CN111780829A - 一种用于排水井盖的堵塞检测系统及堵塞检测方法 - Google Patents

一种用于排水井盖的堵塞检测系统及堵塞检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明实施例提供一种用于排水井盖的堵塞检测系统及堵塞检测方法。该系统包括：硬件系统和软件系统；其中：所述硬件系统安装于井盖篦子的排水孔中，用于实现对积水水位的检测和压力信号的采集与传递；所述软件系统用于实现控制系统状态，进行数据处理与信息交互。所述方法用于执行所述系统。本发明实施例通过在城市排水井盖处设置硬件检测模块，结合软件系统进行数据分析和管理，有效实现了实时了解整个道路当中井盖的在积水时的状态信息，能及时提供井盖堵塞的具体信息，方便巡检人员进行排查和维修，避免出现因井盖堵塞造成的安全隐患。

Description

一种用于排水井盖的堵塞检测系统及堵塞检测方法
技术领域
本发明涉及井盖技术领域，尤其涉及一种用于排水井盖的堵塞检测系统及堵塞检测方法。
背景技术
受全球气候变暖影响,近年来降雨时空分布极度不均匀,旱涝急转发生的频率在逐步增加,在城市排涝、水资源配置、生命财产损失方面产生了重要影响。城市内涝无法及时排除时，可能会导致机动车、非机动车经过堵塞井盖，压翻喷溅污染环境，较大降水时下穿隧道被堵无法通行，影响交通，甚至淹没被困机动车引擎，造成损失等。
与此同时国内对智能井盖的研究也较为局限，其一研究的是当井盖被搬动、发生破损、丢失时,传感器检测到角度的变化并上报告警到平台及APP端供维护人员,并提供导航功能供维护人员及时处理；其二着重于监测井盖的压力和位移以及窨井下的甲烷浓度和水位，通过NB-IoT模块上传至服务器，实现采集终端与服务器之间低功耗的信息交互；其三研究雨水井盖增加排水量，提供更大的排水孔口面积,加速排泄积水,有效避免水浸街道，他的出发点也是减缓内涝灾害；其四提出的窨井盖遍布城市街道，能否管好，反映市域治理现代化水平，窨井盖沉降、破损、缺失等问题仍较常见，有些井盖问题还存在“无人问”，还有更多的研究是着重于井盖防盗。
发明内容
本发明实施例提供一种用于排水井盖的堵塞检测系统及堵塞检测方法，用以解决现有技术中对于水位检测的智能井盖研究局限性较大。
第一方面，本发明实施例提供一种用于排水井盖的堵塞检测系统，包括：
所述硬件系统安装于井盖篦子的排水孔中，用于实现对积水水位的检测和压力信号的采集与传递；
所述软件系统用于实现控制系统状态，进行数据处理与信息交互。
进一步地，所述硬件系统包括箱体、ZigBee模块、微控制器模块、薄膜压力传感器模块组、天线和电池箱；其中：
所述薄膜压力传感器模块组与所述微控制器模块相连接，所述微控制器模块与所述ZigBee模块相连接，所述ZigBee模块与所述天线相连接，通过所述天线将信号发送至述ZigBee基站；
所述电池箱分别与所述微控制器模块与所述ZigBee模块相连接，用于向所述微控制器模块与所述ZigBee模块进行供电；
所述箱体用于承载所述ZigBee模块、所述微控制器模块、所述薄膜压力传感器模块组、所述天线和所述电池箱。
进一步地，所述薄膜压力传感器模块组包括第一薄膜压力传感器模块和第二薄膜压力传感器模块；
所述第一薄膜压力传感器模块位于所述排水孔上端，用于检测井盖表面积水深度；
所述第二薄膜压力传感器模块位于所述排水孔下端，用于检测下水道是否反水或排水超负荷。
进一步地，所述硬件系统由卡具与所述排水孔进行固定，所述卡具通过若干螺钉与所述排水孔的底部进行连接。
进一步地，所述软件系统包括主程序、终端服务程序和串口接收服务程序；其中：
所述主程序用于对系统单片机的串口和ZigBee模块进行初始化，使所述系统单片机和所述ZigBee模块进入休眠模式，待满足预设启动条件，重新激活系统；
所述终端服务程序用于对通过传感器传送至管理终端的数据进行监管和处理；
所述串口接收服务程序用于对通过串口进行传输和交互的数据进行管理和监控。
第二方面，本发明实施例提供一种用于排水井盖的堵塞检测方法，包括：
若满足预设启动条件，开始检测水位变化，得到若干水位检测结果；
将所述若干水位检测结果传递至ZigBee基站；
由所述ZigBee基站将预设检测范围的综合检测数据上传至监控中心；
所述监控中心对所述综合检测数据进行分析，根据预设预警条件进行判断，得到堵塞检测结果。
进一步地，所述若干水位检测结果通过第一个获取到水位检测结果的薄膜压力传感器模块组，将所述水位检测结果传递至下一个薄膜压力传感器模块组，依次进行累加，直至获取到所述预设检测范围内的所有水位检测结果所得到的。
本发明实施例提供的用于排水井盖的堵塞检测系统及堵塞检测方法，通过在城市排水井盖处设置硬件检测模块，结合软件系统进行数据分析和管理，有效实现了实时了解整个道路当中井盖的在积水时的状态信息，能及时提供井盖堵塞的具体信息，方便巡检人员进行排查和维修，避免出现因井盖堵塞造成的安全隐患。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的系统硬件结构图；
图2为本发明实施例提供的硬件系统与井盖篦子的装配示意图；
图3为本发明实施例提供的用于排水井盖的堵塞检测方法流程图；
图4为本发明实施例提供的智慧监测系统的工作流程示意图；
图5为本发明实施例提供的节点无线传输的分级传输路线图；
附图标记：
1-箱体， 2-ZigBee模块，
3-微控制器模块， 4-薄膜压力传感器模块组，
5-电池箱， 6-天线，
7-螺钉， 8-卡具，
9-井盖篦子。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
现有技术中几乎没有针对城市道路排水量进行监控的井盖堵塞监测系统，因此本发明实施例提出一种用于排水井盖的堵塞检测系统，从井盖上方积水和下雨天即时水位压力监测两个方面来反馈城市内涝的情况，所开发的智慧井盖可以实现全城内涝情况的实时反馈，及时通知到城市管理单位。城市管理单位根据反馈的信息将抽水车派到相应的路段，可避免出现人员伤亡、财产损失。
本发明实施例由硬件系统和软件系统两部分组成，其中：
所述硬件系统安装于井盖篦子的排水孔中，用于实现对积水水位的检测和压力信号的采集与传递；
所述软件系统用于实现控制系统状态，进行数据处理与信息交互。
图1为本发明实施例提供的系统硬件结构图，如图1所示，包括：箱体、ZigBee模块、微控制器模块、薄膜压力传感器模块组、天线和电池箱；其中：所述薄膜压力传感器模块组与所述微控制器模块相连接，所述微控制器模块与所述ZigBee模块相连接，所述ZigBee模块与所述天线相连接，通过所述天线将信号发送至述ZigBee基站；
所述电池箱分别与所述微控制器模块与所述ZigBee模块相连接，用于向所述微控制器模块与所述ZigBee模块进行供电；
所述箱体用于承载所述ZigBee模块、所述微控制器模块、所述薄膜压力传感器模块组、所述天线和所述电池箱。
具体地，如图1所示，薄膜压力传感器模块组4与微控制器模块3相连接，微控制器模块3与ZigBee模块2相连接。ZigBee模块2外接天线6，将微控制器模，3以及ZigBee模块2与电池箱5相连接，对模块进行供电，上述模块组件全部放置于箱体1中。
其中，所述薄膜压力传感器模块组包括第一薄膜压力传感器模块和第二薄膜压力传感器模块；
所述第一薄膜压力传感器模块位于所述排水孔上端，用于检测井盖表面积水深度；
所述第二薄膜压力传感器模块位于所述排水孔下端，用于检测下水道是否反水或排水超负荷。
具体地，为了便于水位的监测，本发明实施例采用两个柔性薄膜压力传感器模块。一个安装在排水篦子的上端，检测智能井盖表面水位。另一个安装在排水篦子底部，用于检测暴雨时下水道是否有反水。
此处，水位压力传感器采用柔性薄膜压力传感器。排除利用水流量计来检测堵塞处水流变化。原因有三点：井盖底部悬空，水流量计安装不方便；水流会在井盖侧壁有一定的挂壁效应，流量计检测不准；微型水流量计价格高昂，不论是机械式还是电磁式抑或是涡流都不适用。柔心薄膜压力传感器具备高性能、低功耗和低成本的特点，更适合本发明实施例应用的情形。
本发明实施例采用的自组网的ZigBee通信网络保证井盖最小能耗和信息采集最大范围，系统的拓展性可为智慧城市进行大量的数据，具有极大的应用价值。
基于上述实施例，所述硬件系统由卡具与所述排水孔进行固定，所述卡具通过若干螺钉与所述排水孔的底部进行连接。
具体地，由图2所示，硬件系统安装在井盖篦子9的排水孔中，硬件系统由卡具8进行固定，对卡具的固定方式采用若干个螺钉，例如四个螺钉7连接，将连接的部分与井盖篦子的底部进行螺钉连接固定。
基于上述实施例，所述软件系统包括主程序、终端服务程序和串口接收服务程序；其中：
所述主程序用于对系统单片机的串口和ZigBee模块进行初始化，使所述系统单片机和所述ZigBee模块进入休眠模式，待满足预设启动条件，重新激活系统；
所述终端服务程序用于对通过传感器传送至管理终端的数据进行监管和处理；
所述串口接收服务程序用于对通过串口进行传输和交互的数据进行管理和监控。
具体地，用于本发明实施例中智能井盖的软件主要包括：主程序、终端服务程序、串口接收服务程序。主程序首先对串口进行初始化，然后对ZigBee模块初始化，初始化完成后单片机以及ZigBee模块进休眠模式。当压力传感器或者天气预报达到警戒状态时激活整个系统。采用浏览器就/服务器模式，数据库采用MySQL,系统服务端采用J2EE技术架构。管理软件在整个系统中有着承前启后的作用。
设计开发基于Android/IOS的手机软件，使用这一软件实时将传感器的数据传到管理者手机上进行监管，一旦出现积水等情况，即可立刻被管理者发现并处理。系统的手机终端主要针对巡检员而设计，采用Android/IOS系统开发，实现对异常信息的接收并实现和服务器端数据交互。在井盖发生异常时，实现定位及追踪功能。
本发明实施例应用的软件系统，通过设计并实现微功耗控制器模块、通讯模块、接口电路、电源模块等电路,保证硬件的低功耗。设计了传感器模块、通信模块等模块的驱动程序,设计了低功耗管理软件以进一步降低软硬件总体功耗。
图3为本发明实施例提供的用于排水井盖的堵塞检测方法流程图，如图3所示，包括：
S1，若满足预设启动条件，开始检测水位变化，得到若干水位检测结果；
S2，将所述若干水位检测结果传递至ZigBee基站；
S3，由所述ZigBee基站将预设检测范围的综合检测数据上传至监控中心；
S4，所述监控中心对所述综合检测数据进行分析，根据预设预警条件进行判断，得到堵塞检测结果。
其中，所述若干水位检测结果通过第一个获取到水位检测结果的薄膜压力传感器模块组，将所述水位检测结果传递至下一个薄膜压力传感器模块组，依次进行累加，直至获取到所述预设检测范围内的所有水位检测结果所得到的。
具体地，如图4所示的工作流程，当系统满足预设启动条件，一般为突发降雨或者天气预报达到一定条件时激活智慧井盖系统，压力传感器开始检测水位变化，然后将检测结果上传到数据传输模块，数据传输模块再将数据信号传到下一个智慧井盖的模块，最后再将这些数传到zigbee基站，ZigBee基站整合预设检测范围，如一条街或多条街的数据上传至监控中心，监控中心对数据进行汇总与分析加将数据与地图相结合，直观的反应到图上，根据程序设定进行判断预警级别，即最终的堵塞检测结果。
可以理解的是，设定一定的预设预警条件，如积水深度超过5cm，进行黄色预警；积水深度超过10cm,红色预警。将所有ZigBee信号源编号，结合市政数据，针对低洼位置，在总控台提高相应标准。当暴雨时，所有篦子满负荷，排水不及，以地图色带的形式标识城市内涝情况。对于达到红色预警的地区，监控中心发送指令到相关部门进行疏通处理，当水位正常时报警自动解除。
图5为井盖系统节点无线传输的分级传输路线图，井盖各个节点的数据依据就近的原则将信息进行迭代累积传输，汇集信息传送到ZigBee基站，各个ZigBee基站再将信息传输至通讯服务器和工作站，信息在通讯服务器和工作站处理后发送至监控中心，从而完成信息的最终收集。监控中心根据收集到的数据，对城市道路的内涝和井盖堵塞情况进行观察和分析，通过手机app发送给巡检员，对堵塞的井盖进行清理，从而达到避免人员伤亡和财产损失的目的。
此处，采用的自组网的ZigBee通信网络，相对于蓝牙技术，ZigBee作为短距离、低功耗无线通信技术，更加适用于能耗要求低、安全要求高、短距离无线连接稳定性要求高的设备与设备之间的通信。ZigBee在通信方面采用的是自组网方式，只有在同一个网络范围内，不同ZigBee网络模块终端便能够自动组合在一起，实现互联互通，这种便捷的网络通信方式能够为用户提供更好的无线数据传输功能，因此具有非常强的可应用性。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种用于排水井盖的堵塞检测系统，其特征在于，包括：硬件系统和软件系统；其中：
所述硬件系统安装于井盖篦子的排水孔中，用于实现对积水水位的检测和压力信号的采集与传递；
所述软件系统用于实现控制系统状态，进行数据处理与信息交互。
2.根据权利要求1所述的用于排水井盖的堵塞检测系统，其特征在于，所述硬件系统包括箱体、ZigBee模块、微控制器模块、薄膜压力传感器模块组、天线和电池箱；其中：
所述薄膜压力传感器模块组与所述微控制器模块相连接，所述微控制器模块与所述ZigBee模块相连接，所述ZigBee模块与所述天线相连接，通过所述天线将信号发送至述ZigBee基站；
所述电池箱分别与所述微控制器模块与所述ZigBee模块相连接，用于向所述微控制器模块与所述ZigBee模块进行供电；
所述箱体用于承载所述ZigBee模块、所述微控制器模块、所述薄膜压力传感器模块组、所述天线和所述电池箱。
3.根据权利要求2所述的用于排水井盖的堵塞检测系统，其特征在于，所述薄膜压力传感器模块组包括第一薄膜压力传感器模块和第二薄膜压力传感器模块；
所述第一薄膜压力传感器模块位于所述排水孔上端，用于检测井盖表面积水深度；
所述第二薄膜压力传感器模块位于所述排水孔下端，用于检测下水道是否反水或排水超负荷。
4.根据权利要求2所述的用于排水井盖的堵塞检测系统，其特征在于，所述硬件系统由卡具与所述排水孔进行固定，所述卡具通过若干螺钉与所述排水孔的底部进行连接。
5.根据权利要求2所述的用于排水井盖的堵塞检测系统，其特征在于，所述软件系统包括主程序、终端服务程序和串口接收服务程序；其中：
所述主程序用于对系统单片机的串口和ZigBee模块进行初始化，使所述系统单片机和所述ZigBee模块进入休眠模式，待满足预设启动条件，重新激活系统；
所述终端服务程序用于对通过传感器传送至管理终端的数据进行监管和处理；
所述串口接收服务程序用于对通过串口进行传输和交互的数据进行管理和监控。
6.一种用于排水井盖的堵塞检测方法，其特征在于，包括：
若满足预设启动条件，开始检测水位变化，得到若干水位检测结果；
将所述若干水位检测结果传递至ZigBee基站；
由所述ZigBee基站将预设检测范围的综合检测数据上传至监控中心；
所述监控中心对所述综合检测数据进行分析，根据预设预警条件进行判断，得到堵塞检测结果。
7.根据权利要求6所述的用于排水井盖的堵塞检测方法，其特征在于，所述若干水位检测结果通过第一个获取到水位检测结果的薄膜压力传感器模块组，将所述水位检测结果传递至下一个薄膜压力传感器模块组，依次进行累加，直至获取到所述预设检测范围内的所有水位检测结果所得到的。
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