意义，而GPRS技术是以数字和计算机技术为基础发展来的，其监测速度快、结果准确，大大简化了地下水的监测工作。本文以新疆拜城地下水检测为实例，对GPRS技术在地下水检测中的应用进行了分析，以期对类似工作提供一定的可参考经验。

[关键词]GPRS技术；拜城；地下水监测；应用

拜城县位于我国新疆自治区境内的天山山脉中部，地形为盆地，境内河网密布，全县总人口为22.14万人。由于勒塔格新生代背斜构造的阻隔，拜城盆地成为一个独立的水文地质单元，地下水成为县区的主要供水源，其意义重大。其地下水主要补给来源有河流的入渗补给、河谷潜流及渠系水的渗漏补给。地下水动态监测是地下水资源评价及生态与环境评价必不可少的基础工作，所以做好拜城县地下水的监测工作对保证该地区群众的正常生活及社会经济的持续发展有着重要作用。

1GPRS技术简介

GPRS技术的本质是一种数据传输系统，可实现无线资源的灵活使用。该技术通过对一个信道内的资源进行共享，极大地提高了网络服务的稳定性和快捷性。其主要有以下几个特点：

(1)采用分组交换技术。即为方便传送先将数据进行分组编号，传输结束后再根据编号进行重新整合，大大提高了线路的可控制能力；

(2)网络覆盖面广，在线时间长。GPRS是在GSM网络基础上发展而来的，所以只要有GSM信号，就可以应用GPRS技术，网络覆盖面范围很广。而且只要接收器处于开机状态，就会自动连接到网络上，在线时间能够得到充分保证；

(3)系统性价比高。GPRS无线网络相对于有线网络来说省去了大量的线路敷设费用，而且也不用去架设专门的射频天线，省去了很多步骤。该系统以用户收发数据包的数量作为收费依据，当没有数据传输便不会产生资费，所以运行费用很少[1]。

2GPRS技术在拜城地下水监测工作中的应用分析

地下水在拜城县城市供水、农村人畜饮水、农田灌溉、工业生产和维系良好生态与环境等方面发挥了十分重要的作用。2013年5月，在当地政府的领导下，拜城地下水监测工作有序展开。由于GPRS技术已经在地质监测方面被广泛应用，技术成熟，专家组决定在本项目中也积极运用GPRS技术。

2.1监测系统结构及工作原理

本工程建设的拜城地下水监测系统其主要任务是掌握拜城地区地下水资源水位、流动等因素的动态变化情况。该系统主要由监测节点及检测中心组成，总体结构如下图1所示。整个系统(包括监测节点和压力传感器等)需要持续不断的电源供应，然而一些地区接入电网不便，电池供电也需要时常更换电池。因此采用太阳能供电是一种较为理想的供电方式。

整个系统的工作原理见图1：(1)数据采集端的压力传感器会根据地下水动态变化而输出电压信号；(2)电压信号进行模数转换后便可以通过GPRS与附近的通信基站连接，同时接入Internet网络；(3)之后将数据传输到位于监测中心的PC机中，可实现数据的远距离传输；(4)PC机通过专业软件对数据进行处理分析。

图1　系统总体结构示意图

2.2对监测系统的主要硬件分析

该系统监测节点的硬件主要有控制器、采集端传感器、GPRS模块、继电器和太阳能电池板等(具体见图2)。其中采集端传感器、控制器和GPRS模块直接关系到监测结果的准确度，是最重要的硬件结构，在此对其进行详细介绍。

图2　节点硬件的构成路线

2.2.1采集端传感器

目前市场上主要的传感器类型包括超声波传感器和压力传感器两种。它们的具体工作和应用原理如下：

超声波传感器测量地下水流量变化的原理具体为：在流水管壁上安装一对超声波换能器，其在电压作用下可产生和收发超声波信号，通过测量顺水和逆水流的时间差来确定水的流速，以此得出地下水的实时和累计流量[2]。

压力传感器是利用了半导体材料的压阻原理，即当半导体受外力作用时，其会产生一定的变形量，因而电阻率(电阻值)会发生较为明显的变化(工作结构图如下图3所示)。具体公式如(1)所示：

(1)

式中：1+2μ为材料变形值；E为材料的电阻率变化。

图3　压力传感器结构原理图

超声波传感器具有组装简单、维护方便、测量范围广和安装方便的等特点，但其成本较高，且由于地下环境复杂，干扰因素较多；压力传感器具有精确度高(误差可控制在02%范围内)、受环境影响小、适合远距离传输等特点。经过综合比较，采用压力传感器作为拜城地下水监测的采集端硬件设备[3]。

2.2.2控制器

控制器的主要作用是将采集端输送的电压信号进行模数转换，之后利用UART接口控制着GPRS模块，以此来与监测中心进行数据交换。

在拜城地下水监测系统中，采用的是LPC2148型控制器，该控制器以支持实时仿真和嵌入式跟踪的ARM7T-SCPU为基础的微型控制器，自带RAM为32 kb，最大可以操作60 MHz的CPU和两个ADC模数转换器，其中每个转换器的采集速度为400 k次/s。LPC2148型控制器的工作电压为3.3 V，内核工作电压约为1.8 V，且支持空闲时进入低功耗模式，因此芯片的总功耗很低，降低了供电系统的压力。

2.2.3GPRS通信模块

作为数据传输的核心部件，拜城地下水监测的GPRS模块型号为SIM300C，该模块可在900 MHz、1 800 MHz、1 900 MHz三种频率下工作，具备多信道功能。用户可以利用GPRS通信模块的这种特性进行数据传输设备的开发。此外，SIM300C型模块在睡眠模式下工作电流仅为25 mA，上行和下行的最大传输速度分别可达420 kb和86 kb，且实时性强[4]。

2.3系统的网络连接

整个监测系统安装完成后便要进行网络连接。在SIM300C型号下的GPRS模块中，数据传输都是依靠AT指令进行完成的，但同时支持普通和透传两种传输模式。其中透传模式的本质是监测系统一旦连接网络后，GPRS模块就进入了数据模式，而且数据和命令模式之间可以根据任务的不同而互相切换，方便快捷[5]。

在拜城项目中，采用的便是透传模式，设置的命令为AT+CIPMODE，其中命令模式和透传模式分别为“0”和“1”。系统的网络连接分三步进行：(1)系统初始化，将命令源输入到系统中；(2)激活移动场景，按照相关命令进行激活操作；(3)建立TCP连接，输入远程服务器的IP地址，便连接成功[6]。

3结语

随着科技的发展，以GPRS为代表的无线数据传输技术被广泛应用，利用GPRS技术来完成地下水动态数据的收集和整理对于确保调查结果的准确性、降低调查成本都具有极大的优势。本文通过分析基于GPRS技术的拜城地下水监测系统及其组成，其监测速度快，准确率高，可靠性好，大大提高了拜城地区地质调查工作的技术水平，也为拜城地下水资源的开发和管理工作提供了有力的技术支持。

参考文献

[1]吴建军，陈俊杰.基于GPRS技术的地下水监测系统的设计[J].科技情报开发与经济.2007，18(20)：35-36.

[2]胡胜利，万晋军.基于GPRS的地下水自动监测系统设计[J].水利水电技术.2011，01(20)：37-38.

[3]何春燕，韩文权.地下水动态监测系统研发与应用示范[J].地下空间与工程学报.2015，01(13)：24-26.

[4]沈凯华，陈立辉.GPRS在监控浙江省地下水开采中的应用[J].浙江水利科技.2012，05(10)：46-47.

[5]田来剑，赵军.基于PC的地下水智能监控网络设计方法[J].山西水利.2010，06(15)：57-58.

[6]王昆，陈忻志.基于GPRS的地下水动态水位监测系统研究[J].计算机测量与控制.2011，02(05)：67-68.

[收稿日期]2015-12-13

[作者简介]白文峰(1972-)，男，陕西绥德人，高级工程师，主要从事水文勘测方面的研究工作。

[中图分类号]P338+.9

[文献标识码]B

[文章编号]1004-1184(2016)03-0078-02