一种电阻式水位计智能反演地层渗透参数系统的制作方法

本发明涉及水文与工程地质测量，更具体的公开了一种电阻式水位计智能反演地层渗透参数系统。

背景技术：

1、随着水文地质调查与工程勘察工作的不断发展，现场获取地层渗透性参数的需求日益迫切，电阻式水位计作为一种可实现水位自动化远程监测的成熟硬件，其基本原理为：沿测量载体均匀布设水位测量电阻群，水面短接同一水平面的导线后，水位以下电阻失效，由电流计采集回路电流，mcu依据欧姆定律反推有效电阻数量从而得到孔内水位值，并通过无线网络上传带时间戳的水位序列‌。

2、现有技术中，公告号为cn118149923a的文件公开了“一种新型电阻式全自动可通信记录水位计”，包括水位测量电阻群、电流计以及mcu，所述电流计连接所述水位测量电阻群，所述mcu连接所述电流计，所述水位测量电阻群包括第一导线和第二导线，所述第二导线上均匀布置了若干电阻，所述第一导线靠近电阻的一侧暴露在空气中且与所述第二导线上的电阻距离近，本发明可以有效解决目前水位测量不精确、数据不能实时上传计算、无法与智能设备联动的问题，使水位测量具效率，而且可以循环使用，最重要的是节约人力和时间，可拆卸模组的设计可以使得故障率大幅度降低，整个系统能自动化进行。

3、综上，现有技术虽然通过提高水位测量精度，实现数据实时上传与远程计算，支持与智能设备联动，全自动运行且可循环使用，大幅节约人力和时间，同时通过可拆卸模组降低故障率，并支持太阳能电池选装及4g/wifi通信，使电池续航管理和远程监测能力显著提升；但是现有技术仅能输出水位时序，无法自动反演渗透系数、导水系数等关键地层参数，需人工离线后处理，且多通道采样不同步、传感延迟和流量累计错位导致反演系统性偏差，试验工况依赖人工判定，难以全流程自动化，跨节点时钟独立，多井联合反演精度不足，固定采样模式也无法兼顾关键过程数据密度与野外低功耗需求。

技术实现思路

1、本发明主要解决的技术问题是提供一种电阻式水位计智能反演地层渗透参数系统，能够解决背景技术中所提出的问题。

2、为解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，更具体的说是一种电阻式水位计智能反演地层渗透参数系统，包括：水位测量电阻群、电流计、mcu、云平台；

3、所述水位测量电阻群沿测量载体均匀布设，通过水面短接同水平面导线的方式对应孔内不同水位高度；

4、所述电流计与水位测量电阻群电性连接，采集测量回路的电流数值；

5、所述mcu与电流计电性连接，根据电流数据解算孔内水位值，将水位数据打上时间戳后经无线网络实时上传至云平台；

6、所述云平台内置工况识别引擎与反演算法引擎，工况识别引擎用于根据上传的水位响应形态识别试验工况，反演算法引擎用于通过水头随时间的衰减曲线拟合特征时间，进而反演得到地层渗透系数。

7、更进一步的，所述反演算法引擎可分别适配段塞试验与钻孔降水头注水试验两类工况，针对不同工况采用对应的计算逻辑得到地层渗透系数。

8、更进一步的，还包括接入mcu的流量计与压力传感器，mcu对各通道数据进行同步采样并通过单调计数器统一打时标；云平台还内置多通道时序对齐引擎，对多通道数据进行时序校准。

9、更进一步的，所述多通道时序对齐引擎对各通道按预先标定的传感延迟进行补偿，将脉冲累计的流量值归算至其积分窗口中点，再经统一时间栅格重采样得到同一时刻的水头、流量、压力三元组。

10、更进一步的，所述反演算法引擎适配压水试验工况，结合试段有效压力、压入流量与试段长度计算得到地层透水率；反演算法引擎适配抽水非稳定流工况，采用cooper-jacob直线法计算得到地层导水系数与储水系数。

11、更进一步的，单节点内的同步采样由硬件定时器中断同时锁存各通道数据；多个钻孔节点之间通过gnss-pps秒脉冲驯服各节点实时时钟，实现跨节点统一标准时间；mcu维护单调时标至标准时间的映射锚点，授时失锁时进入频率保持模式并上报时钟误差估计值。

12、更进一步的，mcu采用双模采样机制，常态下执行定时采样，当检测到水位变化速率超过预设阈值时，事件触发提高采样频率。

13、更进一步的，mcu与云平台之间采用mqtt over tls协议进行通信，上行数据与下行指令分独立主题传输，支持断点续传与指令签名校验。

14、更进一步的，云平台采用时序数据库存储水位、流量、压力的高频采样数据，采用关系数据库存储钻孔与设备元数据、传感器标定参数、试验台账及反演成果数据。

15、一种地层渗透参数反演方法，包括：通过台架的公共物理激励与高速数据采集获得基准真值时间线，与各通道上报时标对比以标定各通道传感延迟并写入所述多通道时序对齐引擎，使节点内通道偏斜与跨节点utc偏差控制在试验所需容差内，再根据对齐后的三元组进行渗透参数反演。

16、本发明一种电阻式水位计智能反演地层渗透参数系统的有益效果为：

17、通过端云协同的系统架构设计，不仅在水位测量硬件基础上直接扩展了地层渗透参数智能反演能力，还通过多通道时序对齐机制消除了传感器延迟、采样速率差异及流量累计错位带来的系统性误差，使压水试验与抽水非稳定流试验的参数反演结果更加准确可靠；

18、同时，通过工况自动识别与算法路由实现了从数据采集到成果输出的全流程无人值守运行，大幅降低了人工操作成本与判定误差；

19、此外，通过独立的gnss-pps授时架构与自适应双模采样机制，既保障了多井联合反演的时间同步精度，又兼顾了关键过程数据密度与野外低功耗运行需求，并且系统支持分阶段扩展升级，具有良好的投资保护性。

1.一种电阻式水位计智能反演地层渗透参数系统，其特征在于，包括：水位测量电阻群、电流计、mcu、云平台；

2.根据权利要求1所述的一种电阻式水位计智能反演地层渗透参数系统，其特征在于：所述反演算法引擎可分别适配段塞试验与钻孔降水头注水试验两类工况，针对不同工况采用对应的计算逻辑得到地层渗透系数。

3.根据权利要求1所述的一种电阻式水位计智能反演地层渗透参数系统，其特征在于：还包括接入mcu的流量计与压力传感器，mcu对各通道数据进行同步采样并通过单调计数器统一打时标；云平台还内置多通道时序对齐引擎，对多通道数据进行时序校准。

4.根据权利要求3所述的一种电阻式水位计智能反演地层渗透参数系统，其特征在于：所述多通道时序对齐引擎对各通道按预先标定的传感延迟进行补偿，将脉冲累计的流量值归算至其积分窗口中点，再经统一时间栅格重采样得到同一时刻的水头、流量、压力三元组。

5.根据权利要求1所述的一种电阻式水位计智能反演地层渗透参数系统，其特征在于：所述反演算法引擎适配压水试验工况，结合试段有效压力、压入流量与试段长度计算得到地层透水率；反演算法引擎适配抽水非稳定流工况，采用cooper-jacob直线法计算得到地层导水系数与储水系数。

6.根据权利要求1所述的一种电阻式水位计智能反演地层渗透参数系统，其特征在于：单节点内的同步采样由硬件定时器中断同时锁存各通道数据；多个钻孔节点之间通过gnss-pps秒脉冲驯服各节点实时时钟，实现跨节点统一标准时间；mcu维护单调时标至标准时间的映射锚点，授时失锁时进入频率保持模式并上报时钟误差估计值。

7.根据权利要求1所述的一种电阻式水位计智能反演地层渗透参数系统，其特征在于：mcu采用双模采样机制，常态下执行定时采样，当检测到水位变化速率超过预设阈值时，事件触发提高采样频率。

8.根据权利要求1所述的一种电阻式水位计智能反演地层渗透参数系统，其特征在于：mcu与云平台之间采用mqtt over tls协议进行通信，上行数据与下行指令分独立主题传输，支持断点续传与指令签名校验。

9.根据权利要求1所述的一种电阻式水位计智能反演地层渗透参数系统，其特征在于：云平台采用时序数据库存储水位、流量、压力的高频采样数据，采用关系数据库存储钻孔与设备元数据、传感器标定参数、试验台账及反演成果数据。

10.一种采用如权利要求4所述系统的地层渗透参数反演方法，其特征在于：通过台架的公共物理激励与高速数据采集获得基准真值时间线，与各通道上报时标对比以标定各通道传感延迟并写入所述多通道时序对齐引擎，使节点内通道偏斜与跨节点utc偏差控制在试验所需容差内，再据对齐后的三元组进行渗透参数反演。