CN112687078A - 一种基于物联网技术的雨水篦子智能监测系统 - Google Patents

一种基于物联网技术的雨水篦子智能监测系统 Download PDF

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戴孟初
王一凡
张文强
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刘勇
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Abstract

本发明公开了一种基于物联网技术的雨水篦子智能监测系统，包括传感器终端、监测平台和雨水篦子，其中，传感器终端安装在雨水篦子上以获得水位压力信息，包括采集模块、主控模块、通信模块和电源，其中采集模块通过薄膜压力传感器获得水压的模拟信号；主控模块将其转变为数字信号并对其编码，通信模块采用物联网通讯技术将信息无线传递至监测平台进行后续数据分析，对地上水位高度进行监测；本发明有效地将物联网技术应用于地上水位的实时监测，协助市政部门做好城市内涝灾害的防控工作，推进城市市政信息化管理；采用创新的系统设计，在实现上述内涝灾害防控的同时，降低使用和维护成本，提升城市管理和防灾抗灾效率。

Description

一种基于物联网技术的雨水篦子智能监测系统
技术领域
本发明涉及智慧城市市政设施技术领域，具体涉及一种基于物联网技术的实现雨水篦子上方水位高度监测的系统。
背景技术
受季节性降雨影响，我国部分地区会因其自然地势较低、排水设施不完善、城市路面硬化导致雨水渗透率降低等原因造成严重的城市内涝灾害，为群众的生命安全和财产安全带来严重影响，每年直接经济损失达数百亿元。
目前，应对城市内涝灾害主要采取措施为加大环卫工人巡视力度，这样不仅增加了人力成本，且靶向性不强，效率不高。在水位高度监测技术方面，现有研究大多为监测河道水位高度或地下水位高度，柯跃前在论文《一种基于OneNET物联网平台的水位监测系统》中公开了一种基于OneNET物联网平台，实现对江河水位的实时采集和监测，吴晓斌在论文《基于NB-IOT的窨井盖及井下工况远程监控系统设计》中，利用窄带物联网(NB-IOT)技术实现了对窨井盖下水位高度信息等多种信息的采集监测，但都很难应用于地上水位高度的测量，且成本较高。
发明内容
本发明的目的在于将物联网技术应用于地上水位的实时监测，协助市政部门做好城市内涝灾害的防控工作，推进信息化管理，减少成本，提升效率。
本发明的一种基于物联网技术的雨水篦子智能监测系统，包括传感器终端、监测平台和雨水篦子，其中，传感器终端安装在雨水篦子上以获得水位压力信息，随后通过物联网通讯技术将数据传递至监测平台，对地上水位高度进行监测。
所述的物联网通讯技术包括但不限于Zigbee技术、NB-IOT技术。
所述的传感器终端包括采集模块、主控模块、通信模块和电源，其中采集模块通过薄膜压力传感器获得水压的模拟信号；主控模块接收到采集模块传来的模拟信号后将其转变为数字信号并对其编码，随后发送包含位置信息的编码至通信模块；通信模块采用物联网通讯技术将信息无线传递至监测平台进行后续数据分析；
所述的采集模块、主控模块和通信模块都由电源进行供电，传感器终端设置有休眠模式和实时监测两种模式，在有降雨时开启实时监测模式，无降雨时保持休眠模式；所述的通信模块会接收监测平台发回的指令并将其传递给主控模块，主控模块解析指令后会对采集模块进行控制；
所述的监测平台收集大量传感器终端同时传来的数据并进行处理，将压力信号换算为具体的水位高度并将其可视化，水位高度达到一定程度后发送报警信息。
所述的监测平台包括地图系统模块、监测信息模块、报警管理模块和历史记录模块，其中，地图系统模块包括气象信息单元，结合气象情况选择性地给传感器终端开启实时监测模式；包括位置显示单元，在监测平台主界面的地图上显示每个传感器终端的位置；包括状态显示单元，根据水位高度信息，显示传感器终端所处位置正处于无水状态、水位上升状态、水位警示状态或是水位下降状态。
所述的监测信息模块包括水位变化单元，将此处的水位高度变化趋势以图线形式展示；包括终端管理单元，批量选择开启/关闭特定位置的传感器终端。
所述的报警管理模块包括阈值设置单元，通过输入阈值来决定水位达到一定高度再发出警报；包括报警信息发送单元，一旦某处水位高度突破设定阈值，选择将位置信息发送至市政管理部门和环卫工人手机上；包括故障处理单元，一旦出现传感器故障或被杂物干扰的情况，将此处的传感器终端设定为故障模式，待城市内涝灾害解除后再做进一步处理。
所述的历史记录模块包括报警次数统计单元，统计在一定时间内每处雨水篦子报警的次数，经常报警的区域则需要市政部门完善其排水设置；包括篦子基本信息单元，记录此处雨水篦子和传感器终端的编号以及安装时间。
本发明的有益效果在于：有效地将物联网技术应用于地上水位的实时监测，协助市政部门做好城市内涝灾害的防控工作，推进城市市政信息化管理；采用创新的系统设计，在实现上述内涝灾害防控的同时，降低使用和维护成本，提升城市管理和防灾抗灾效率。
附图说明
图1为本发明的一种实施例的总体框图
图2为本发明的传感器终端的整体架构
图3为本发明的监测平台的整体架构
图4为本发明的具体工作流程图
图中：
1、传感器终端；2、监测平台；3、雨水篦子；
4、采集模块；5、主控模块；6、通信模块；7、电源；
21、地图系统；22、监测信息；23、报警管理；24、历史记录。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细介绍，如图1所示，本发明的一种基于物联网技术的雨水篦子智能监测系统，包括传感器终端1、监测平台2和雨水篦子3，其中，传感器终端1安装在雨水篦子3上以获得水位压力信息，随后通过物联网通讯技术将数据传递至监测平台2，从而实现地上水位高度的监测。
所述的物联网通讯技术包括但不限于Zigbee技术、窄带物联网(NB-IOT)技术。
传感器终端1采集当地水位压力信息并将其上传至监测平台2。在实际应用中，会在目标区域内的每一个雨水篦子3上布置一个传感器终端1，布置数量庞大，具体布置方式如图1所示。
传感器终端1结构组成如图2所示，包括：采集模块4、主控模块5、通信模块6和电源7。在实际工作过程中，采集模块4首先通过薄膜压力传感器获得水压的模拟信号；主控模块5接收到采集模块4传来的模拟信号后将其转变为数字信号并对其编码，随后发送包含位置信息的编码至通信模块6；通信模块6采用物联网通讯技术将信息无线传递至监测平台2进行后续数据分析。此外，通信模块6会接收监测平台2发回的指令并将其传递给主控模块5，主控模块5解析指令后会对采集模块4进行控制。以上三个模块都由电源7进行供电，传感器终端1设置有休眠模式和实时监测两种模式，在有降雨时开启实时监测模式，无降雨时保持休眠模式以节省电量。
监测平台2收集大量传感器终端1同时传来的数据并进行处理，将压力信号换算为具体的水位高度并将其可视化，水位高度达到一定程度后发送报警信息。
监测平台2整体架构如图3所示，包括：地图系统模块21、监测信息模块22、报警管理模块23和历史记录模块24。其中，地图系统模块21包括气象信息功能，可结合气象情况选择性地给传感器终端1开启实时监测模式；包括位置显示功能，可在监测平台2主界面的地图上显示每个传感器终端1的位置；包括状态显示功能，根据水位高度信息，显示传感器终端1所处位置正处于无水状态、水位上升状态、水位警示状态或是水位下降状态。
监测信息模块22包括水位变化功能，可将此处的水位高度变化趋势以图线形式展示；包括终端管理功能，可批量选择开启/关闭特定位置的传感器终端1。
报警管理模块23包括阈值设置功能，通过输入阈值来决定水位达到一定高度再发出警报；包括报警信息发送功能，一旦某处水位高度突破设定阈值，可选择将位置信息发送至市政管理部门和环卫工人手机上，以便迅速派遣人员前去处理，及时遏制城市内涝灾害进一步发展；包括故障处理功能，一旦出现传感器故障或被杂物干扰的情况，可以将此处的传感器终端1设定为故障模式，待城市内涝灾害解除后再做进一步处理。
历史记录模块24包括报警次数统计功能，可以统计在一定时间内每处雨水篦子3报警的次数，经常报警的区域则需要市政部门完善其排水设置；包括篦子基本信息功能，可记录此处雨水篦子3和传感器终端1的编号以及安装时间。
本发明将传感器终端1和监测平台2二者通过物联网技术结合起来，实现了在城市内涝灾害下的水位高度监测，具体工作流程如图4所示。
(1)在当地没有降雨时，传感器终端1是处于休眠模式的；
(2)当有强降雨发生的气象信息传至监测平台2后，监测平台2将根据是否降雨决定传感器终端1是否进入实时监测模式；
(3)进入实时监测模式后，电源7将会给全部模块供电，采集模块4获取压力信号后传递给主控模块5，主控模块5进行信号处理后，将编译好的信息传递给通信模块6，通信模块6将会向监测平台2发送数据；
(4)监测平台2会同时接收布置于监测区域的多个雨水篦子3上传感器终端1上传的数据并将数据保存，随后解析数据并用特定的算法计算出对应的水位高度信息，最后对所得信息进行可视化，同时，一旦水位高度超过划定阈值，则发送报警信息。
上述实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (7)

1.一种基于物联网技术的雨水篦子智能监测系统，其特征在于：包括传感器终端(1)、监测平台(2)和雨水篦子(3)，其中，传感器终端(1)安装在雨水篦子(3)上以获得水位压力信息，随后通过物联网通讯技术将数据传递至监测平台(2)，对地上水位高度进行监测。
2.根据权利要求1所述的一种基于物联网技术的雨水篦子智能监测系统，其特征在于：
所述的物联网通讯技术包括但不限于Zigbee技术、NB-IOT技术。
3.根据权利要求1所述的一种基于物联网技术的雨水篦子智能监测系统，其特征在于：
所述的传感器终端(1)包括采集模块(4)、主控模块(5)、通信模块(6)和电源(7)，其中采集模块(4)通过薄膜压力传感器获得水压的模拟信号；主控模块(5)接收到采集模块(4)传来的模拟信号后将其转变为数字信号并对其编码，随后发送包含位置信息的编码至通信模块(6)；通信模块(6)采用物联网通讯技术将信息无线传递至监测平台(2)进行后续数据分析；
所述的采集模块(4)、主控模块(5)和通信模块(6)都由电源(7)进行供电，传感器终端(1)设置有休眠模式和实时监测两种模式，在有降雨时开启实时监测模式，无降雨时保持休眠模式；
所述的通信模块(6)会接收监测平台(2)发回的指令并将其传递给主控模块(5)，主控模块(5)解析指令后会对采集模块(4)进行控制；
所述的监测平台(2)收集大量传感器终端(1)同时传来的数据并进行处理，将压力信号换算为具体的水位高度并将其可视化，水位高度达到一定程度后发送报警信息。
4.根据权利要求3所述的一种基于物联网技术的雨水篦子智能监测系统，其特征在于：
所述的监测平台(2)包括地图系统模块(21)、监测信息模块(22)、报警管理模块(23)和历史记录模块(24)，其中，地图系统模块(21)包括气象信息单元，结合气象情况选择性地给传感器终端(1)开启实时监测模式；包括位置显示单元，在监测平台(2)主界面的地图上显示每个传感器终端(1)的位置；包括状态显示单元，根据水位高度信息，显示传感器终端(1)所处位置正处于无水状态、水位上升状态、水位警示状态或是水位下降状态。
5.根据权利要求4所述的一种基于物联网技术的雨水篦子智能监测系统，其特征在于：
所述的监测信息模块(22)包括水位变化单元，将此处的水位高度变化趋势以图线形式展示；包括终端管理单元，批量选择开启/关闭特定位置的传感器终端(1)。
6.根据权利要求4所述的一种基于物联网技术的雨水篦子智能监测系统，其特征在于：
所述的报警管理模块(23)包括阈值设置单元，通过输入阈值来决定水位达到一定高度再发出警报；包括报警信息发送单元，一旦某处水位高度突破设定阈值，选择将位置信息发送至市政管理部门和环卫工人手机上；包括故障处理单元，一旦出现传感器故障或被杂物干扰的情况，将此处的传感器终端(1)设定为故障模式，待城市内涝灾害解除后再做进一步处理。
7.根据权利要求4所述的一种基于物联网技术的雨水篦子智能监测系统，其特征在于：
所述的历史记录模块(24)包括报警次数统计单元，统计在一定时间内每处雨水篦子(3)报警的次数，经常报警的区域则需要市政部门完善其排水设置；包括篦子基本信息单元，记录此处雨水篦子(3)和传感器终端(1)的编号以及安装时间。
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