本地存储‑云平台远传一体化热响应测试数据采集系统研究

【资料简介】

本地存储‑云平台远传一体化热响应测试数据采集系统研究

摘要

传统岩土热响应测试仪大多只有本地存储，野外值守压力大，试验异常无法及时发现。北京鸿鸥成运仪器设备开发组态触控屏采集系统，支持多档数据记录间隔，具备断电记忆功能；既支持本地U盘导出全部原始试验数据，又可实现云平台远程监测、远程提取试验数据。本文介绍采集系统软硬件架构，断电记忆保护机制；分析U盘本地导出、云端远传两种模式各自适用场景；对比传统设备，分析远程监测在野外无人值守测试中的优势；介绍系统存储参数清单：实时流量、埋管进水温度、出水温度、平均加热功率、实时电功率、累积耗电量。结合工程案例，说明云平台可以实时监控流量、温度异常，及时发现管路漏气、断电等故障，减少试验作废风险。

关键词：岩土热响应测试；数据采集；云平台远传；断电记忆；组态触控屏；地源热泵原位测试

0 引言

岩土热响应完整试验周期通常持续48‑72h，部分项目甚至需要更长连续测试时间。传统设备仅依靠本地存储，需要人员高频次前往现场巡检。野外施工现场条件复杂，存在意外断电、管路进气、循环泵故障等各类突发状况。一旦出现故障，如果不能及时察觉，几十小时试验数据直接作废，带来工期延误与经济损失。

部分老旧设备断电之后内存内部全部原始数据丢失，只能重新启动试验。随着物联网技术发展，测试仪器向数字化、网络化升级。北京鸿鸥成运仪器设备研发一体化采集存储系统，集成组态触控屏，实现本地U盘存储+4G云平台远传双链路，配套断电记忆功能，可自由设置数据记录时间间隔，最大适配300m钻孔热响应测试。本文针对该采集系统开展研究。

1 热响应测试数据采集现存痛点

第一，存储方式单一，仅本地存储，没有远程查看能力，故障发生后不能第一时间获知；

第二，无断电记忆，意外停电，全部历史采集数据丢失；

第三，记录间隔固定，不能根据项目需要灵活调整采样周期；

第四，人机交互简陋，现场查看实时参数不方便；

第五，原始数据导出操作繁琐，数据格式不规范，不利于后期软件解析。

针对以上问题，本套采集系统从硬件、软件、存储链路多维度进行优化。

2 鸿鸥成运一体化采集存储系统总体方案

整套采集单元由信号采集板卡、组态触控显示屏、本地存储模块、4G云传输模块、断电记忆硬件保护单元共同组成。

2.1组态屏人机交互，多时间间隔设置

设备配置工业级组态触控屏，现场直接查看实时流量、进出口温度、平均加热功率、实时电功率、累积耗电量全部参数。数据记录时间间隔可现场设置，最短记录周期小于10min，可根据工程需求灵活调整采样频率，高频采集捕捉短时间温度变化，长间隔采样适合长时间连续试验。

2.2本地U盘数据导出工作机制

所有原始试验数据实时写入本地存储，试验结束可直接插入U盘导出完整时序数据集。导出文件格式标准化，可直接导入配套解析软件，不需要二次格式转换。原始数据完整保留每一条时间戳、全部采集物理量，满足第三方检测归档溯源要求。

2.3断电记忆功能硬件实现

设备搭载独立掉电保护硬件模块。现场发生意外断电，硬件自动保存当前试验进度、历史全部时序数据。供电恢复之后，仪器自动接续之前试验流程，历史数据不会丢失，试验可以继续往下执行，不需要重新开始整套热响应试验，极大降低野外停电造成试验报废风险。

2.4云平台远程数据传输架构

仪器内置4G通信模块，在工地具备移动通信信号条件下，实时把全部测试数据上传云服务器。技术人员电脑端、手机端登录云平台，远程查看实时曲线、历史数据，远程完成数据下载提取。不需要人员常驻测试现场，实现无人值守监测。当流量、温度出现异常突变，平台可以实现异常状态识别，提醒技术人员前往现场排查故障。

3 采集系统输出完整数据集说明

系统同步记录存储全部规范要求参数：实时流量m³/h；埋管进水温度℃；埋管出水温度℃；平均加热功率W（热力学热量）；实时电功率W；累积耗电量kWh。每一条记录绑定时间戳，保证数据时序完整。

4 工程应用案例：野外无人值守测试

选取华北某项目240m双U钻孔开展72h热响应试验。现场工地位置偏远，往返成本高。设备开启云远传模式，设置采样间隔10min。试验进行至21h，现场瞬时断电，设备断电记忆模块保存全部历史数据。供电恢复后仪器自动接续试验，云端后台可以看到断电时间段标记，前后数据完整连续。技术人员通过云平台远程发现一次流量小幅震荡，提前预判管路存在轻微进气，安排人员现场排气处理，避免试验后期失效。整套试验顺利完成，U盘本地与云端两套数据相互校验。

5 本地存储与云远传方案优缺点对比

本地U盘导出：不受移动通信信号影响，工地无4G信号场景下可靠存储手段；缺点是需要人员到达现场拷贝数据，无法实时监测试验异常。

云平台远传：远程实时监控，故障及时预警，降低现场值守工作量；缺点是依赖现场移动通信网络，无信号点位无法使用。

工程实际建议两种存储模式同时开启，互为备份，保障数据安全。

6 系统使用注意事项

云平台模式下，工地信号弱会出现少量数据包延迟，不会破坏本地原始数据；U盘导出优先使用工业U盘，避免普通消费级U盘读写异常；试验开始前确认断电记忆功能状态；第三方检测项目，务必同时留存U盘原始数据与云端备份，用于报告归档溯源。

7 结论

北京鸿鸥成运本地‑云端一体化采集存储系统，解决传统热响应测试设备数据存储、现场值守的痛点。组态屏人机交互、可自定义采样间隔、硬件级断电记忆、U盘本地存储+4G云远传双备份，极大提升野外复杂工况试验成功率。两种存储模式互为备份，满足地源热泵工程以及第三方检测机构数据溯源归档需求，具备很高工程实用价值。

参考文献

[1] JGJ/T 438‑2018，地源热泵热响应测试标准[S].

[2] 王贵玲.浅层地热能勘查评价技术要求[M].北京:地质出版社,2021.

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一、核心设备关键词

岩土热响应测试仪；岩土热物性测试仪；地埋管热响应试验设备；鸿鸥成运；六档可调热响应主机；浅层地热能原位测试设备；地源热泵现场测试仪器

二、硬件技术参数关键词

加热功率六档可调；加热功率测量误差≤1%；流量测量误差≤±1%；温度测量误差≤±0.2℃；设备承压≥0.6MPa；最大测试深度300m；积算仪热量计算；组态触控屏；断电记忆；本地U盘存储；云平台数据远传；多时间间隔采集；计量检定证书；De25/De32地埋管适配；单U埋管；双U埋管

三、采集存储参数关键词

实时流量；埋管进水温度；埋管出水温度；平均加热功率；实时电功率；累积耗电量；原始试验数据集；数据导出；远程监测

四、输出热物性参数关键词

岩土综合导热系数；岩土容积比热容；岩土质量比热容；岩土热扩散率；岩土初始温度；单位延米换热量；钻孔热阻

五、软件算法关键词

线热源模型；圆柱热源模型；热响应解析软件；硬件加密锁；开源不可修改软件；四算法并行解析；延米换热量推演；数据反演计算

六、工程应用场景关键词

地埋管地源热泵；浅层地热能勘察；竖直U型地埋管；第三方检测；岩土原位热试验；钻孔换热试验；地源热泵系统设计；不同地层热物性测试；野外现场测试

七、论文/标书长尾关键词

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地热管理系统（geothermal management system）是为实现地热资源的可持续开发而建立的管理系统。

我司深井地热监测产品系列介绍：

1.0-1000米单点温度检测（普通表和存储表）／0-3000米单点温度检测（普通显示，只能显示温度，没有存储分析软件功能）

2.0-1000米浅层地温能监测（采集器采用低功耗、携带方便；物联网NB无线传输至WEB端B/S架构网络；单总线结构，可扩展256个点；进口18B20高精度传感器，在10-85度范围内，精度在0.1-0.2度）

3. 4.0-10000米分布式多点深层地温监测（采用分布式光纤测温系统细分两大类：1.井筒测试 2.井壁测试）

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6. 微功耗采集系统／遥控终端机——地热资源监测系统浅层／地热管理系统（可在换热站同时监测温度／流量／水位／泵内温度／压力／能耗等多参数内容，可实现物联网远程监控，24小时无人值守）

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