我國自上世紀70年代開始地下水監測儀器研制以來，歷經二十多年的發展，已具有一定研究、開發和生產能力，特別是各種儀器的數據處理系統及自動控制系統的新近研究成果，使我國在地下水環境監測儀器研究邁上了一個新的臺階，但現有的監測方式難以實現監測儀器的動態管理。現階段對于安裝在野外的地下水監測儀器，地下水管理部門都采取了一定的安全措施，在一定程度上保證監測儀器的正常運行，可對于監測儀器的運行狀況（運行狀態、電池狀態、數據存儲情況等）卻無法進行實時監控，只有在專業監測人員取數據時才能了解監測儀器的情況。如果監測過程中監測儀器發生了故障，則會造成監測數據的丟失，嚴重影響地下水監測工作的質量。為了解決上述問題，中國地質調查局于2012年啟動了“實用地下水監測技術研究與示范”地質調查項目，旨在形成具有自主知識產權的地下水自動監測技術產品，實現地下水動態信息的自動監測、傳輸、遠程管理。

項目通過開展地下水動態數據獲取和傳輸技術研究，研發了適合我國國情的地下水監測系列儀器，開發了基于網絡的多級多源遠程管理軟件，構建了集地下水動態數據自動采集、存儲、傳輸、管理與遠程控制的信息服務平臺，為我國地下水環境監測網的建設和運行提供了可靠的監測設備和管理服務軟件。“實用地下水監測技術研究與示范”項目由中國地質調查局水文地質環境地質調查中心主持承擔，主要完成人有史云、馮建華、袁愛軍、張磊、張建偉、李康、龐麗麗、張京城等。

一、研究內容

針對我國地下水環境監測技術現狀及存在問題，特別是針對地下水信息采集、網絡構建、綜合管理等方面展開深入研究。在以往研究成果的基礎上，從數據采集、遠程傳輸、綜合管理等問題入手，開展重點攻關和集成研究，通過成果的應用示范，提交實用有效的監測技術產品。

1．地下水動態監測系列儀器研發。開展地下水信息獲取技術研究，研發地下水水位、水溫自動監測儀器，并實現實用化、商品化。

2．地下水遠程傳輸儀器研發與試驗。開展地下水信息傳輸技術研究，研發短信數據傳輸、網絡數據傳輸等系列傳輸設備，形成具有自主知識產權的國產品牌。

3．地下水監測綜合管理系統開發。研發多級多源設備遠程管理系統，為我國地下水監測網的建設和運行提供穩定可靠的監測設備和管理服務軟件。

 二、取得的成果

 1．地下水動態自動采集儀器研制

     地下水動態自動采集儀器主要由四大部分構成：信號采集部分、數據存儲部分、邏輯控制部分、上位機數據處理部分。實物如圖1所示。探頭中信號采集部分主要由水壓力溫度感知芯體、濾波電路、信號放大電路、接口電路組成；主機中數據存儲部分和邏輯控制部分主要由Flash存儲電路、電源管理電路、氣壓平衡電路、外部實時時鐘電路、各種接口電路和邏輯控制單元組成；上位機部分包括外部實時時鐘讀寫功能、井位信息和參數設置功能、歷史數據讀取功能和數據處理功能。地下水動態自動監測裝置采用低功耗的微處理器為控制核心，采用鋰電池供電，以壓力、溫度感知探頭實現水位、水溫信息的采集，儀器存儲部分裝有高精度的氣壓傳感器，能夠消除大氣壓對地下水監測采樣的影響，從而實現高精度的地下水監測。

2．研發了地下水動態遠程傳輸實用產品

系列化通訊主機的成功研制，實現了監測設備的多源、多方式。數據傳輸裝置包括監測數據的傳輸和外界氣壓的采集，其中氣壓的采集頻率與水下的數據采集系統采樣頻率相一致，氣壓數據自動存儲于數傳裝置的內部存儲器中。數據采集系統和數據傳輸裝置均為全自動無人值守工作、定時周期可根據用戶需要自行設置。當數據傳輸裝置中的定時系統定時時間到達時，數據傳輸裝置被啟動并同時喚醒井下的數據采集系統，將井下的水位、水溫以及數據傳輸裝置采集到的氣壓數據一并傳送到控制中心站，完成一次數據上傳循環之后，數據傳輸裝置和井下設備掉電，進入休眠狀態。傳輸系統研制包括與荷蘭diver、美國in-situ和水環中心自主研發儀器連接的系列傳輸設備的研發。

3．傳輸儀器上位機軟件的研制

上位機操作軟件主要是對地下數據傳輸裝置進行設置和操作，采用微軟公司的visual studio軟件開發。從國內地下水監測應用需求出發，設計了操作簡捷、用戶界面友好的通訊主機操作程序，用戶可以應用該程序通過簡單的參數設置、查詢即可完成對通訊主機的配置，無論在現場安裝還是室內調試，均可顯著提高維護效率。該軟件具有設置井位參數、設置氣壓采集時間、設置短信發送時間、讀取緩存短信、保存/讀取歷史記錄等功能。

4．完成了地下水儀器設備信息管理系統的研發

以服務于地下水監測工作為目標，構建了功能完善的數據管理平臺，如圖3、4所示。實現了基于多源、多方式、多級別的監測數據接收和同步更新。與地下水遠程監測設備聯合，實現了監測設備的遠程管理。提出了多級多源地下水設備雙向遠程管理系統總體結構和解決方案，實現了從數據采集、傳輸、儲存到分析與發布的全過程地下水自動監測。該系統對設備信息及監測數據（水位、水溫、大氣壓等）進行三級（國家級、省級、地市級）物理存儲與三級管理，實現了三級信息的同步更新，更好地兼容了不同廠商提供的設備。

5．產品的工程化

開展了儀器的軟硬件設計文件的規范性與完整性的審核；開展了工程化設計，完成工程化的設計文件輸出；建立了生產作業指導書，完成生產導入文件輸出；編制了詳細工藝規程，形成了工藝規范文件；開展了質量可靠性保障試驗方法和流程優化設計。通過產品的工程化工作，提高了質量，降低了成本，實現了科研樣機向產品化的真正轉變。同時，積累了經驗，鍛煉了人才，規范了產品的研發，提高了技術人員的工程化能力，為今后科技成果的轉化奠定了基礎。

三、推廣應用情況

通過項目研究，提供了一套穩定可靠的監測設備和管理服務軟件，實現了地下水監測從傳統的人工監測到全自動監測的轉變。項目研究取得了突破性的進展，取得的成果達到了預期目標。目前項目成果已廣泛應用于地下水長期觀測、水資源調查、地表水長期監測、礦山水文監測等領域，應用范圍覆蓋河北、河南、湖北、湖南等十六個省市和國家的一些重大工程中，如南水北調、青藏鐵路沿線等。