一种盐碱地强排井在线监测方法及装置

本发明属于水文监测，更具体的说涉及一种盐碱地强排井在线监测方法及装置。

背景技术：

1、盐碱地是指土壤中含有大量可溶性盐分和碱性物质的区域，其特殊的地质和水文条件导致地下水位高、蒸发量大、水盐运动复杂，对农业生产与生态环境造成了显著影响。近年来，随着农业现代化进程加快，盐碱地治理成为亟待解决的重大科学与工程问题。强排井作为治理盐碱地的重要工程措施，通过有效抽排地下水、调整地下水位和控制土壤盐分，极大改善了土壤质量和作物生长环境。然而，现有强排井的监测与运维通常依赖人工巡查或简单的仪器定期采样，不仅效率低、耗时长，且采集的数据实时性和完整性不足，难以满足精细化管理和科学决策的需求。

2、随着智慧农业、生态环境监测等领域对水位、水质等关键指标高频实时监控的需求不断增加，单一的人工或离线监测模式已无法应对井群运行中出现的各种突发状况，如水位异常波动、水质污染事件或设备故障等，容易造成地下水过度抽排、土壤盐分回流、能源浪费甚至对整个排水系统运行安全带来隐患。同时，由于盐碱地环境本身具有高腐蚀、高沉淀、高变动性的特点，传统监测设备容易受井底沉淀物堵塞、传感器失效及电缆损坏等影响，导致监测数据丢失或误报，维护成本高，数据可靠性无法保障，这进一步限制了强排井长期、高效、自动化运行。

3、近年来，物联网技术、智能传感、边缘计算和大数据云服务的迅速发展为盐碱地强排井运行监测提供了全新的技术手段。通过布设多点水位、水质传感器，配备远程数据采集、云端同步存储和智能控制模块，可以实时获取地下水动态及水质信息，支持自动排水、智能预警与设备自检，大大提升了排水工程的自动化、智能化水平。同时，云端与本地多重数据存储、移动端远程管理等功能实现了数据安全、便捷访问及工程决策的科学化，有助于优化井群运行、降低人工成本、提升水环境治理效率。

4、尽管如此，在实际应用过程中，如何确保监测设备在高盐高碱复杂环境下可靠运行并完成长期数据稳定采集、通信和智能响应，仍然需要关键技术创新与系统集成。因此，针对盐碱地强排井运行监测存在的实时性、可靠性、智能化不足等问题，开发高可靠性、智能化的在线监测装置，具有重要的工程价值和现实意义。

技术实现思路

1、本发明旨在解决现有盐碱地地下水强排井监测存在的数据采集实时性和连续性不足、井下设备运行环境复杂导致监测系统稳定性与精度低、人工运维效率低、故障难以快速定位与响应，以及水位水质异常无法及时预警与科学调度的问题，提供一种具备高可靠性、自动化、智能化的数据采集与智能管理的在线监测装置和方法，以实现地下水动态信息的高频准确监测、井群高效协同管理与盐碱地生态水环境智能调控。

2、为了实现上述目的，本发明是采用以下技术方案实现的：

3、所述的方法，包括：

4、井位匹配与地质适应分层，针对盐碱地的复杂地质条件，采用区域遥感数据结合井点历史数据，不仅考虑地表特征，还会主动分析地下盐碱分布、含水层与隔水层的空间关系，

5、根据变化趋势生成井位调整建议，利用多源数据，动态分层并自动匹配最优井点位置；

6、井下传感组网与自适应数据冗余压缩，在确定井位后，布置多元传感器组，通过自适应冗余压缩机制进行数据整合，

7、根据传感器的空间距离与历史相关性，实时调整采集频率和数据压缩比，避免传统定周期式采集造成的冗余数据；

8、构建多视点异常监测算法：不同于传统单点阈值判断，该算法融入外部气象、水资源调度和土壤变化环境因子，通过多维度相关性和短周期趋势分析，动态生成多视点警戒模型，

9、当井排水或盐分异常时，区分环境骤变与井自身故障，并优化报警策略；

10、智能决策反馈与并行调度优化，所有监测结果和异常分析通过智能决策反馈环自动发送至调度终端，调用并行优化算法，协同考虑井位调整、排水节奏、人员配置多因素，提出实时响应和预警行动方案。

11、在一个方案中，所述的井位匹配与地质适应分层，包括：利用区域遥感卫星高光谱影像和无人机低空影像数据，对盐碱地表盐渍化程度、植被覆盖与地貌微地形进行特征判别，结合历史井点空间分布数据，包含井深、井龄和长期含盐量变化信息，构建空间关系网络；

12、进一步，对地下盐碱分布、含水层和隔水层结构进行多源动态重建，并结合自学习与贝叶斯插值，提升地下剖面预测能力；

13、采用多层感知器拟合分层含水率变化，识别不同水层及异常盐分攀升点，与大地水文模型联合校正。

14、在一个方案中，所述的井下传感组网与自适应数据冗余压缩，包括：针对确定井位后布置的多参数传感器，构建分布式协同物联网，并采用低功耗无线网状协议实现传感节点互联与动态自组织；

15、各节点根据空间距离和历史相关性动态调整自身采集频率与本地原始数据的压缩参数，利用动态信息熵-协同降采样算法自动识别数据冗余度，按环境变化自适应调控数据采集周期。

16、在一个方案中，所述的构建多视点异常监测算法，包括：将井组的状态向量与外部气象、区域水资源调度及土壤水盐变化多源因子汇聚为时空因子向量，依据短周期滑动窗，在中央处理节点通过非线性相关性矩阵分析，动态捕捉多参数间的耦合联动与异步响应特征；

17、根据动态相关与时滞回归，自动区分环境因素驱动的异常波动和井泵、传感系统本体的故障。

18、在一个方案中，所述的智能决策反馈与并行调度优化，包括：所有监测指标与异常分析结果作为多维输入，自动反馈至调度终端，集成动态环境数据、井组运行态势、异常溯源警报及历史维护记录，编码为状态向量，提供决策引擎输入；

19、调度目标包括协同优化井位调整、排水节奏、人员配置、维护频次综合行动，调度方案生成过程中，基于分布式任务图设计，节点代表井或人员，边代表操作依赖关系，捕捉任务协同与冲突，并行优化核心融合多目标遗传算法与深度强化学习，通过调度操作序列进行资源消耗约束、风险指标及经济效益的多目标评估，自动并行评估候选方案，筛选高效组合。

20、在一个方案中，井位匹配过程采用多目标进化算法，融合综合排水效能、施工维护成本及井间冗余度动态筛选最优井组布局，并通过实时数据反馈机制，自动检核新井运行数据与分层预测结果偏差，推动空间分层与井位联动优化。

21、在一个方案中，压缩机制根据信息冗余度和节点优先级，采用关键帧感知压缩，自动识别并强化保留关键监测时刻数据，平稳段数据以代表性采样进行压缩；

22、节点通信采用事件驱动型局部广播，探测到异常时，邻域节点联动调整采样密度，异常消退后恢复自适应设置。

23、在一个方案中，利用自适应聚类-判别机制，以时间序列聚类方法获取联合概率分布，形成常态行为轮廓，实时计算异常概率分数，并结合短时滑窗内极值监控和突变检测，以及多因子趋势偏离量与历史环境驱动参考模型对比，对每一高分异常经智能因果拆解模块分析后，自动标记为外部驱动型异常或本体故障。

24、再一方面，一种盐碱地强排井在线监测装置，所述的装置适用于所述的监测方法，所述的装置，包括：

25、至少一组水位传感器和至少一组水质传感器，所述水位传感器设置于井内低于最低控制水位的位置且高于井底10厘米以上，水质传感器可根据实际需求布设于井内不同深度，所述传感器均通过线缆固定，防止位置移动及沉淀堵塞；

26、设备控制单元，与所述传感器电连接，配置有可接入水泵控制电路的控制端口和宽电压输入电源端口（输入电压范围12-100v），以及便于连接的开关和状态指示灯，设备在通电后具备自动自检及指示功能，能实现水泵的自动控制；

27、数据采集与存储模块，能够设定并调整数据采样频率、参数阈值和数据上报间隔，实现采集的实时数据一方面通过无线通信上报至云端平台，另一方面存储于机身内置存储单元，且具备type-c接口便于本地数据导出，具备云端与本地数据双重存储和防丢失机制；

28、远程监控与参数配置功能，用户可通过pc端或移动端输入设备id并选择相应设备，远程设定工作参数、实时查看设备状态和监测数据，所述云端平台能实现数据下载、管理及历史访问；

29、所述监测装置能与多传感器组网、数据自适应压缩、智能决策反馈功能集成，通过多源环境与地下信息采集，结合井下协同监控与自动预警，实现盐碱地强排井工作的动态在线监测与调控。

30、本发明有益效果：

31、本发明通过集成高精度水位和水质传感器、低功耗无线通信、智能数据处理和远程控制等技术，显著提升了盐碱地强排井运行监测的智能化和自动化水平，实现了地下水位及水质参数的实时动态采集与远程传输，有效弥补了传统人工巡检和单一仪器定期采样在时效性、连续性和覆盖面上的不足。本发明所提供的在线监测装置，能够及时发现水位异常、设备故障和水质异常等多种运行风险，支持智能预警和主动调度，极大提高了排井系统运行的安全性和科学性。同时，该装置的高适应性和模块化设计确保其在高盐高碱等复杂环境下依然能够长期稳定工作，降低了人工维护成本，减少了运维负担，为井群协同优化和区域水盐动态精准调控提供了坚实的数据支撑。整体上，本发明不仅提升了盐碱地强排井管理的技术水平和经济效益，还促进了农业可持续发展和生态环境安全修复。