CN105651359A - 一种全路况积水水位监测报警及排水装置 - Google Patents
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Abstract
一种全路况积水水位监测报警及排水装置，属于交通用积水监测报警和排水装置领域。其特征在于：包括道路积水监测装置、立交桥隧道积水监测装置、水位监测显示装置、水位监测报警装置和自主排水装置；所述道路积水监测装置和立交桥隧道积水监测装置连接水位监测显示装置。本装置能够实时监测各种路况的积水水位，并将实时数据传送到监控中心，也可直接显示出来，以便市政和路人作为行动参考；此外，本装置还能根据监测到的水位数据智能主动排水，避免出现城市内涝。
Description
技术领域
本发明属于交通用积水监测报警和排水装置领域，具体涉及一种全路况积水水位监测报警及排水装置。
背景技术
当雨季来临，由强降雨引发的道路低洼处、下穿式立交桥和隧道产生大量积水的现象时有发生，给人们的交通出行带来极大的不便，严重时，甚至会造成人民生命财产的重大损失。
倚靠积水监测系统可以实时监测城区内各低洼路段的积水水位，并实现自动预警。市政管理部门可以借助该系统把握城区内涝情况，并及时进行排水调度。交通管理部门通过该系统可以获取各路段的实时积水水位，并借助广播、电视等媒体，为广大人们群众提供出行指南，避免人员、车辆误入深水路段，造成重大损失。目前，本领域尚无能够全面实现全路况监测、显示、报警和自动排水的路政系统。
鉴于此，申请人设计了本装置，能够实现上述综合目标。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种全路况积水水位监测报警及排水装置，能够实时监测各种路况的积水水位，并将实时数据传送到监控中心，也可直接显示出来，以便市政和路人作为行动参考；此外，本装置还能根据监测到的水位数据智能主动排水，避免出现城市内涝。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：发明所述的一种全路况积水水位监测报警及排水装置，其特征在于：包括道路积水监测装置、立交桥隧道积水监测装置、水位监测显示装置、水位监测报警装置和自主排水装置；所述道路积水监测装置和立交桥隧道积水监测装置连接水位监测显示装置；
所述道路积水监测装置包括透明中空的中柱，在中柱内设置带有刻度的标尺，在标尺上套装浮动游标；在中柱底部设置进液口；在中柱上设置控制器、信号发射器和红外线水位探测装置，所述红外线水位探测装置通过数据线连接控制器，并将探测到的实时水位值输送到控制器；所述控制器通过信号发射器将水位信息传送到水位监测显示装置。
优选的，在标尺的刻度上设置传感器，所述传感器能够探测中空中柱内的水位高度值，并将探测到的数值通过数据线传送到控制器。
优选的，红外线水位探测装置包括探测头和伸缩臂，所述伸缩臂包括外套管和内套管，在外套管上安装电机和齿轮传动装置，在内套管上设置齿条，电机能够带动齿轮传动装置旋转，齿轮传动装置啮合齿条，并能带动内套管沿外套管伸缩移动；所述中柱包括下柱体和上柱头，标尺设置在下柱体内，控制器和信号发射器设置在上柱头中；上柱头和下柱体之间通过连接轴连接，在连接轴上套装轴承，外套管套装在连接轴的轴承上；在连接轴上固定弹性卷线轴，所述弹性卷线轴包括固定端、旋转端、旋转壳体和扭簧，固定端与连接轴固定在一起，旋转端和旋转壳体固定在一起，扭簧一端固定在固定端上，扭簧的另一端固定在旋转端上；数据线的一端连接探测头，数据线的另一端缠绕在旋转壳体上。
优选的，立交桥隧道积水监测装置包括单点监测装置和多点复合式监测装置；
优选的，单点监测装置包括机壳，在机壳上部设置控制器，所述控制器通过数据线连接信号发射器；在机壳底部设置进水口；在机壳内设置电阻式测水位单元，电阻式测水位单元包括外壳，在外壳底部开设进水口，进水口处设置开关阀，在外壳内部的相对侧壁上分别设置一个触头，触头各自通过电线连接控制器；两个触头之间不接触；在触头下方的外壳周壁上设置密封膜，所述的密封膜将外壳分隔为上下两个互不联通的空间，上部空间为气体空间，下部空间为液体空间；在密封膜上设置浮动阀，位于气体空间内的浮动阀上方设置导柱，在导柱上设置“∩”形电阻条；所述导柱能够插入两个触头中间，并同时与两个触头相接触；接入两个触头中间的电阻条、两个触头、电线和控制器之间组成闭合测水位电路；
优选的，电阻式测水位单元的浮动阀在不受外力时的位置为其测量下限位，电阻条完全接入两触头之间时浮动阀的位置为其测量上限位；各电阻式测水位单元分为竖直纵向排列的A、B两组，A组中的电阻式测水位单元根据所处位置由下而上分别为A1、A2、A3、……、An，A1、A2、A3、……、An之间的电路并联连接；B组中的电阻式测水位单元根据所处位置由下而上分别为B1、B2、B3、……、Bn，B1、B2、B3、……、Bn之间的电路并联连接；其中A1的测量上限位与B1的测量下限位等高；B1的测量上限位与A2的测量下限位等高；A2的测量上限位与B2的测量下限位等高；……；An的测量上限位与Bn的测量下限位等高，以此类推。
优选的，A组中的电阻式测水位单元的进水口处的开关阀通过第一连杆竖向串联在一起，B组中的电阻式测水位单元的进水口处的开关阀通过第二连杆竖向串联在一起，第一连杆和第二连杆的上端设置齿条，在机壳上方设置第一和第二开关电机，第一和第二开关电机上分别固定第一和第二齿轮，第一齿轮与第一连杆上齿条相啮合，第二齿轮与第二连杆上齿条相啮合。
优选的，多点复合式监测装置包括控制器和若干个定点水位监测器，在控制器内设置信号发射器；所述定点水位监测器包括固定底座和透明的导管，固定底座下部开设进水口；导管下端竖直插装在底座上，所述导管上端敞口；在底座中设置绕线轮，所述绕线轮的轮轴一端连接绕线距离计数器，绕线距离计数器通过数据线连接控制器，绕线轮轮轴的另一端连接自动绕线装置；在绕线轮上缠绕尼龙丝线，所述尼龙丝线连接球形浮动阀，所述球形浮动阀设置在透明导管中；
所述自动绕线装置包括伸缩防水机壳、升降气缸、绕线电机、主动齿轮和被动齿轮；其中升降气缸和绕线电机均设置在伸缩防水机壳中；所述伸缩防水机壳包括上壳和下壳，上、下壳之间通过弹性伸缩带连接在一起；被动齿轮安装在绕线轮的轮轴上；升降气缸安装在固定底座中，升降气缸连接绕线电机，绕线电机连接主动齿轮；升降气缸能够带动绕线电机上下移动，令主动齿轮啮合或者脱离被动齿轮；
还包括下限位开关控制器，所述的下限位开关控制器设置在导管的下方内壁上；当球形浮动阀在导管中下降接触到下限位开关控制器时，下限位开关控制器能够启动升降气缸和绕线电机，带动绕线轮转动收紧尼龙丝线；
在球形浮动阀上安装两个以上的导向滑轮，球形浮动阀通过导向滑轮在导管内上下移动。
优选的，水位监测显示装置包括支撑架，在支撑架上固定太阳能电源、信号接收器、控制器、信号灯预警装置和水位显示器；信号接收器、控制器、信号灯预警装置和水位显示器均连接太阳能电源；信号接收器连接控制器，控制器连接信号灯预警装置和水位显示器；
所述的信号灯预警装置包括两种颜色以上的信号灯，至少有一种颜色显示禁止通行，至少有一种颜色显示能够通行。
所述水位显示器包括投影器和环绕屏幕，所述投影器安装在支撑架上，在支撑架上安装环形遮雨罩，环形遮雨罩的下端安装环绕屏幕，投影器位于环绕屏幕的中心部位；在投影器四周均布三个以上的投影射灯，所述投影射灯能够将实时水位信息投射到环绕屏幕上。
所述太阳能电源包括太阳能电池板、蓄电池和太阳能电源线，太阳能电池板安装在支撑架的上端，太阳能电池板通过太阳能电源线连接蓄电池，蓄电池通过太阳能电源线连接信号接收器、控制器、信号灯预警装置和水位显示器。
还包括若干个能够感知光源方向的感光探头，所述感光探头均匀围设在支撑架的周围；还包括旋转装置，太阳能电池板通过旋转装置安装在支撑架上；感光探头能够将光源方向信息传递给控制器，控制器令旋转装置旋转太阳能电池板，令其朝向光源射出方向。
优选的，水位监测报警装置包括立柱，在立柱上端设置两个以上的警示灯，立柱的下端设置水位分级监测装置，所述水位分级监测装置连接警示灯；在立柱上端设置视频监测器和警示音响，当水位分级监测装置监测积水到达预定警示水位时，警示音响能够通过语音或者报警声通知视频监视器监视范围内出现的车辆或者行人；
分级水位监测装置包括进水口和三根以上高度不同的进液管，进水口设置在立柱的下部；进液管的下端均联通进水口，进液管的上端连接通气横管的一端，通气横管的另一端敞口并伸出立柱；在进液管中设置浮球，在进液管与通气横管的连接处设置压力感应开关，所述各压力感应开关分别对应连接一个警示灯；当积水水位每到达一根进液管的顶端时，浮球触动压力感应开关，控制对应的警示灯启动照明。
通气横管伸出立柱的一端设置横管过滤网；在进水口处设置进水口过滤网；
在进水口过滤网和进液管之间的柱体内设置反冲洗水口，所述反冲洗水口通过水管连接反冲洗泵和清洁水源；
各警示灯上标明对应的警示水位高度。
优选的，自主排水装置包括地上监测器和地下排水器；
所述地上监测器内包括上壳体和水位感测装置，在上壳体的下端开设进水口；水位感测装置设置在上壳体中，水位感测装置连接控制器；
所述地下排水器包括下壳体，在下壳体上端设置抽水口，抽水口上设置抽水开关电磁阀，控制器连接并控制抽水开关电磁阀；当水位感测装置监测到积水高度超出预设值时，控制器能够控制抽水开关阀打开抽水口，当水位感测装置监测到积水高度低于预设值时，控制器能够控制抽水开关阀关闭抽水口；在下壳体内设置排水通道，排水通道内设置排水口，所述排水口通过排水管连接抽水泵，抽水泵上设置信号接收器，信号接收器连接水泵开关；在排水通道的下方通过弹簧连接管连接开关水仓，在开关水仓的下方设置压力开关阀；当开关水仓内的积水到达预设重量时，开关水仓克服弹簧连接管拉力下降，触发压力开关阀；所述的压力开关阀连接信号发射器，信号发射器能够向信号接收器发射信号，开启水泵开关，令水泵开始抽水作业；
所述的水位感测装置包括接触式压力开关阀，所述接触式压力开关阀设置在上壳体的内部上端，在下壳体的内部下端设置内部过滤网，在接触式压力开关阀和内部过滤网之间设置浮球；当浮球受水浮力上移，浮球接触并开启接触式压力开关阀时，控制器能够令抽水开关阀开启，令积水能够从抽水口进入下壳体中；
还包括积水蒸发装置，积水蒸发装置设置在下壳体中；所述的积水蒸发装置包括高频太阳能电源、感应加热线圈、金属加热外壳和排气管，控制器连接高频太阳能电源，高频太阳能电源连接感应加热线圈，金属加热外壳设置在开关水仓的外部，在排水通道内设置排气口，所述的排气口通过排气管连接供暖装置或者直接排出到设备外；在开关水仓的底部设置水位感应探头；当水位感测装置监测到积水高度低于预设值时，控制器能够控制抽水开关阀关闭抽水口，同时开启高频太阳能电源给感应加热线圈通电，令金属外壳感应发热，令开关水仓中的积水蒸发，直至开关水仓内的积水低于水位感应探头，控制器关闭高频太阳能电源；
在上壳体的进水口外设置外部过滤网。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.本装置能够根据不同的道路状况，采用不同的监测装置，及时准确的监控积水状况，并通过水位监测显示装置可以安装在不易积水的区域安放，显示实时积水数据，以警示路人。水位监测报警装置适宜放置在积水区域的边缘，通过启动不同的警示灯提示行人道路积水的实时水位，还能及时监测误入积水区的行人和车辆及时更改行车路线，便捷安全。自主排水装置能够通过地上监测器的水位感测装置能够实时监测道路的积水状况，当水位感测装置监测到积水高度超出预设值时，控制器能够控制抽水开关阀打开抽水口；当水位感测装置监测到积水高度低于预设值时，控制器能够控制抽水开关阀关闭抽水口，实现分级监控实时排水。由此，本装置集监测、显示、报警和自主排水功能于一体，是一套解决城市积水、预防城市内涝的完整系统，一旦投入应用将极大改善现有雨季的交通状况，令城市基础建设水平得到大幅度的提升。
2.本装置的道路积水监测装置能够通过透明的中柱内的标尺和游动浮标，直接显示积水水位，即便在没有电路供应的情况下也能达到监测目标，警示往来路人。本装置也可通过红外线水位探测装置，或者在标尺的刻度上设置传感器的方式，自动检测水位值，并通过信号发射器将水位信息传送到水位监测显示装置，以便市政和路人作为行动参考。
3.伸缩臂能够自由控制红外线水位探测装置的探测头伸出长度，从而灵活控制水位监测点，并方便实现多点监测，更加精准的目的。固定弹性卷线轴能够随伸缩臂的收放移动，自动收卷数据线，避免数据线卡塞在内、外套管之间，或者造成线路混乱。
4.立交桥隧道积水监测装置包括单点监测装置和多点复合式监测装置。
当监测区域坡度平缓且地形单一时，可选用单点监测装置；所述的单点监测装置主要测量水位部件为电阻式测水位单元，所述电阻式测水位单元通过机壳进水，推动浮动阀上移，导柱带动电阻条进一步插入两个触头中间，随之电阻条的接入长度不断增加，电路内的电阻逐渐增大，控制器将电阻值换算成相应的水位值，由此达到自动检测水位高度的目的，并通过信号发射器将水位信息传送到水位监测显示装置。当所测地点坡度较缓或者一般积水不严重时，可在机壳内设置单只电阻式测水位单元即可，当所测地点处于急坡下方或者容易积水位置时，需要在机壳内设置A、B两组电阻式测水位单元，避免单只电阻式测水位单元为测量较高的水位时，将电阻条设置过长导致采集数据失真。而由于电阻式测水位单元的自身结构（外壳以及内部元件具有结构厚度），使其难以做到单组竖直排列采集全部段位的水位数据，以此A、B两组电阻式测水位单元交替接龙式测量所得数据更为准确。
当立交桥或者隧道底部带有多个斜坡或者阶式起伏时，应采用多点复合式监测装置。多点复合式监测装置的主要测量水位部件为若干个定点水位监测器，定点水位监测器分布在立交桥或隧道的底面靠墙位置，按照不同海拔高度分布，多点测量更能全面的反映该区域的积水深度情况。所述定点水位监测器通过固定底座进水，推动球形浮动阀上移，带动尼龙丝线旋转脱离绕线轮，绕线距离计数器通过监测绕线轮的旋转圈数换算为长度数据，再将此数据传送到控制器，由此达到自动检测该定点水位高度的目的。多点测量后的水位数据可以形成积水曲线图，通过信号发射器将水位信息传送到信息采集中心或者水位监测显示装置，以便市政和路人作为行动参考。当监测完积水水位时，工作人员可以手动驱动绕线装置，也可通过球形浮动阀下降接触到下限位开关控制器，令其自动开始绕线作业，直至恢复至初始状态，使用便捷安全。
5.自主排水装置的地下排水器通过抽水泵能够主动排水，排水效率更高。当地下排水器将道路积水排至预设值以下，控制器能够控制抽水开关阀关闭抽水口，同时开启高频太阳能电源给感应加热线圈通电，令金属外壳感应发热，令开关水仓中的积水蒸发，直至开关水仓内的积水低于水位感应探头。此设置能够令地下排水器能够避免储存过多的积水，并且能够通过高温蒸发积水将其以蒸汽的方式排出装置外，此外还能通过高温蒸汽对装置进行消毒，避免装置内病菌滋生，形成病毒传染源，影响城市卫生环境。
6.本技术结构设计合理，功能覆盖全面，经济安全，适宜在业界推广普及。
附图说明
图1是道路积水监测装置的结构示意图；
图2是道路积水监测装置的外罩的安装结构示意图；
图3是道路积水监测装置的上柱头、连接轴和红外线水位探测装置的安装结构示意图；
图4是图1-3的A部结构放大图；
图5是图1-3的B部结构放大图；
图6是单点监测装置的结构示意图；
图7是单点监测装置的电阻式测水位单元的结构示意图；
图8是单点监测装置的A、B两组电阻式测水位单元的安装位置结构示意图；
图9是多点复合式监测装置的结构示意图；
图10是多点复合式监测装置的工作状态结构示意图；
图11是图10的C部结构放大图；
图12是图10的D部结构放大图；
图13是水位监测显示装置的结构示意图；
图14是水位监测报警装置的结构示意图；
图15是自主排水装置的结构示意图；
图中标记：
图1-5中：1.1、上柱头；1.2、伸缩臂；1.3、下柱体；1.4、游动浮标；1.5、外罩；1.6、进液口；1.7、标尺；1.8、数据线；1.9、探测头；1.10、控制器；1.11、信号发射器；1.12、活动滤网；1.13、外滤网；1.14、内滤网；1.15、安装螺栓；1.16、外套管；1.17、轴承；1.18、内套管；1.19、齿轮传动装置；1.20、电机；1.21、数据线；1.22、齿条；1.23、固定端；1.24、旋转壳体；1.25、旋转端；1.26、扭簧；1.27、连接轴。
图6-8中：2.1、第一齿轮；2.2、第一连杆；2.3、进水口；2.4、外部过滤粗网；2.5、活动过滤细网；2.6、电阻式测水位单元；2.7、第二连杆；2.8、控制器；2.9、第二齿轮；2.10、反冲洗入水口；2.11、信号发射器；2.12、机壳；2.13、电线；2.14、触头；2.15、密封膜；2.16、电阻条；2.17、导柱；2.18、浮动阀；2.19、外壳；2.20、进水口；2.21、开关阀；2.22、触头。
图9-12中：3.1、导管；3.2、球形浮动阀；3.3、尼龙丝线；3.4、数据线；3.5、控制器；3.6、绕线轮；3.7、自动绕线装置；3.8、固定底座；3.9、导向滑轮；3.10、下限位开关控制器；3.11、升降气缸；3.12、上壳；3.13、弹性伸缩带；3.14、过滤网；3.15、绕线电机；3.16、下壳；3.17、被动齿轮；3.18、主动齿轮。
图13中：4.1、环形遮雨罩；4.2、投影射灯；4.3、环绕屏幕；4.4、投影器；4.5、支撑架；4.6、信号灯预警装置；4.7、感光探头；4.8、旋转装置；4.9、太阳能电池板。
图14中：5.1、警示音响；5.2、视频监测器；5.3、立柱；5.4、反冲洗水口；5.5、进水口；5.6、进水口过滤网；5.7、浮球；5.8、进液管；5.9、横管过滤网；5.10、通气横管；5.11、压力感应开关；5.12、警示灯。
图15中：6.1、上壳体；6.2、接触式压力开关阀；6.3、浮球；6.4、内部过滤网；6.5、控制器；6.6、感应加热线圈；6.7、压力开关阀；6.8、信号发射器；6.9、排水通道；6.10、排水口；6.11、开关水仓；6.12、弹簧连接管；6.13、下壳体；6.14、排气口；6.15、抽水口；6.16、外部过滤网；6.17、进水口。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
本发明所述的一种全路况积水水位监测报警及排水装置，包括道路积水监测装置、立交桥隧道积水监测装置、水位监测显示装置、水位监测报警装置和自主排水装置；所述道路积水监测装置和立交桥隧道积水监测装置连接水位监测显示装置。
一、如图1-5所示为道路积水监测装置的结构示意图。
如图1所示，所述道路积水监测装置包括透明中空的中柱，所述中柱包括下柱体1.3和上柱头1.1，上柱头1.1和下柱体1.3之间通过连接轴1.27连接。在下柱体1.3内设置带有刻度的标尺1.7，在标尺1.7上套装浮动游标；在下柱体1.3底部设置进液口1.6。在中柱上设置控制器1.10、信号发射器1.11和红外线水位探测装置，所述红外线水位探测装置通过数据线连接控制器1.10，并将探测到的实时水位值输送到控制器1.10；所述控制器1.10通过信号发射器1.11将水位信息传送到水位监测显示装置。
在标尺1.7的刻度上设置传感器，所述传感器能够探测中空中柱内的水位高度值，并将探测到的数值通过数据线传送到控制器1.10。
如图2所示，在进液口1.6处设置带有外滤网1.13的外罩1.5，在外罩1.5上开设插孔，在插孔内插入活动滤网1.12。在中柱内的标尺1.7底部通过安装螺栓1.15固定内滤网1.14。
如图3所示，红外线水位探测装置包括探测头1.9和伸缩臂1.2，所述伸缩臂1.2包括外套管1.16和内套管1.18，在连接轴1.27上套装轴承1.17，外套管1.16套装在连接轴1.27的轴承1.17上。如图3所示，在外套管1.16上安装电机1.20和齿轮传动装置1.19，在内套管1.18上设置齿条1.22，电机1.20能够带动齿轮传动装置1.19旋转，齿轮传动装置1.19啮合齿条1.22，并能带动内套管1.18沿外套管1.16伸缩移动。
如图4所示，在连接轴1.27上固定弹性卷线轴，所述弹性卷线轴包括固定端1.23、旋转端1.25、旋转壳体1.24和扭簧1.26，固定端1.23与连接轴1.27固定在一起，旋转端1.25和旋转壳体1.24固定在一起，扭簧1.26一端固定在固定端1.23上，扭簧1.26的另一端固定在旋转端1.25上；数据线的一端连接探测头1.9，数据线的另一端缠绕在旋转壳体1.24上。当内套管1.18带动探测头1.9向外伸长时，数据线一并拉伸，旋转壳体1.24和旋转端1.25旋转释放数据线，扭簧1.26随之扭动变形；当内套管1.18带动探测头1.9回缩时，扭簧1.26复位并带动旋转壳体1.24和旋转端1.25转动，缠绕收紧数据线。
道路积水监测装置在使用时，能够通过透明的中柱内的标尺1.7和游动浮标1.4，直接显示积水水位，即便在没有电路供应的情况下也能达到监测目标，警示往来路人。本装置也可通过红外线水位探测装置，或者在标尺1.7的刻度上设置传感器的方式，自动检测水位值，并通过信号发射器1.11将水位信息传送到信息采集中心或者水位监测显示装置，以便市政和路人作为行动参考。
二、立交桥隧道积水监测装置包括单点监测装置和多点复合式监测装置。
（一）当监测区域坡度平缓且地形单一时，可选用单点监测装置。如图6-8所示为单线监测装置的结构示意图。
所述的单点监测装置包括机壳2.12，在机壳2.12上部设置控制器2.8，所述控制器2.8通过数据线连接信号发射器2.11；在机壳2.12底部设置进水口2.3；在机壳2.12内设置电阻式测水位单元2.6，电阻式测水位单元2.6包括外壳2.19，在外壳2.19底部开设进水口2.20，进水口2.20处设置开关阀2.21，在外壳2.19内部的相对侧壁上分别设置一个触头，触头各自通过电线2.13连接控制器2.8；两个触头之间不接触；在触头下方的外壳2.19周壁上设置密封膜2.15，所述的密封膜2.15将外壳2.19分隔为上下两个互不联通的空间，上部空间为气体空间，下部空间为液体空间；在密封膜2.15上设置浮动阀2.18，位于气体空间内的浮动阀2.18上方设置导柱2.17，在导柱2.17上设置“∩”形电阻条2.16；所述导柱2.17能够插入两个触头中间，并同时与两个触头相接触；接入两个触头中间的电阻条2.16、两个触头、电线2.13和控制器2.8之间组成闭合测水位电路。
在机壳2.12底部设置进水口2.3处设置外部过滤粗网2.4，在进水口2.3和外部过滤粗网2.4之间设置过滤网安装架，在过滤网安装架上安装插入式活动过滤细网2.5。过滤网的设置能够分级阻挡积水内的杂质，避免积水裹挟杂质进入中空柱体，影响设备的正常使用。
在过滤网安装架上设置反冲洗入水口2.10，所述反冲洗入水口2.10通过水管连接电磁开关阀，所述电磁开关阀连接控制冲洗水泵。反冲洗装置能够通过电磁开关阀间歇性开闭，避免积水严重时，周围杂物阻塞过滤网，导致本设备无法与外界水位保持一致，造成测量数据失真。
所述机壳2.12中部设置透明视窗，所述透明视窗上竖直标识荧光刻度，直接显示积水水位，即便在没有电路供应的情况下也能达到监测目标，警示往来路人。
单点监测装置的主要测量水位部件为电阻式测水位单元2.6，所述电阻式测水位单元2.6通过壳体进水量，推动浮动阀2.18上移，导柱2.17带动电阻条2.16进一步插入两个触头中间，随之电阻条2.16的接入长度不断增加，电路内的电阻逐渐增大，控制器2.8将电阻值换算成相应的水位值，由此达到自动检测水位高度的目的，并通过信号发射器2.11将水位信息传送到信息采集中心或者水位监测显示装置，以便市政和路人作为行动参考。
当所测地点坡度较缓或者一般积水不严重时，比如积水高度不高于30cm时，可在机壳2.12内设置单只电阻式测水位单元2.6即可；当所测地点处于急坡下方或者容易积水位置时，如积水高度会高于30cm时，需要在机壳2.12内设置A、B两组电阻式测水位单元2.6，避免单只电阻式测水位单元2.6为测量较高的水位时，将电阻条2.16设置过长导致采集数据失真，需采用下述结构进行监测：如图7所示，电阻式测水位单元2.6的浮动阀2.18在不受外力时的位置为其测量下限位，电阻条2.16完全接入两触头之间时浮动阀2.18的位置为其测量上限位。
如图6和8所示，各电阻式测水位单元2.6分为竖直纵向排列的A、B两组，A组中的电阻式测水位单元2.6根据所处位置由下而上分别为A1、A2、A3、……、An，A1、A2、A3、……、An之间的电路并联连接；B组中的电阻式测水位单元2.6根据所处位置由下而上分别为B1、B2、B3、……、Bn，B1、B2、B3、……、Bn之间的电路并联连接；其中A1的测量上限位与B1的测量下限位等高；B1的测量上限位与A2的测量下限位等高；A2的测量上限位与B2的测量下限位等高；……；An的测量上限位与Bn的测量下限位等高，以此类推。
A组中的电阻式测水位单元2.6的进水口2.20处的开关阀2.21通过第一连杆2.2竖向串联在一起，B组中的电阻式测水位单元2.6的进水口2.20处的开关阀2.21通过第二连杆2.7竖向串联在一起，第一连杆2.2和第二连杆2.7的上端设置齿条，在机壳2.12上方设置第一和第二开关电机，第一和第二开关电机上分别固定第一和第二齿轮2.9，第一齿轮2.1与第一连杆2.2上齿条相啮合，第二齿轮2.9与第二连杆2.7上齿条相啮合。
由于电阻式测水位单元2.6的自身结构（外壳2.19以及内部元件具有结构厚度），使其难以做到单组竖直排列采集全部段位的水位数据，以此A、B两组电阻式测水位单元2.6交替接龙式测量所得数据更为准确。
（二）当立交桥或者隧道底部带有多个斜坡或者阶式起伏时，应采用多点复合式监测装置。如图9-12所示为多点复合式监测装置。
如图9所示，多点复合式监测装置包括控制器3.5和若干个定点水位监测器，在控制器3.5内设置信号发射器；所述定点水位监测器包括固定底座3.8和透明的导管3.1，固定底座3.8下部开设进水口；导管3.1下端竖直插装在底座上，所述导管3.1上端敞口；在底座中设置绕线轮3.6，所述绕线轮3.6的轮轴一端连接绕线距离计数器，绕线距离计数器通过数据线3.4连接控制器3.5，绕线轮3.6轮轴的另一端连接自动绕线装置3.7；在绕线轮3.6上缠绕尼龙丝线3.3，所述尼龙丝线3.3连接球形浮动阀3.2。如图11所示，在球形浮动阀3.2上安装两个以上的导向滑轮3.9，球形浮动阀3.2通过导向滑轮3.9在导管3.1内上下移动。所述透明的导柱上竖直标识荧光刻度。
如图12所示，所述自动绕线装置3.7包括伸缩防水机壳、升降气缸3.11、绕线电机3.15、主动齿轮3.18和被动齿轮3.17；其中升降气缸3.11和绕线电机3.15均设置在伸缩防水机壳中；所述伸缩防水机壳包括上壳3.12和下壳3.16，上、下壳之间通过弹性伸缩带3.13连接在一起；被动齿轮3.17安装在绕线轮3.6的轮轴上；升降气缸3.11安装在固定底座3.8中，升降气缸3.11连接绕线电机3.15，绕线电机3.15连接主动齿轮3.18；升降气缸3.11能够带动绕线电机3.15上下移动，令主动齿轮3.18啮合或者脱离被动齿轮3.17。
如图11所示，还包括下限位开关控制器3.10，所述的下限位开关控制器3.10设置在导管3.1的下方内壁上；当球形浮动阀3.2在导管3.1中下降接触到下限位开关控制器3.10时，下限位开关控制器3.10能够启动升降气缸3.11和绕线电机3.15，带动绕线轮3.6转动收紧尼龙丝线3.3。
在固定底座3.8的进水口处设置过滤网3.14，过滤网3.14的设置能够分级阻挡积水内的杂质，避免积水裹挟杂质进入中空柱体，影响设备的正常使用。
多点复合式监测装置的主要测量水位部件为若干个定点水位监测器，定点水位监测器分布在立交桥或隧道的底面靠墙位置，按照不同海拔高度分布，多点测量更能全面的反映该区域的积水深度情况。所述定点水位监测器通过固定底座3.8进水，推动球形浮动阀3.2上移，带动尼龙丝线3.3旋转脱离绕线轮3.6，绕线距离计数器通过监测绕线轮3.6的旋转圈数换算为长度数据，再将此数据传送到控制器3.5，由此达到自动检测该定点水位高度的目的。多点测量后的水位数据可以形成积水曲线图，通过信号发射器将水位信息传送到信息采集中心或者水位监测显示装置，以便市政和路人作为行动参考。
三、如图13所示为水位监测显示装置的结构示意图。
水位监测显示装置包括支撑架4.5，在支撑架4.5上固定太阳能电源、信号接收器、控制器、信号灯预警装置4.6和水位显示器；信号接收器、控制器、信号灯预警装置4.6和水位显示器均连接太阳能电源；信号接收器连接控制器，控制器连接信号灯预警装置4.6和水位显示器。
所述的信号灯预警装置4.6包括两种颜色以上的信号灯，至少有一种颜色显示禁止通行，至少有一种颜色显示能够通行。
所述水位显示器包括投影器4.4和环绕屏幕4.3，所述投影器4.4安装在支撑架4.5上，在支撑架4.5上安装环形遮雨罩4.1，环形遮雨罩4.1的下端安装环绕屏幕4.3，投影器4.4位于环绕屏幕4.3的中心部位；在投影器4.4四周均布三个以上的投影射灯4.2，所述投影射灯4.2能够将实时水位信息投射到环绕屏幕4.3上。
所述太阳能电源包括太阳能电池板4.9、蓄电池和太阳能电源线，太阳能电池板4.9安装在支撑架4.5的上端，太阳能电池板4.9通过太阳能电源线连接蓄电池，蓄电池通过太阳能电源线连接信号接收器、控制器、信号灯预警装置4.6和水位显示器。
还包括若干个能够感知光源方向的感光探头4.7，所述感光探头4.7均匀围设在支撑架4.5的周围；还包括旋转装置4.8，太阳能电池板4.9通过旋转装置4.8安装在支撑架4.5上；感光探头4.7能够将光源方向信息传递给控制器，控制器令旋转装置4.8旋转太阳能电池板4.9，令其朝向光源射出方向。
水位监测显示装置能够通过信号接收器接收监测装置监测到的积水情况，并通过水位显示器实时显示积水水位。此外，信号灯预警装置4.6包括两种颜色以上的信号灯，能够警示远处行人是否能够在该路段通行。由此，防止行人误入积水中，造成生命财产损失。
四、如图14所示为水位监测报警装置的结构示意图。
水位监测报警装置包括立柱5.3，在立柱5.3上端设置两个以上的警示灯5.12，立柱5.3的下端设置水位分级监测装置，所述水位分级监测装置连接警示灯5.12；各警示灯5.12上标明对应的警示水位高度。在立柱5.3上端设置视频监测器5.2和警示音响5.1，当水位分级监测装置监测积水到达预定警示水位时，警示音响5.1能够通过语音或者报警声通知视频监视器监视范围内出现的车辆或者行人。
分级水位监测装置包括进水口5.5和三根以上高度不同的进液管5.8，进水口5.5设置在立柱5.3的下部；进液管5.8的下端均联通进水口5.5，进液管5.8的上端连接通气横管5.10的一端，通气横管5.10的另一端敞口并伸出立柱5.3；在进液管5.8中设置浮球5.7，在进液管5.8与通气横管5.10的连接处设置压力感应开关5.11，所述各压力感应开关5.11分别对应连接一个警示灯5.12；当积水水位每到达一根进液管5.8的顶端时，浮球5.7触动压力感应开关5.11，控制对应的警示灯5.12启动照明。通气横管5.10伸出立柱5.3的一端设置横管过滤网5.9。在进水口5.5处设置进水口过滤网5.6。优在进水口过滤网5.6和进液管5.8之间的柱体内设置反冲洗水口5.4，所述反冲洗水口5.4通过水管连接反冲洗泵和清洁水源。
本装置实时监测道路积水水位，也可通过启动不同的警示灯5.12提示行人道路积水的实时水位，还能及时监测误入积水区的行人和车辆及时更改行车路线，便捷安全。
五、如图15所示为自主排水装置的结构示意图。
自主排水装置包括地上监测器和地下排水器；所述地上监测器内包括上壳体6.1和水位感测装置，在上壳体6.1的下端开设进水口6.17；水位感测装置设置在上壳体6.1中，水位感测装置连接控制器6.5。
所述地下排水器包括下壳体6.13，在下壳体6.13上端设置抽水口6.15，抽水口6.15上设置抽水开关电磁阀，控制器6.5连接并控制抽水开关电磁阀；当水位感测装置监测到积水高度超出预设值时，控制器6.5能够控制抽水开关阀打开抽水口6.15，当水位感测装置监测到积水高度低于预设值时，控制器6.5能够控制抽水开关阀关闭抽水口6.15；在下壳体6.13内设置排水通道6.9，排水通道6.9内设置排水口6.10，所述排水口6.10通过排水管连接抽水泵，抽水泵上设置信号接收器，信号接收器连接水泵开关；在排水通道6.9的下方通过弹簧连接管6.12连接开关水仓6.11，在开关水仓6.11的下方设置压力开关阀6.7；当开关水仓6.11内的积水到达预设重量时，开关水仓6.11克服弹簧连接管6.12拉力下降，触发压力开关阀6.7；所述的压力开关阀6.7连接信号发射器6.8，信号发射器6.8能够向信号接收器发射信号，开启水泵开关，令水泵开始抽水作业。
所述的水位感测装置包括接触式压力开关阀6.2，所述接触式压力开关阀6.2设置在上壳体6.1的内部上端，在下壳体6.13的内部下端设置内部过滤网6.4，在接触式压力开关阀6.2和内部过滤网6.4之间设置浮球6.3；当浮球6.3受水浮力上移，浮球6.3接触并开启接触式压力开关阀6.2时，控制器6.5能够令抽水开关阀开启，令积水能够从抽水口6.15进入下壳体6.13中。在上壳体6.1的进水口6.17外设置外部过滤网6.16。
还包括积水蒸发装置，积水蒸发装置设置在下壳体6.13中；所述的积水蒸发装置包括高频电源、感应加热线圈6.6、金属加热外壳和排气管，控制器6.5连接高频电源，高频电源连接感应加热线圈6.6，金属加热外壳设置在开关水仓6.11的外部，在排水通道6.9内设置排气口6.14，所述的排气口6.14通过排气管连接供暖装置或者直接排出到设备外；在开关水仓6.11的底部设置水位感应探头；当水位感测装置监测到积水高度低于预设值时，控制器6.5能够控制抽水开关阀关闭抽水口6.15，同时开启高频电源给感应加热线圈6.6通电，令金属外壳感应发热，令开关水仓6.11中的积水蒸发，直至开关水仓6.11内的积水低于水位感应探头，控制器6.5关闭高频电源。
自主排水装置能够通过地上监测器的水位感测装置能够实时监测道路的积水状况，当水位感测装置监测到积水高度超出预设值时，控制器6.5能够控制抽水开关阀打开抽水口6.15；当水位感测装置监测到积水高度低于预设值时，控制器6.5能够控制抽水开关阀关闭抽水口6.15，实现分级监控实时排水。
地下排水器通过抽水泵能够主动排水，排水效率更高。当地下排水器将道路积水排至预设值以下，控制器6.5能够控制抽水开关阀关闭抽水口6.15，同时开启高频电源给感应加热线圈6.6通电，令金属外壳感应发热，令开关水仓6.11中的积水蒸发，直至开关水仓6.11内的积水低于水位感应探头。此设置能够令地下排水器能够避免储存过多的积水，并且能够通过高温蒸发积水将其以蒸汽的方式排出装置外，此外还能通过高温蒸汽对装置进行消毒，避免装置内病菌滋生，形成病毒传染源，影响城市卫生环境。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以组合、变更或改型均为本发明的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (10)
1.一种全路况积水水位监测报警及排水装置，其特征在于：包括道路积水监测装置、立交桥隧道积水监测装置、水位监测显示装置、水位监测报警装置和自主排水装置；所述道路积水监测装置和立交桥隧道积水监测装置连接水位监测显示装置；
所述道路积水监测装置包括透明中空的中柱，在中柱内设置带有刻度的标尺，在标尺上套装浮动游标；在中柱底部设置进液口；在中柱上设置控制器、信号发射器和红外线水位探测装置，所述红外线水位探测装置通过数据线连接控制器，并将探测到的实时水位值输送到控制器；所述控制器通过信号发射器将水位信息传送到水位监测显示装置。
2.根据权利要求1所述的全路况积水水位监测报警及排水装置，其特征在于：在标尺的刻度上设置传感器，所述传感器能够探测中空中柱内的水位高度值，并将探测到的数值通过数据线传送到控制器。
3.根据权利要求2所述的全路况积水水位监测报警及排水装置，其特征在于：红外线水位探测装置包括探测头和伸缩臂，所述伸缩臂包括外套管和内套管，在外套管上安装电机和齿轮传动装置，在内套管上设置齿条，电机能够带动齿轮传动装置旋转，齿轮传动装置啮合齿条，并能带动内套管沿外套管伸缩移动；所述中柱包括下柱体和上柱头，标尺设置在下柱体内，控制器和信号发射器设置在上柱头中；上柱头和下柱体之间通过连接轴连接，在连接轴上套装轴承，外套管套装在连接轴的轴承上；在连接轴上固定弹性卷线轴，所述弹性卷线轴包括固定端、旋转端、旋转壳体和扭簧，固定端与连接轴固定在一起，旋转端和旋转壳体固定在一起，扭簧一端固定在固定端上，扭簧的另一端固定在旋转端上；数据线的一端连接探测头，数据线的另一端缠绕在旋转壳体上。
4.根据权利要求1所述的全路况积水水位监测报警及排水装置，其特征在于：立交桥隧道积水监测装置包括单点监测装置和多点复合式监测装置。
5.根据权利要求4所述的全路况积水水位监测报警及排水装置，其特征在于：单点监测装置包括机壳，在机壳上部设置控制器，所述控制器通过数据线连接信号发射器；在机壳底部设置进水口；在机壳内设置电阻式测水位单元，电阻式测水位单元包括外壳，在外壳底部开设进水口，进水口处设置开关阀，在外壳内部的相对侧壁上分别设置一个触头，触头各自通过电线连接控制器；两个触头之间不接触；在触头下方的外壳周壁上设置密封膜，所述的密封膜将外壳分隔为上下两个互不联通的空间，上部空间为气体空间，下部空间为液体空间；在密封膜上设置浮动阀，位于气体空间内的浮动阀上方设置导柱，在导柱上设置“∩”形电阻条；所述导柱能够插入两个触头中间，并同时与两个触头相接触；接入两个触头中间的电阻条、两个触头、电线和控制器之间组成闭合测水位电路。
6.根据权利要求5所述的全路况积水水位监测报警及排水装置，其特征在于：电阻式测水位单元的浮动阀在不受外力时的位置为其测量下限位，电阻条完全接入两触头之间时浮动阀的位置为其测量上限位；各电阻式测水位单元分为竖直纵向排列的A、B两组，A组中的电阻式测水位单元根据所处位置由下而上分别为A1、A2、A3、……、An，A1、A2、A3、……、An之间的电路并联连接；B组中的电阻式测水位单元根据所处位置由下而上分别为B1、B2、B3、……、Bn，B1、B2、B3、……、Bn之间的电路并联连接；其中A1的测量上限位与B1的测量下限位等高；B1的测量上限位与A2的测量下限位等高；A2的测量上限位与B2的测量下限位等高；……；An的测量上限位与Bn的测量下限位等高，以此类推；
A组中的电阻式测水位单元的进水口处的开关阀通过第一连杆竖向串联在一起，B组中的电阻式测水位单元的进水口处的开关阀通过第二连杆竖向串联在一起，第一连杆和第二连杆的上端设置齿条，在机壳上方设置第一和第二开关电机，第一和第二开关电机上分别固定第一和第二齿轮，第一齿轮与第一连杆上齿条相啮合，第二齿轮与第二连杆上齿条相啮合。
7.根据权利要求4所述的全路况积水水位监测报警及排水装置，其特征在于：多点复合式监测装置包括控制器和若干个定点水位监测器，在控制器内设置信号发射器；所述定点水位监测器包括固定底座和透明的导管，固定底座下部开设进水口；导管下端竖直插装在底座上，所述导管上端敞口；在底座中设置绕线轮，所述绕线轮的轮轴一端连接绕线距离计数器，绕线距离计数器通过数据线连接控制器，绕线轮轮轴的另一端连接自动绕线装置；在绕线轮上缠绕尼龙丝线，所述尼龙丝线连接球形浮动阀，所述球形浮动阀设置在透明导管中；
所述自动绕线装置包括伸缩防水机壳、升降气缸、绕线电机、主动齿轮和被动齿轮；其中升降气缸和绕线电机均设置在伸缩防水机壳中；所述伸缩防水机壳包括上壳和下壳，上、下壳之间通过弹性伸缩带连接在一起；被动齿轮安装在绕线轮的轮轴上；升降气缸安装在固定底座中，升降气缸连接绕线电机，绕线电机连接主动齿轮；升降气缸能够带动绕线电机上下移动，令主动齿轮啮合或者脱离被动齿轮；
还包括下限位开关控制器，所述的下限位开关控制器设置在导管的下方内壁上；当球形浮动阀在导管中下降接触到下限位开关控制器时，下限位开关控制器能够启动升降气缸和绕线电机，带动绕线轮转动收紧尼龙丝线；
在球形浮动阀上安装两个以上的导向滑轮，球形浮动阀通过导向滑轮在导管内上下移动。
8.根据权利要求1所述的全路况积水水位监测报警及排水装置，其特征在于：水位监测显示装置包括支撑架，在支撑架上固定太阳能电源、信号接收器、控制器、信号灯预警装置和水位显示器；信号接收器、控制器、信号灯预警装置和水位显示器均连接太阳能电源；信号接收器连接控制器，控制器连接信号灯预警装置和水位显示器；
所述的信号灯预警装置包括两种颜色以上的信号灯，至少有一种颜色显示禁止通行，至少有一种颜色显示能够通行；
所述水位显示器包括投影器和环绕屏幕，所述投影器安装在支撑架上，在支撑架上安装环形遮雨罩，环形遮雨罩的下端安装环绕屏幕，投影器位于环绕屏幕的中心部位；在投影器四周均布三个以上的投影射灯，所述投影射灯能够将实时水位信息投射到环绕屏幕上；
所述太阳能电源包括太阳能电池板、蓄电池和太阳能电源线，太阳能电池板安装在支撑架的上端，太阳能电池板通过太阳能电源线连接蓄电池，蓄电池通过太阳能电源线连接信号接收器、控制器、信号灯预警装置和水位显示器；
还包括若干个能够感知光源方向的感光探头，所述感光探头均匀围设在支撑架的周围；还包括旋转装置，太阳能电池板通过旋转装置安装在支撑架上；感光探头能够将光源方向信息传递给控制器，控制器令旋转装置旋转太阳能电池板，令其朝向光源射出方向。
9.根据权利要求1所述的全路况积水水位监测报警及排水装置，其特征在于：水位监测报警装置包括立柱，在立柱上端设置两个以上的警示灯，立柱的下端设置水位分级监测装置，所述水位分级监测装置连接警示灯；在立柱上端设置视频监测器和警示音响，当水位分级监测装置监测积水到达预定警示水位时，警示音响能够通过语音或者报警声通知视频监视器监视范围内出现的车辆或者行人；
分级水位监测装置包括进水口和三根以上高度不同的进液管，进水口设置在立柱的下部；进液管的下端均联通进水口，进液管的上端连接通气横管的一端，通气横管的另一端敞口并伸出立柱；在进液管中设置浮球，在进液管与通气横管的连接处设置压力感应开关，所述各压力感应开关分别对应连接一个警示灯；当积水水位每到达一根进液管的顶端时，浮球触动压力感应开关，控制对应的警示灯启动照明；
通气横管伸出立柱的一端设置横管过滤网；在进水口处设置进水口过滤网；
在进水口过滤网和进液管之间的柱体内设置反冲洗水口，所述反冲洗水口通过水管连接反冲洗泵和清洁水源；
各警示灯上标明对应的警示水位高度。
10.根据权利要求1所述的全路况积水水位监测报警及排水装置，其特征在于：
自主排水装置包括地上监测器和地下排水器；
所述地上监测器内包括上壳体和水位感测装置，在上壳体的下端开设进水口；水位感测装置设置在上壳体中，水位感测装置连接控制器；
所述地下排水器包括下壳体，在下壳体上端设置抽水口，抽水口上设置抽水开关电磁阀，控制器连接并控制抽水开关电磁阀；当水位感测装置监测到积水高度超出预设值时，控制器能够控制抽水开关阀打开抽水口，当水位感测装置监测到积水高度低于预设值时，控制器能够控制抽水开关阀关闭抽水口；在下壳体内设置排水通道，排水通道内设置排水口，所述排水口通过排水管连接抽水泵，抽水泵上设置信号接收器，信号接收器连接水泵开关；在排水通道的下方通过弹簧连接管连接开关水仓，在开关水仓的下方设置压力开关阀；当开关水仓内的积水到达预设重量时，开关水仓克服弹簧连接管拉力下降，触发压力开关阀；所述的压力开关阀连接信号发射器，信号发射器能够向信号接收器发射信号，开启水泵开关，令水泵开始抽水作业；
所述的水位感测装置包括接触式压力开关阀，所述接触式压力开关阀设置在上壳体的内部上端，在下壳体的内部下端设置内部过滤网，在接触式压力开关阀和内部过滤网之间设置浮球；当浮球受水浮力上移，浮球接触并开启接触式压力开关阀时，控制器能够令抽水开关阀开启，令积水能够从抽水口进入下壳体中；
还包括积水蒸发装置，积水蒸发装置设置在下壳体中；所述的积水蒸发装置包括高频太阳能电源、感应加热线圈、金属加热外壳和排气管，控制器连接高频太阳能电源，高频太阳能电源连接感应加热线圈，金属加热外壳设置在开关水仓的外部，在排水通道内设置排气口，所述的排气口通过排气管连接供暖装置或者直接排出到设备外；在开关水仓的底部设置水位感应探头；当水位感测装置监测到积水高度低于预设值时，控制器能够控制抽水开关阀关闭抽水口，同时开启高频太阳能电源给感应加热线圈通电，令金属外壳感应发热，令开关水仓中的积水蒸发，直至开关水仓内的积水低于水位感应探头，控制器关闭高频太阳能电源；
在上壳体的进水口外设置外部过滤网。
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