Inteligentny system monitoringu obszarów wodnych

WATERMANAGER DL.WMS/GPRS/R

Szwajcarska firma STS Sensor Technik Sirnach AG jest producentem piezorezystancyjnych czujników ciśnienia i szerokiej gamy przetworników. W końcu lat 90. wprowadziła do produkcji autonomiczne dataloggery (rejestratory) ciśnienia poziomu i temperatury. Z tej grupy urządzeń największym powodzeniem cieszył się datalogger poziomu przeznaczony do monitoringu w hydrologii, hydrogeologii oraz obserwacji obszarów wodnych.

Pierwszy model dataloggera umożliwiał zapis 130 000 zdarzeń wg określonego przez użytkownika interwału. Następna wersja, która pojawiła się kilka lat później, została wzbogacona o dwie dodatkowe opcje (temperaturę i przewodność) oraz powiększoną pamięć, zdolną zapisać do 500 000 zdarzeń.

Na bazie zdobytych doświadczeń oraz potrzeb związanych z ochroną środowiska, hydrologią oraz koniecznością monitoringu obszarów wodnych, w 2010 r. wprowadzono do produkcji urządzenie będące inteligentnym rozwiązaniem systemowym o nazwie Watermanager.

Budowa

Urządzenie składa się z trzech elementów:

• wysokiej dokładności czujnka poziomu z wbudowanym czujnikiem temperatury,
• dataloggera z wbudowanym systemem/modułem elektronicznym i anteną,
• kabla łączącego obydwa elementy, o maksymalnej długości 250 m.

Uzupełnieniem całości jest specjalistyczne wielofunkcyjne oprogramowanie oraz akcesoria niezbędne do montażu i eksploatacji urządzenia. Celem uzyskania stabilnych warunków pracy dla układu elektronicznego, każdy datalogger wyposażony został w dwa bardzo efektywne absorbery wilgoci.

Przeznaczenie

Watermanager przeznaczony jest do zastosowań w hydrologii, systemach monitoringu i zarządzania obszarami wodnymi. Dzięki wielofunkcyjnemu oprogramowaniu może być stosowany w centrach zarządzania kryzysowego w przypadku dużych opadów deszczu i związanego z tym zagrożenia powodziowego, a także w okresie wiosennych roztopów.

Oprogramowanie pozwala na ciągły monitoring i cykliczny przekaz danych do centrum zarządzania. Wystąpienie podwyższonego poziomu wody powoduje automatycznie częstsze przekazywanie przez urządzenie danych pomiarowych, z możliwością jednoczesnego rozsyłu informacji do służb odpowiedzialnych za przygotowanie odpowiednich działań i zapewnienie bezpieczeństwa w przypadku eskalacji zagrożenia.

Montaż

Urządzenie przystosowane jest do montażu w rurze z tworzywa o średnicy wewnętrznej 50 mm, zamocowanej w dowolnym miejscu w terenie. Konstrukcja obudowy dataloggera posiada stopień ochrony IP68 zapewniający całkowitą szczelność w okresie 24 godzin na głębokości do 1 m. Przygotowane miejsce montażu powinno być zabezpieczone przed zdarzeniami niszczącymi w przypadku powodzi, wiosennych roztopów itp. Jedynym wymaganym do montażu warunkiem jest dostępność sygnału GSM.

Dane techniczne

Pomiar poziomu:

• zakres mierzony od 0…1 m H₂O do 0…250 m H₂O
• klasa dokładności lepsza niż 0,1 %
• temperatura medium –5…+50 °C
• kompensacja temperatury w całym zakresie

Pomiar temperatury:

• zakres –5…+50 °C

Datalogger:

• zasilanie 3,0 V lub 3,6 V, bateryjne
• pamięć 250 000 zdarzeń
• wbudowana antena 900/1800 MHz
• programowalny interwał zapisu danych od 2 s do 12 h
• temperatura otoczenia –30… +85 °C
• częstotliwość GPRS 850/900/1800/1900 MHz
• stopień ochrony obudowy IP68/24h/1 m

Przekaz danych

Urządzenie przeznaczone jest do pracy autonomicznej. Może być instalowane wszędzie tam, gdzie dostępny jest sygnał GSM, będący podstawowym warunkiem łączności między urządzeniem i serwerem, do którego według zaprogramowanego interwału będą przekazywane zapisane w pamięci dataloggera informacje. Przekaz danych, wg skonfigurowanego oprogramowania, dokonywany jest za pomocą transmisji GPRS do serwera, gdzie dane są zapisywane, a następnie przekazywane użytkownikom systemu. Zapisane dane dotyczące poziomu i temperatury wody, stanu napięcia baterii, wilgotności i temperatury w obudowie watermanagera wyświetlane są na ekranie komputera w postaci graficznej i tabelarycznej w odniesieniu do czasu rzeczywistego.

Zdalny odczyt danych

Wraz z urządzeniem dostarczany jest interfejs WMS USB 433 MHz, pozwalający na komunikację z komputerem PC z odległości 20 m. Jest to zapasowa funkcja komunikacji z dataloggerem, umożliwiająca konfigurację oprogramowania, zmianę ustawienia alarmów, adresatów e-mail oraz odczyt danych bez korzystania z sieci GSM.

Oprogramowanie

Dostarczane przez firmę STS oprogramowanie Client Watermanager zostało opracowane z uwzględnieniem najnowszych wymagań stawianych systemom ciągłego monitoringu obszarów wodnych w stosunku do statystyk, bieżącej kontroli stanu wód, czy systemów wczesnego ostrzegania, związanymi z zagrożeniami lub stanami nadzwyczajnymi. Użytkownik systemu może skonfigurować poszczególne opcje tak, aby otrzymywać właściwy dla swoich potrzeb poziom szczegółowości informacji.

Z poziomu użytkownika można zaprogramować następujące funkcje:

• czas próbkowania poziomu i przesyłu danych,
• ustawienie wartości alarmowych minimum i maksimum poziomu wody,
• interwał wysyłania alarmów SMS,
• częstotliwość zapisu własnej temperatury i wilgotności,
• adresatów e-mail,
• eksport danych do programu Excel.

Wszechstronność oprogramowania pozwala na zaprogramowanie funkcji alarmowych. W sytuacji, gdy skonfigurowany poziom maksimum zacznie zmieniać się (wzrastać) w krótkim czasie, system przechodzi do trybu przyspieszonego próbkowania, przekazując stosowne informacje do serwera i rozsyłając powiadomienia do adresatów obligatoryjnych np. lokalnej administracji, straży pożarnej, centrów zarządzania kryzysowego itp. Oprogramowanie oferuje funkcję rejestru wszystkich zdarzeń związanych z zaprogramowanymi pomiarami, stanami awaryjnymi oraz wszystkich wejść użytkownika wraz z zapisem zmian wprowadzanych do konfiguracji systemu w czasie rzeczywistym.

System zasilania

Ze względu na przewidywaną eksploatację urządzenia w różnych warunkach terenowych (z utrudnionym dostępem włącznie) datalogger zasilany jest bateryjne. Stosowane mogą być baterie alkaliczne 2  ×  1,5  V lub jedna bateria litowa 3,6 V. Trwałość baterii uzależniona jest od częstotliwości przeprowadzanych pomiarów oraz przekazu danych do serwera. W czasie eksploatacji energia z baterii pobierana jest tylko podczas przeprowadzanych pomiarów, przesyłu danych lub łączności radiowej do zdalnego odczytu danych w miejscu pracy dataloggera.

Proponowane przez firmę STS baterie litowe o podwyższonej pojemności 45 Ah przystosowane są do pracy w bardzo szerokim zakresie temperatur, od –55 °C do +80 °C. W zależności od częstotliwości wykonywanych pomiarów i przesyłu danych, ogniwa starczają na okres eksploatacji od 2 do 5 lat. Z obserwacji funkcjonującego od 3 miesięcy projektu pilotażowego wynika, że bateria litowa pracuje niezwykle stabilnie, i w przypadku minimalnego obniżenia napięcia spowodowanego niską temperaturą, po wzroście temperatury wartość napięcia baterii odbudowywuje się.

Diagnostyka dataloggera

Biorąc pod uwagę konieczność zarządzania urządzeniami rozmieszczonymi w znacznych odległościach od centrum monitoringu, wymagane jest uzyskiwanie na bieżąco niezbędnych informacji o ich stanie technicznym. Dla zapewnienia bezawaryjnej pracy i właściwego przekazu danych, urządzenie wyposażono w system diagnostyki monitorujący kondycję urządzenia.

Układ diagnostyki przekazuje na bieżąco:

• stan zużycia energii baterii,
• stan zapełnienia pamięci dataloggera,
• temperaturę wewnątrz obudowy,
• wilgotność wewnątrz obudowy,
• siłę sygnału radiowego.

Dla szybkiego określenia stanu poszczególnych funkcji zastosowano odpowiednią kolorystykę poszczególnych parametrów wyświetlanych na ekranie.

Zalety techniczno-eksploatacyjne

Urządzenie zostało zaprojektowane w sposób zapewniający wszechstronność, zarówno pod kątem funkcjonalności systemu, jak również niezwodności i wymagań eksploatacyjnych. System selekcji komponentów, zastosowanie najnowszych rozwiązań technologicznych, niezawodny system samodiagnostyki oraz wysokie wymagania standardów jakościowych sprawiają, że urządzenie jest niezwykle przyjazne dla użytkownika. Dodatkową, niezwykle istotną dla użytkownika zaletą urządzenia jest system zapisu rejestrów w czasie rzeczywistym, zarówno informacji odnośnie przesyłu danych, wszelkich zmian w ustawieniach wprowadzonych przez użytkowników, jak również ich zalogowania do systemu. Z poziomu administratora możliwe jest odczytanie wszystkich zdarzeń, z identyfikacją poszczególnych użytkowników włącznie.

Projekt pilotażowy w Polsce

Pod wpływem dużego zainteresowania, jakie wzbudziło prezentowane rozwiązanie podczas cyklu prezentacji przeznaczonych dla uniwersytetów, Instytutu Meteorologii i Gospodarki Wodnej oraz Regionalnych Zarządów Gospodarki Wodnej, w lutym bieżącego roku wspólnie z Oddziałem IMGW we Wrocławiu uruchomiony został projekt pilotażowy w Bystrzycy Kłodzkiej, monitorujący poziom Nysy Kłodzkiej. Po blisko trzech miesiącach eksploatacji należy stwierdzić, że system dokonuje pomiarów poziomu wody i temperatury z dokładnością do trzech cyfr po przecinku, a jego praca jest bardzo stabilna.

Po trzymiesięcznej obserwacji pracy systemu można sformułować już pierwsze wnioski i zaobserwować pewne zależności. Bardzo szczelna obudowa oraz pochłaniacze zapewniają bardzo niski, bo nieprzekraczający 4 % RH, poziom wilgotności wewnątrz dataloggera. Poziom ten waha się w niewielkim stopniu w zależności od wzrostu lub spadku temperatury, i porównując zapisane wykresy temperatury i wilgotności, widoczna jest wyraźna zależność obydwu tych parametrów. Z kolei wykres temperatury wody w rzece, mimo dużych wahań temperatury otoczenia, pokazuje bardzo wolną dynamikę zmian.

Jerzy Jackiewicz
Dyrektor Poltraf Sp. z o.o.
tel. +48 58 557 52 07
e-mail: info@poltraf.com.pl
www.poltraf.com.pl

źródło: Poltraf