CN103345822B

CN103345822B - 快速发现积水高度及记录最先形成积水点的系统及方法

Info

Publication number: CN103345822B
Application number: CN201310214145.7A
Authority: CN
Inventors: 姜廷顺; 尹胜超; 徐大江; 李启宗; 王刚
Original assignee: BEIJING BEYOND TRAFFIC TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: BEIJING BEYOND TRAFFIC TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2013-05-31
Filing date: 2013-05-31
Publication date: 2015-09-09
Anticipated expiration: 2033-05-31
Also published as: CN103345822A

Abstract

本发明涉及快速发现积水高度及记录最先形成积水点的系统及方法。本系统由设在中心处理单元及按照一定间隔分布在路面的积水监测终端设备1-M构成。本方法为对积水监测终端设备进行1-M编码后将相应位置以ID编号的形式保存在中心处理单元的终端信息数据库中，中心处理单元同一时刻读取每个积水监测终端设备的路面积水结果，进而在中心处理单元上显示最先形成积水点。本发明还包括故障判断功能，不但可以有效判断路面积水及积水高度，还能够在路面不积水时判断系统是否有故障，一旦系统发生了故障，便会立即发出报警信息，提醒公安交通管理部门的指挥人员及时维修，有效避免了由于无法在1秒钟内发现系统故障而导致路面发生积水时无法及时报警的问题。

Description

快速发现积水高度及记录最先形成积水点的系统及方法

技术领域

本发明涉及道路通行条件监测领域，具体涉及快速发现积水高度及记录最先形成积水点的系统及方法。

背景技术

随着社会经济的快速发展，城市道路交通日益繁忙，交通拥堵日趋严重，尤其是当遇有突降暴雨时，路面排水速度滞后于降雨速度就会积水，积水到一定高度就会妨害交通安全。如北京2010年的7月10日、2011年的6月23日、2012年的7月21日的暴雨都导致了北京市区交通大面积拥堵，由于积水路段没有积水判断设备，导致车辆受损、人员伤亡，给国家和人们的生命财产带来严重损失，已引起政府相关部门高度重视。现有专利文献CN102928037A公开了一种基于物联网技术的道路积水监测与发布方法，解决因路段积水而导致交通瘫痪的技术问题。其借助于积水监测系统来实现，所述的积水监测系统结构中包括一组前端采集装置、设置有中央处理单元的监控中心，以及一组户外交通信息显示屏，每个前端采集装置中包括设置在积水路段的直流电源供给电路、水位传感器、微处理器、无线通讯模块，所述的水位传感器与微处理器连接，微处理器借助无线通讯模块与监控中心连接，监控中心与户外交通信息显示屏连接。该技术方案方便出行者提前了解将要经过路段积水详情，以便提前规划路经，避免驶入积水造成车辆被淹事故；同时监控中心还可以及时发现积水并通知相关部门及时排水避免长时间积水对交通造成较大影响。

显然，上述技术方案能够达到如上效果的关键点在于，水位传感器是否能够及时地、准确地测量到积水高度并发送给相关部门。

现有专利文献CN2502267Y公开了一种简易水浸传感器，其在陶瓷基片上嵌印有两组钯银线条，每组钯银线条用导线连接引出。这种简易浸水传感器安装在建筑物屋面或者其他需要判断渗漏水的地方，并且将两组钯银线条用导线连接输出，一根输出导线接地，另一根输出导线连接至判断控制设备的输入电路。当没有出现浸水时，V1输出低电平；但发生浸水时，V1输出高电平，因此可以通过判断V1的高低判断是否发生浸水情况。采用该方案中的水浸传感器，在有水浸入时可以及时判断，但是其应用于判断积水高度还有如下问题：

其一是由于积水的情况一般是由于雨雪天气造成的，因此，该传感器在雨雪天气有水浸入时，可以判断到V1是低电平，当没有水浸入时，判断到V1是高电平。如果在没有浸水的情况下，两条钯银线条和连接线中，任何位置出现断裂，判断到V1依然是高电平，其并不能发现该传感器已经出现了故障，这样在有水浸入时，就有可能由于钯银线条或连接线中的任何位置断裂导致V1总是处于高电平，因此不能实现对浸水的有效判断。

其二是浸水之后，+9V电压经300Ω电阻通过第二条钯银线条和积水形成电阻与第一条钯银线条连接经地形成电流，因此在R上形成电压差，这时可以判断到V1是低电平，这种方式，只能够判断到有积水，但是不能有效判断积水的高度，因此判断上述方案是不能实现这一功能的。

与上述技术方案相类似的，现有专利文献CN102817331A中也公开了一种积水路段自动感应预警标志，其所采用的水位传感器将水位划分为四个等级，只能粗略的算出水位区间，不能够精确的测量出当前水位的具体高度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有技术无法及时发现传感器的故障并且不能有效判断积水高度且无法记录最先形成积水点的现状，进而提供一种不但可以判断积水高度、实时监控传感器是否发生故障而且能够快速发现道路最先形成积水的高度及记录最先形成积水点及其积水高度发生变化过程的系统及其方法。

为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种快速发现积水高度及记录最先形成积水点的系统，包括中心处理单元及M个积水检测终端设备，M为大于1的整数。

每一所述积水检测终端设备具有特定的ID编号，且按照一定距离间隔设置于被检测区域；

每一所述积水检测终端设备进一步包括积水高度判断传感器、转换开关矩阵、终端控制器和数据输出单元；

所述积水高度判断传感器包括若干判断触点A_i沿远离路面的方向依次排列设置于绝缘板上，其中0≤i≤n，每一所述判断触点A_i的阻值≈0且相邻两个所述判断触点之间具有一定的间隔；每一所述判断触点A_i的一端经过电阻R与电源正极V₊连通；另一端由导线引至待判断节点J_i；

所述转换开关矩阵控制每一个所述待判断节点J_i与判断端点C或者电源负极V_-连接；

所述终端控制器包括开关矩阵控制器和判断分析处理单元；

所述开关矩阵控制器接收所述判断分析处理单元输出的控制信号控制所述转换开关矩阵中的所述待判断节点J_i依次与所述判断端点C连接；

所述判断分析处理单元接收所述判断端点C的电平，判断所述判断端点C的电平高低：判断结果为高电平，则证明判断触点A_i所处的线路没有故障，否则说明判断触点A_i所处的线路有断点；

所述开关矩阵控制器接收所述判断分析处理单元输出的控制信号依次控制所述转换开关矩阵中的所述待判断节点J_i与电源负极V_-连通同时控制所述待判断节点J_i+1与所述判断端点C连接；判断所述判断端点C的电平高低；

所述待判断节点J_i+1的电压为高电平并且所述待判断节点J_i的电压为低电平时，积水高度为判断触点A_i以路面为基准所处的高度；

所述数据输出单元，其内存储有本积水检测终端的ID编号，其接收所述判断分析处理单元输出的信号，将检测结果结合本积水检测终端设备的ID编号及当前时刻发送至所述中心处理单元，所述检测结果包括有断点的线路信息或者路面积水高度；所述中心处理单元包括时钟同步控制模块、数据处理模块，终端设备信息数据库和显示模块；

所述时钟同步控制模块控制所有的积水检测终端设备以及所述中心处理单元的时钟保持一致；

所述终端设备信息数据库存储每一所述积水检测终端设备的ID编号及与之对应的被检路段的位置信息；

所述显示模块根据所述积水检测终端设备信息数据库中存储的信息实时显示每一积水检测终端设备的ID编号所对应的被检路段的位置信息、检测结果及当前时刻；

所述数据处理模块每隔周期T接收一次所有积水检测终端设备的检测结果、当前时刻及该积水检测终端设备的ID编号，控制所述显示模块显示每一积水检测终端设备对应的被检路段的检测结果及当前时刻。

进一步地所述积水高度判断传感器中，所述判断触点A_i等间隔排列在所述绝缘板上。

进一步地所述导体A₀与所述导体A₁之间的距离为3-10cm。

进一步地所述判断触点的个数25≤n≤40。

进一步地所述积水检测终端设备的距离间隔为500米；所述周期T为1秒钟。

快速发现积水高度及记录最先形成积水点的方法，包括如下步骤：

S1：将具有特定ID编号的M个积水检测终端设备按照一定间隔距离设置于被检测区域上，M为大于1的整数；每一所述积水检测终端设备检测其所在被检路段的路面是否积水，若存在积水则测量出积水高度，并将检测结果和当前时刻及该积水检测终端设备的ID编号发送至中心处理单元，所述中心处理单元包括时钟同步控制模块、数据处理模块，终端设备信息数据库和显示模块；其中M个所述积水检测终端设备与所述中心处理单元的时钟在时钟同步控制单元的控制下保持一致；

每一所述积水检测终端设备检测其所在被检路段的路面是否积水的具体步骤如下：

S11：判断分析处理单元向开关矩阵控制器发出控制指令，控制转换开关矩阵中的待判断节点J_i（i=0-n）依次与判断端点C连接；

S12：判断分析处理单元判断所述判断端点C的电平，若判断结果为高电平，证明判断触点A_i所处的线路没有断点，进一步控制J_i+1与判断端点C连接后，判断所述判断端点C的电平；否则说明所述判断触点A_i所处的线路有断点；

S13：重复步骤S12直到判断触点A₀至A_n均判断完毕；

S14：判断分析处理单元，向开关矩阵控制器发出控制指令，依次控制转换开关矩阵中的待判断节点J_i（i=0-（n-1））与电源负极V_-连接，同时控制所述待判断节点J_i+1与所述判断端点C连接；

S15：判断分析处理单元判断所述判断端点C的电平：若判断结果为低电平，说明积水高度已经超过所述判断触点A_i以路面为基准所处的高度，则设置i=i+1后返回步骤S14；若判断结果为高电平，则说明积水的高度未到达所述判断触点A_i以路面为基准所处的高度；

S16：重复步骤S15，直到判断所述待判断节点J_i+1的电压为高电平并且所述待判断节点J_i的电压为低电平时，积水高度为判断触点Ai以路面为基准所处的高度；

S17：数据输出单元内存储有本积水检测终端的ID编号，其接收判断分析处理单元输出的信号，将检测结果结合本积水检测终端设备的ID编号及当前时刻发送至所述中心处理单元，所述检测结果包括有断点的线路信息或者路面积水高度；

S2：将每一所述积水检测终端设备的ID编号及与之对应的被检路段的位置信息存储于终端设备信息数据库中；

S3：显示模块根据所述积水检测终端设备信息数据库中存储的信息实时显示每一积水检测终端设备的ID编号所对应的被检路段的位置信息、检测结果及当前时刻；

S4：数据处理模块每隔周期T接收一次所有积水检测终端设备的检测结果、当前时刻及该积水检测终端设备的ID编号，控制所述显示模块显示每一积水检测终端设备对应的被检路段的检测结果及当前时刻。

进一步地所述步骤S12中，所述判断触点A_i等间隔排列在所述绝缘板上。

进一步地所述步骤S12中，所述导体A₀与所述导体A₁之间的距离为3-10cm。

进一步地所述步骤S11中，所述判断触点的个数25≤n≤40。

进一步地所述步骤S1中，所述积水检测终端设备的距离间隔为500米；所述步骤S4中，所述周期T为1秒钟。

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

（1）本发明所述的一种快速发现积水高度及记录最先形成积水点的系统及方法，加密了监测点的位置，缩短了发布时间的间隔，统一了所有终端设备的时间，保证同一时刻读取所有监测终端的数据，能进行实时数据分析，对最先形成积水点的点段进行实时记录，以便事后对本次采取的对策进行评价，为进一步完善对策提供数据依据。

（2）本发明所述的一种快速发现积水高度及记录最先形成积水点的系统及方法，包括故障判断功能，不但可以有效测得是否有雨水或者积水，以及积水具体准确的高度，还能够实时判断监测单元是否有故障，有效避免由于无法及时发现监测单元故障，导致下雨或者下雪时无法判断到路面积水的问题。

（3）本发明所述的一种快速发现积水高度及记录最先形成积水点的系统及方法还提供报警功能，当检测到某一终端设备发生路面积水情况时或者出现设备故障时，会在中心处理单元处报警，便于相关工作人员及时发现并处理路面积水情况，以及启动相应设备的维护工作。

（4）本发明所述的一种快速发现积水高度及记录最先形成积水点的系统及方法，其判断触点之间的间隔可以根据判断精度的要求选择，理论上这一间隔越小判断精度越高，但是系统的布设线路的工程量也越大，因此为了平衡精度和布设线路的工程量之间的关系，可以选择判断触点A_i与判断触点A_i+1之间的距离为3-10cm，优选为5cm。

（5）本发明所述的快速发现积水高度及记录最先形成积水点的系统及方法，根据所判断的积水最大高度决定设置检查触点的最高位置，一般所判断积水的最大高度在0.5米以上时，就必须实施交通管制，因此本申请考虑到冗余量，将可判断积水高度设定在1.5米，可选择25-40个判断触点，优选为30个触点，由此可以满足判断1.5米积水高度的要求。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中，

图1是本发明所述的一种快速发现积水高度及记录最先形成积水点的系统的原理框图；

图2是本发明所述的一种快速发现积水高度及记录最先形成积水点的系统判断故障时的原理图；

图3是本发明所述的一种快速发现积水高度及记录最先形成积水点的系统的无积水时判断积水高度时的原理图；

图4是本发明所述的一种快速发现积水高度及记录最先形成积水点的系统的判断当有积水进入时判断积水高度的原理图；

图5是本发明所述的一种快速发现积水高度及记录最先形成积水点的一个实施例中显示模块显示的图像；

图6是本发明所述的一种快速发现积水高度及记录最先形成积水点的一个实施例中每个积水检测终端设备监测的积水高度随时间的变化曲线；

图7是本发明所述的一种快速发现积水高度及记录最先形成积水点的方法的流程图。

具体实施方式

实施例1

本实施例提供一种快速发现积水高度及记录最先形成积水点的系统，如图1所示，包括：包括中心处理单元及M个积水检测终端设备，M为大于1的整数。

每一所述积水检测终端设备具有特定的ID编号，且按照一定距离间隔设置于被检测区域，每一所述积水检测终端设备进一步包括积水高度判断传感器、转换开关矩阵、终端控制器和数据输出单元；

所述终端控制器包括开关矩阵控制器和判断分析处理单元；

故障判断：

所述开关矩阵控制器接收所述判断分析处理单元输出的控制信号控制所述转换开关矩阵中的所述待判断节点J_i依次与所述判断端点C连接；连通后的电路结构如图2所示；所述判断分析处理单元接收所述判断端点C的信号，判断所述判断端点C的电平；从图2中可以看出，由于待判断节点J_i没有与电源负极V_-连通形成回路，因此在该电路中没有电流通过，则此时如果线路中没有断点，则得到的所述判断端点C的电平为高电平；即判断结果为高电平，则证明判断触点A_i所处的线路没有断点，否则说明判断触点A_i所处的线路有断点；

水深判断：

所述开关矩阵控制器接收所述判断分析处理单元输出的控制信号依次控制所述转换开关矩阵中的所述待判断节点J_i与电源负极V-连通同时控制所述待判断节点J_i+1与所述判断端点C连接；连通后的电路结构如图3所示，通过图3所示，如果此时判断触点A_i和判断触点A_i+1之间没有积水，则判断触点A_i和判断触点A_i+1处于断开的状态，则所述待判断节点J_i+1，所处的线路没有形成回路，因此判断所述判断端点C的电压值应该是高电平；而如果有积水将判断触点A_i和判断触点A_i+1连通，如图4所示，则此时V₊经过电阻R、判断触点A_i+1、积水导电、判断触点Ai及导线与电源负极V_-形成回路，产生电流I，此时判断端点C已经通过Ai+1、积水导电、判断触点Ai后与电源负极V-联通，则判断端点C的电平与电源负极V-几乎相等，为低电平；因此，采用这种方式，依次判断待判断节点J_i的电压值，当待判断节点J_i+1的电平为高电平且所述待判断节点J_i的电平为低电平时，积水高度为判断触点A_i以地面为基准所处的高度。

所述数据输出单元，其内存储有本积水检测终端的ID编号，其接收所述判断分析处理单元输出的信号，将检测结果结合本积水检测终端设备的ID编号及当前时刻发送至所述中心处理单元，所述检测结果包括有断点的线路信息或者路面积水高度；

每一所述积水检测终端设备检测其所在被检路段的路面是否积水，并将检测结果和当前时刻及该积水检测终端设备的ID编号发送至所述中心处理单元；在实际应用过程中，所述积水检测终端设备的距离间隔可以选择几百米，其设置的密度可以依据被检测区域的范围大小而定。例如在北京这样的大城市，可以选择所述距离间隔为500米。另外，作为可以其他可选的实施方式，也可以将积水检测终端设备设置在需要监测的路段上，例如经常因路面积水而导致拥堵及事故的位置。

所述中心处理单元包括时钟同步控制模块、数据处理模块，终端设备信息数据库和显示模块；

所述终端设备信息数据库存储每一所述积水检测终端设备的ID编号及与之对应的被检路段的位置信息。图1中采用阿拉伯数字来作为区分不同积水检测终端设备的ID编号，在实际应用时，也可以选择其他不同的ID编号方式。

所述显示模块根据所述积水检测终端设备信息数据库中存储的信息实时显示每一积水检测终端设备的ID编号所对应的被检路段的位置信息、检测结果及当前时刻。图5给出了显示模块显示积水检测终端设备的ID编号所对应的被检路段的位置信息、检测结果及当前时刻的示意图。图5中采用字母来表示是否积水，其中Y代表积水。图中的每一个原点所代表的即为积水检测终端设备，在原点旁边可以标注出其ID编号（本实施例中为阿拉伯数字）。在显示模块显示的图像的下方，记载了当前时刻。在实际应用过程中图5的显示方式也可以采用颜色来表示是否积水，用绿色代表不积水，红色代表积水。亦可选用其他显示方式，此处不再赘述。同时对每一个原点进行再操作，可以得到该积水检测终端设备的积水高度随时间的变化曲线，如图6所示。其中积水高度单位为cm，高度为0时表示没有积水。

所述数据处理模块每隔周期T接收一次所有积水检测终端设备的检测结果、当前时刻及该积水检测终端设备的ID编号，控制所述显示模块显示每一积水检测终端设备对应的被检路段的检测结果及当前时刻。作为优选的实施方式，所述周期T选择为1秒钟，这样就能实现每秒钟进行一次积水检测，检测结果更具有实时性，更加及时。

实施例2

本实施例还提供一种基于上述系统的快速发现积水高度及记录最先形成积水点的系统的方法，包括如下步骤：

S1：将具有特定ID编号的M个积水检测终端设备按照一定间隔距离设置于被检测区域上，M为大于1的整数；每一所述积水检测终端设备检测其所在被检路段的路面是否积水，并将检测结果和当前时刻及该积水检测终端设备的ID编号发送至中心处理单元，所述中心处理单元包括时钟同步控制模块、数据处理模块，终端设备信息数据库和显示模块；其中M个所述积水检测终端设备与所述中心处理单元的时钟在时钟同步控制单元的控制下保持一致；

每一所述积水检测终端设备检测其所在被检路段的路面是否积水的具体步骤如图7所示，具体如下：

S13：重复步骤S12直到判断触点A₀至A_n均判断完毕；

所述步骤S12中，所述判断触点A_i等间隔排列在所述绝缘板上。

通过本实施例能够快速记录每一个时刻被检区域内每一被检路段是否积水及积水高度的检测结果，同时能够记录下与检测结果相对应的当前时刻，因此一旦某一被检路段的路面出现积水，就能够及时检测到路面积水同时记录下发生积水的时刻。最终，能够得到每一个被检路段发生积水的时刻。因此，本发明的快速发现积水高度及记录最先形成积水点的系统及方法还能够获得某一区域内最先发生积水的积水点。本发明加密了积水检测终端设备的位置，缩短了发布时间的间隔，统一了所有积水检测终端设备的时间。

本实施例不但可以有效测检测路面积水，还能够实时判断监测单元是否有故障，一旦检测单元发生故障，便会立即发出警报，提醒工作人员处理。有效避免了由于无法及时发现传感器故障，导致路面积水时无法准确判断的问题。便于相关工作人员及时发现并处理路面积水情况，以及启动对相应设备的维护工作。

实施例3

本实施例中，其判断触点之间的间隔可以根据判断精度的要求选择，理论上这一间隔越小判断精度越高，但是系统的布设线路的工程量也越大，因此为了平衡精度和布设线路的工程量之间的关系，本实施例选择所述判断触点A_i与判断触点A_i+1之间的距离为3-10cm，例如3cm、5cm、7cm或者10cm，但优选的实施方式为5cm。

根据所判断的积水最大高度决定设置检查触点的最高位置，一般所测积水的高度在0.5米以上时，就必须实施交通管制，考虑到冗余量的需求，本实施例在上述任一实施例的基础上做如下改进，本实施例可选择25-40个判断触点，作为可实施的方式，选择25、30、35、40个判断触点都可以。优选为30个触点，由此可以满足判断1.5米积水高度的要求。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims

1.一种快速发现积水高度及记录最先形成积水点的系统，包括中心处理单元及M个积水检测终端设备，M为大于1的整数，其特征在于：

所述积水高度判断传感器包括若干判断触点A_i沿远离路面的方向依次排列设置于绝缘板上，其中0≤i≤n，n为判断触点的个数；每一所述判断触点A_i的阻值约等于零，且相邻两个所述判断触点之间具有一定的间隔；每一所述判断触点A_i的一端经过电阻R与电源正极V₊连通；另一端由导线引至待判断节点J_i；

所述终端控制器包括开关矩阵控制器和判断分析处理单元；

2.根据权利要求1所述的快速发现积水高度及记录最先形成积水点的系统，其特征在于：

所述积水高度判断传感器中，所述判断触点A_i等间隔排列在所述绝缘板上。

3.根据权利要求1或2所述的快速发现积水高度及记录最先形成积水点的系统，其特征在于：

判断触点A₀与判断触点A₁之间的距离为3-10cm。

4.根据权利要求3所述的快速发现积水高度及记录最先形成积水点的系统，其特征在于，所述判断触点的个数25≤n≤40。

5.根据权利要求4所述的快速发现积水高度及记录最先形成积水点的系统，其特征在于：

所述积水检测终端设备的距离间隔为500米；

所述周期T为1秒钟。

6.一种快速发现积水高度及记录最先形成积水点的方法，其特征在于，包括如下步骤：

S11：判断分析处理单元向开关矩阵控制器发出控制指令，控制转换开关矩阵中的待判断节点J_i依次与判断端点C连接，其中i＝0，1,2……n；

S13：重复步骤S12直到判断触点A₀至A_n均判断完毕；

S14：判断分析处理单元，向开关矩阵控制器发出控制指令，依次控制转换开关矩阵中的待判断节点J_i与电源负极V_-连接，同时控制所述待判断节点J_i+1与所述判断端点C连接，其中i＝0，1,2……，n-1；

S15：判断分析处理单元判断所述判断端点C的电平：若判断结果为低电平，说明积水高度已经超过所述判断触点A_i以路面为基准所处的高度，则设置i＝i+1后返回步骤S14；若判断结果为高电平，则说明积水的高度未到达所述判断触点A_i以路面为基准所处的高度；

S16：重复步骤S15，直到判断所述待判断节点J_i+1的电压为高电平并且所述待判断节点J_i的电压为低电平时，积水高度为判断触点A_i以路面为基准所处的高度；

7.根据权利要求6所述的快速发现积水高度及记录最先形成积水点的方法，其特征在于：所述步骤S12中，所述判断触点A_i等间隔排列在绝缘板上。

8.根据权利要求6或7所述的快速发现积水高度及记录最先形成积水点的方法，其特征在于：所述步骤S12中，判断触点A₀与判断触点A₁之间的距离为3-10cm。

9.根据权利要求8所述的快速发现积水高度及记录最先形成积水点的方法，其特征在于：所述步骤S11中，所述判断触点的个数25≤n≤40。

10.根据权利要求9所述的快速发现积水高度及记录最先形成积水点的方法，其特征在于：

所述步骤S1中，所述积水检测终端设备的距离间隔为500米；

所述步骤S4中，所述周期T为1秒钟。