【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及地下水环境监测，具体是指一种地下水位异常波动数据的自动监测系统及方法。
技术介绍
1、地下水资源是地球水资源的一部分，与大气降水资源和地表水资源密切联系，互相转化，在社会经济、生态环境中有着不可忽视的重要作用。地下水资源的保护工作直接影响到人民群众的生产生活，水资源的缺乏以及供需矛盾的激化，尤其是管理滞后，会导致地下水资源过度开采态势加剧，地下水位不断下降，很多井灌区的水井已经弃用，出水量显著下降，并且引发了地面沉降、土地沙化等一系列生态环境问题。地下水监测是认识和掌握地下水动态变化特征、制定合理开发利用与有效保护措施、防治和减轻地下水污染及其相关生态环境等问题的重要基础。
2、在地下水水位数据监测、传输与存储的过程中，由于受到环境、监测仪器和人为因素的影响，不可避免地会产生一些异常数据，在整体范围内，远离大部分数据的极值数据为统计异常数据，地下水水位异常数据主要成因有统计异常与环境异常两种类型，对于统计异常，由于地下水水位属于时间序列，其变化是连续的，监测器阵列在监测环境中长时间存在时，地下水的环境会对监测器阵列造成不同程度的物理影响，进而影响到监测精度，对于统计异常，用受限于数据的监测算法，模型等，在一点上，常规解决手段为剔除法、回归分析法、滤波技术等进行解决，但都存在着时间序列对应数据缺失的问题。
3、因此，亟待一种地下水位异常波动数据的自动监测系统及方法，通过物理手段减少环境因素导致的异常数据，还通过对异常数据的处理减少时间序列对应数据缺失造成监测精度的影响。
1、本专利技术目的在于提供一种地下水位异常波动数据的自动监测系统，以通过自动化的监测站点实现地下水数据的自动监测，还通过监测站点实现对监测器阵列的清洗保持监测精度；还在于提供一种地下水位异常波动数据的自动监测方法，通过对异常数据的处理减少时间序列对应数据缺失造成监测精度的影响。
2、本专利技术通过下述技术方案实现：。
3、一种地下水位异常波动数据的自动监测系统，包括云平台与若干带有监测井的监测站，所述监测井内设置有监测模块，所述监测模块内集成有用于监测地下水数据的传感器阵列，所述监测井还设置有用于清理传感器阵列的处理模块；所述监测站包括：与所述处理模块信号连接的控制模块，所述控制模块用于控制监测模块在监测井内的位置，还用于控制传感器阵列的处理过程；融合模块，与所述传感器阵列信号连接，用于判定并剔除地下水位的异常波动数据，并通过传感器阵列采集的数据融合得到融合数据，所述融合数据与剔除的异常波动数据的时间序列对应；通信模块，与所述融合模块、云平台信号连接，用于实现信息交互。
4、本专利技术通过在监测井内设置监测模块，利用监测模块内集成的传感器阵列进行数据采集，本实施例中的传感器阵列优选为同一种类下不同类型的传感器进行采集，如监测水位变化时，对于水位传感器，优选采用压力式水位计、浮子式水位计、电容式水位计、超声波水位计这四种传感器进行有序排列后组成阵列进行采集，且具有相同的采样间隔，当其中一个传感器出现异常数据后，同一时间序列下仍存在着正常的数据，考虑到传感器阵列出现异常波动数据的原因，本专利技术中，通过其余正常数据进行融合，得到能够反应出该时间序列下正常表征的正常数据，较之于常规的均质法、预测处理等，具有更加明显的数据表征性。
5、一种地下水位异常波动数据的自动监测方法，包括以下步骤：步骤1，数据采集，通过提升单元将监测模块下放至监测井水面，并控制监测模块至采集模式的设定位置；步骤2，数据处理，融合模块接收到步骤1中传感器阵列采集的数据后，判定并剔除地下水位的异常波动数据，并通过另外至少三组传感器阵列采集的数据融合得到融合数据，其中，所述融合数据与剔除的异常波动数据的时间序列对应；步骤3，数据交互，通过通信模块将步骤2中的融合数据与采集的正常数据发送至云平台。
6、本专利技术通过
7、本专利技术与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
8、1、本专利技术通过在监测井内设置监测模块，利用监测模块内集成的传感器阵列进行数据采集，本实施例中的传感器阵列优选为同一种类下不同类型的传感器进行采集，如监测水位变化时，对于水位传感器，优选采用压力式水位计、浮子式水位计、电容式水位计、超声波水位计这四种传感器进行有序排列后组成阵列进行采集，且具有相同的采样间隔，当其中一个传感器出现异常数据后，同一时间序列下仍存在着正常的数据，考虑到传感器阵列出现异常波动数据的原因，本专利技术中，通过其余正常数据进行融合，得到能够反应出该时间序列下正常表征的正常数据，较之于常规的均质法、预测处理等，具有更加明显的数据表征性；
9、2、本专利技术中的判断单元包括分解子单元、计算子单元、融合子单元和判定子单元，首先，分解子单元采用集合经验模态分解方法对传感器阵列采集的数据集进行降噪处理，eemd是一种自适应的信号处理方法，能够有效地从复杂的数据中提取出趋势和周期性成分，同时降低噪声的影响，通过这种方式，原始数据中的噪声被有效分离，为后续的异常检测提供了更清晰的数据基础；
10、3、本专利技术中，将来自多个传感器的数据结合起来以获得比单一传感器更准确、更全面的信息的方法，在地下水位监测的背景下，由于环境因素和传感器本身的限制，单一传感器的数据可能会受到干扰或产生误差，数据融合技术通过综合多个传感器的数据，可以减少这种干扰和误差，提高监测结果的准确性和可靠性，融合单元通过计算不同传感器数据的信息函数，如均值或方差，来评估数据的集中趋势和分散程度，然后，它利用这些统计量来加权和整合各个传感器的数据，最终得到一个综合的数据表示，这个表示能够更好地反映地下水位的真实情况。
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1.一种地下水位异常波动数据的自动监测系统，包括云平台与若干带有监测井(2)的监测站(1)，其特征在于：所述监测井(2)内设置有监测模块(3)，所述监测模块(3)内集成有用于监测地下水数据的传感器阵列(31)，所述监测井(2)还设置有用于清理传感器阵列(31)的处理模块(4)，
2.根据权利要求1所述的一种地下水位异常波动数据的自动监测系统，其特征在于：所述融合模块包括判断单元，所述判断单元包括：
3.根据权利要求2所述的一种地下水位异常波动数据的自动监测系统，其特征在于：计算子单元中的归一化计算满足：
4.根据权利要求2所述的一种地下水位异常波动数据的自动监测系统，其特征在于：所述融合模块包括与判定子单元信号连接的融合单元，所述传感器阵列包括若干间隔均布且用于采集监测井地下水位的水位传感器，当水位传感器出现异常值后，融合单元调用同一时间序列下的至少三组正常数据进行融合，融合过程满足：
5.根据权利要求1所述的一种地下水位异常波动数据的自动监测系统，其特征在于：所述处理模块(4)包括：
6.根据权利要求5所述的一种地下水
7.根据权利要求5所述的一种地下水位异常波动数据的自动监测系统，其特征在于：所述封闭件(44)包括与所述封闭筒(431)固定连接的封闭基座(441)，所述封闭基座(441)内转动设置有封闭盘(442)，所述封闭盘(442)上开设有若干封闭槽(443)，所述封闭基座(441)内还设置有与控制模块信号连接的电机，所述电机通过齿轮与所述封闭盘(442)连接，所述封闭基座(441)内还设置有若干封闭叶(444)，所述封闭叶(444)上下两端面均设置有限位杆(445)，且所述限位杆(445)与所述封闭槽(443)、封闭基座(441)内的开口配合，当电机启动时，通过封闭盘(442)的转动带动封闭叶(444)的开合。
8.一种地下水位异常波动数据的自动监测方法，其特征在于：基于权利要求6或7所述的一种地下水位异常波动数据的自动监测系统，包括以下步骤：
9.根据权利要求8所述的一种地下水位异常波动数据的自动监测方法，其特征在于：所述监测模块(3)包括水面模式与水下模式，水下模式包括悬浮模式与固定模式；
...【技术特征摘要】
1.一种地下水位异常波动数据的自动监测系统，包括云平台与若干带有监测井(2)的监测站(1)，其特征在于：所述监测井(2)内设置有监测模块(3)，所述监测模块(3)内集成有用于监测地下水数据的传感器阵列(31)，所述监测井(2)还设置有用于清理传感器阵列(31)的处理模块(4)，
2.根据权利要求1所述的一种地下水位异常波动数据的自动监测系统，其特征在于：所述融合模块包括判断单元，所述判断单元包括：
3.根据权利要求2所述的一种地下水位异常波动数据的自动监测系统，其特征在于：计算子单元中的归一化计算满足：
4.根据权利要求2所述的一种地下水位异常波动数据的自动监测系统，其特征在于：所述融合模块包括与判定子单元信号连接的融合单元，所述传感器阵列包括若干间隔均布且用于采集监测井地下水位的水位传感器，当水位传感器出现异常值后，融合单元调用同一时间序列下的至少三组正常数据进行融合，融合过程满足：
5.根据权利要求1所述的一种地下水位异常波动数据的自动监测系统，其特征在于：所述处理模块(4)包括：
6.根据权利要求5所述的一种地下水位异常波动数据的自动监测系统，其特征在于：所述监测模块(3)包括监测基座(32)，所述监测基座(32)内设置有用于改变监测模块(3)在监测井(2)地下水中高度的潜水器(33)，所述传感器阵列(31)设置在所述监测基座(32)下方，所述监测基座(32)内开设有若干滑槽(34)，...
【专利技术属性】
技术研发人员：张志鹏，刘灏，刘艳明，黄琴琴，董建兴，刘馨泽，刘树圃，罗小惠，杨涛，
申请(专利权)人：四川省地质环境调查研究中心，
类型：发明
国别省市：
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