我国自上世纪70年代开始地下水监测仪器研制以来，历经二十多年的发展，已具有一定研究、开发和生产能力，特别是各种仪器的数据处理系统及自动控制系统的新近研究成果，使我国在地下水环境监测仪器研究迈上了一个新的台阶，但现有的监测方式难以实现监测仪器的动态管理。现阶段对于安装在野外的地下水监测仪器，地下水管理部门都采取了一定的安全措施，在一定程度上保证监测仪器的正常运行，可对于监测仪器的运行状况（运行状态、电池状态、数据存储情况等）却无法进行实时监控，只有在专业监测人员取数据时才能了解监测仪器的情况。如果监测过程中监测仪器发生了故障，则会造成监测数据的丢失，严重影响地下水监测工作的质量。为了解决上述问题，中国地质调查局于2012年启动了“实用地下水监测技术研究与示范”地质调查项目，旨在形成具有自主知识产权的地下水自动监测技术产品，实现地下水动态信息的自动监测、传输、远程管理。
项目通过开展地下水动态数据获取和传输技术研究，研发了适合我国国情的地下水监测系列仪器，开发了基于网络的多级多源远程管理软件，构建了集地下水动态数据自动采集、存储、传输、管理与远程控制的信息服务平台，为我国地下水环境监测网的建设和运行提供了可靠的监测设备和管理服务软件。“实用地下水监测技术研究与示范”项目由中国地质调查局水文地质环境地质调查中心主持承担，主要完成人有史云、冯建华、袁爱军、张磊、张建伟、李康、庞丽丽、张京城等。
一、研究内容
针对我国地下水环境监测技术现状及存在问题，特别是针对地下水信息采集、网络构建、综合管理等方面展开深入研究。在以往研究成果的基础上，从数据采集、远程传输、综合管理等问题入手，开展重点攻关和集成研究，通过成果的应用示范，提交实用有效的监测技术产品。
1．地下水动态监测系列仪器研发。开展地下水信息获取技术研究，研发地下水水位、水温自动监测仪器，并实现实用化、商品化。
2．地下水远程传输仪器研发与试验。开展地下水信息传输技术研究，研发短信数据传输、网络数据传输等系列传输设备，形成具有自主知识产权的国产品牌。
3．地下水监测综合管理系统开发。研发多级多源设备远程管理系统，为我国地下水监测网的建设和运行提供稳定可靠的监测设备和管理服务软件。
二、取得的成果
1．地下水动态自动采集仪器研制
地下水动态自动采集仪器主要由四大部分构成：信号采集部分、数据存储部分、逻辑控制部分、上位机数据处理部分。实物如图1所示。探头中信号采集部分主要由水压力温度感知芯体、滤波电路、信号放大电路、接口电路组成；主机中数据存储部分和逻辑控制部分主要由Flash存储电路、电源管理电路、气压平衡电路、外部实时时钟电路、各种接口电路和逻辑控制单元组成；上位机部分包括外部实时时钟读写功能、井位信息和参数设置功能、历史数据读取功能和数据处理功能。地下水动态自动监测装置采用低功耗的微处理器为控制核心，采用锂电池供电，以压力、温度感知探头实现水位、水温信息的采集，仪器存储部分装有高精度的气压传感器，能够消除大气压对地下水监测采样的影响，从而实现高精度的地下水监测。
2．研发了地下水动态远程传输实用产品
系列化通讯主机的成功研制，实现了监测设备的多源、多方式。数据传输装置包括监测数据的传输和外界气压的采集，其中气压的采集频率与水下的数据采集系统采样频率相一致，气压数据自动存储于数传装置的内部存储器中。数据采集系统和数据传输装置均为全自动无人值守工作、定时周期可根据用户需要自行设置。当数据传输装置中的定时系统定时时间到达时，数据传输装置被启动并同时唤醒井下的数据采集系统，将井下的水位、水温以及数据传输装置采集到的气压数据一并传送到控制中心站，完成一次数据上传循环之后，数据传输装置和井下设备掉电，进入休眠状态。传输系统研制包括与荷兰diver、美国in-situ和水环中心自主研发仪器连接的系列传输设备的研发。
3．传输仪器上位机软件的研制
上位机操作软件主要是对地下数据传输装置进行设置和操作，采用微软公司的visual studio软件开发。从国内地下水监测应用需求出发，设计了操作简捷、用户界面友好的通讯主机操作程序，用户可以应用该程序通过简单的参数设置、查询即可完成对通讯主机的配置，无论在现场安装还是室内调试，均可显著提高维护效率。该软件具有设置井位参数、设置气压采集时间、设置短信发送时间、读取缓存短信、保存/读取历史记录等功能。
4．完成了地下水仪器设备信息管理系统的研发
以服务于地下水监测工作为目标，构建了功能完善的数据管理平台，如图3、4所示。实现了基于多源、多方式、多级别的监测数据接收和同步更新。与地下水远程监测设备联合，实现了监测设备的远程管理。提出了多级多源地下水设备双向远程管理系统总体结构和解决方案，实现了从数据采集、传输、储存到分析与发布的全过程地下水自动监测。该系统对设备信息及监测数据（水位、水温、大气压等）进行三级（国家级、省级、地市级）物理存储与三级管理，实现了三级信息的同步更新，更好地兼容了不同厂商提供的设备。
5．产品的工程化
开展了仪器的软硬件设计文件的规范性与完整性的审核；开展了工程化设计，完成工程化的设计文件输出；建立了生产作业指导书，完成生产导入文件输出；编制了详细工艺规程，形成了工艺规范文件；开展了质量可靠性保障试验方法和流程优化设计。通过产品的工程化工作，提高了质量，降低了成本，实现了科研样机向产品化的真正转变。同时，积累了经验，锻炼了人才，规范了产品的研发，提高了技术人员的工程化能力，为今后科技成果的转化奠定了基础。
三、推广应用情况
通过项目研究，提供了一套稳定可靠的监测设备和管理服务软件，实现了地下水监测从传统的人工监测到全自动监测的转变。项目研究取得了突破性的进展，取得的成果达到了预期目标。目前项目成果已广泛应用于地下水长期观测、水资源调查、地表水长期监测、矿山水文监测等领域，应用范围覆盖河北、河南、湖北、湖南等十六个省市和国家的一些重大工程中，如南水北调、青藏铁路沿线等。
