CN116164809A - 一种适用于沿海地区的淹水监测和报警装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种适用于沿海地区的淹水监测和报警装置，包括固定杆和雨量筒；所述固定杆与主体箱相连接，且所述主体箱可沿所述固定杆上下移动；所述主体箱的顶部设有报警显示器和波高监测仪，所述主体箱的底部设有水位传感器，所述雨量筒的内部设有雨量传感器，所述主体箱的内部设有控制系统，所述控制系统与所述报警显示器、波高监测仪、水位传感器和雨量传感器均电性连接。本发明可为沿海淹水实时监测和报警提供良好效果。

Description

一种适用于沿海地区的淹水监测和报警装置

技术领域

本发明涉及淹水报警技术领域，具体是一种适用于沿海地区的淹水监测和报警装置。

背景技术

随着全球变暖和海平面上升，各种极端天气显著增强，部分地区热带气旋的频率和强度有所增加，热带气旋在沿海地区导致的自然灾害也呈现逐年上升的趋势。热带气旋登陆或逼近陆地时，大气和海洋发生的急剧变化导致了狂风、巨浪等过程，并引发了近海区域的海洋动力灾害。

针对气候变化情景下台风引起的淹水等灾害的加剧趋势，设置沿海地区的淹水监测和报警装置具有重要意义。但目前与淹水有关装置多为内地道路上的淹水设备以针对城市内涝问题，针对沿海地区尚在少数。

发明内容

针对上述现有技术，本发明提出一种适用于沿海地区的淹水监测和报警装置。

本发明提供的一种适用于沿海地区的淹水监测和报警装置，包括固定杆和雨量筒；所述固定杆与主体箱相连接，且所述主体箱可沿所述固定杆上下移动；所述主体箱的顶部设有报警显示器和波高监测仪，所述主体箱的底部设有水位传感器，所述雨量筒的内部设有雨量传感器，所述主体箱的内部设有控制系统，所述控制系统与所述报警显示器、波高监测仪、水位传感器和雨量传感器均电性连接。

优选地，所述主体箱上设有连接座，且所述连接座的一端设有安装板，所述安装板与所述主体箱可拆卸连接，所述连接座的另一端与所述固定杆卡扣连接。

优选地，所述连接座的一端设有第一滑槽，所述第一滑槽内分别可滑动连接有左滑移块和右滑移块，所述左滑移块的外端设有左定位块，所述右滑移块的外端设有右定位块，所述左定位块与所述右定位块的相对端之间通过弹性件相连接；所述固定杆上设有第二滑槽，所述第二滑槽的两侧壁分别设有数个左定位孔和数个右定位孔，所述左定位孔与所述右定位孔相对布置；所述左定位块、右定位块分别插于所述左定位孔、右定位孔中。

优选地，所述左定位块和右定位块与所述第二滑槽之间均设有若干小型气源和若干滚轮，所述第一滑槽中位于所述左定位块和右定位块之间设有导电性接头，所述连接座内置有锂电池，所述左定位块、右定位块与所述导电性接头接触时，所述锂电池与所述小型气源电性连接。

优选地，所述左定位块与右定位块之间还设有限位杆，所述左定位块与右定位块的相对端分别设有左杆槽和右杆槽，所述限位杆的两端分别置于所述左杆槽和右杆槽中；所述左定位块与所述右定位块的外壁均设有承重板。

优选地，所述主体箱上设有供电系统，所述供电系统包括蓄电池和太阳能电池板。

优选地，所述主体箱上设有触控屏。

优选地，所述固定杆上与所述主体箱相对的一侧设有防护板，所述固定杆的下端设有固定底座。

优选地，所述固定杆与所述主体箱的外侧均依次设有防冲积层、防腐蚀层和防水层。

优选地，还包括数个摄像头，所述摄像头与所述控制系统电性连接，所述摄像头的监测方法包括下述步骤：

S1、使雨量传感器、水位传感器和波高监测仪处于工作状态，将数个摄像头分布于近海位置；

S2、摄像头自动识别小汽车车轮及水位在车轮上所处的位置，将图像信息实时传输至控制系统；

S3、控制系统中的图像识别模块进行图像实时识别，由水在车轮上所处的位置信息，依据比例关系，推得该时刻水位；

S4、数个摄像头同时刻传输图像信息至控制系统，控制系统推得水位信息后进行相互对比，并与该时刻水位传感器的数据连通，通过自动校正模块，进行水位校正，得到校正水位h1，并利用内置GIS软件及当地地形数据计算得到校正实时淹水图；

S5、重复S2-S4，预设置传输数据时间间隔t，得到校正水位h2、h3、……、hn，每次得到校正水位后，控制系统的计算模块利用相邻两校正水位，采用公式E＝(h_i-h_(i-1))/t估算雨强，并将算得的雨强与雨量筒所得雨强比对。

相对于现有技术，本发明的有益效果为：本发明提供的一种适用于沿海地区的淹水监测和报警装置，整体较为简单，所需功能现有技术基本可以实现，监测输出项目包括波高、雨量雨强和淹水可视化图，波高数据来源于外海可为风暴潮产生的淹水提供监测支撑，雨量雨强数据由降雨产生，其可同时兼顾近海与城市内地，对于城市内涝的产生也具有一定的提前监测作用，淹水可视化图为区域性成图，可对整个区域的淹水情况作宏观展示，且雨强及淹水可视化图分别有两种数据来源方便进行相互比对，可为沿海淹水监测和报警提供良好效果；雨量和水位监测数据还可用来分析沿海区域排水系统的排水效率，为监管部门提供疏堵改进信息；相关数据的传输均为实时，可为服务端提供实时信息，方便管理人员做出相关决策；固定杆通过固定底座固定于地面，具有稳定性，杆上装有防护板，可在一定程度上抵御风暴潮对装置的破坏；控制系统安装于主体箱内，具有较好隐蔽性，并可防止雨水侵蚀；设置远程传输功能，实现了远程数据收集与查看，方便快捷，且可与手机App或小程序结合，为大众发布实时淹水信息，并警示大众避让区域和疏散道路；采用太阳能电板作为供电方式之一，实现对清洁能源的利用；提供一个较大范围的水位监测方案，考虑自然界物体作为参照尺度进行测量，巧妙利用摄像头和自然参照物车轮实现水位的范围性测量，同时内置校正系统提高了装置整体精度，使得可靠性更高。

附图说明

图1为本发明实施例的结构示意图。

图2、3为本发明实施例的局部结构示意图。

图4为本发明实施例中控制系统连接示意图。

图5为本发明实施例中预警信息传输示意图。

图6为本发明实施例中摄像头的监测示意图。

图中：1、固定杆；2、固定底座；3、主体箱；4、连接座；5、安装板；6、第一滑槽；7、左滑移块；8、右滑移块；9、左定位块；10、右定位块；11、弹簧；12、第二滑槽；13、右定位孔；14、滚轮；15、小型气源；16、导电性接头；17、限位杆；18、左杆槽；19、右杆槽；20、承重板；21、防护板；22、报警显示器；23、波高监测仪；24、水位传感器；25、触控屏；26、雨量筒；27、太阳能电池板；28、摄像头。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

实施例

一种适用于沿海地区的淹水监测和报警装置，如图1-3所示，包括固定杆1，固定杆1的下端设有固定底座2，固定杆1与主体箱3相连接，主体箱3的一侧部设有连接座4，如图2所示，连接座4的一端设有安装板5，安装板5与主体箱3通过螺栓相连接，方便将主体箱3拆下进行检修。连接座4的另一端开设有第一滑槽6，第一滑槽6的内两端分别可滑动连接有左滑移块7和右滑移块8，左滑移块7的外端设有左定位块9，右滑移块8的外端设有右定位块10，左定位块9与右定位块10的相对端之间通过两根弹簧11相连接。如图1、3所示，固定杆1的一侧部设有第二滑槽12，第二滑槽12的两侧壁分别设有圆形的八个左定位孔和八个右定位孔13，所述左定位孔与右定位孔13相对布置，左定位块9、右定位块10均设置为圆杆状，分别插于所述左定位孔、右定位孔13中，如此连接座4与固定杆实现1卡扣连接。

为使连接座4方便上下移动，左定位块9和右定位块10的相背端均设有两个滚轮14，左定位块9和右定位块10的内侧端均设有一个滚轮14，第二滑槽12内设有与滚轮14相配合的滚轮槽，以使滚轮14能够稳定地滚动。为减少滚轮14移动时的阻力，左定位块9和右定位块10的相背端以及两者的内侧端均设有小型气源15，其可将压缩空气喷出，在与第二滑槽12之间形成空气膜，有效减少摩擦阻力，第一滑槽6中位于左定位块9和右定位块10之间设有两个导电性接头16，连接座4内置有锂电池，锂电池与导电性接头16电性连接，且左滑移块7、右滑移块8、左定位块9和右定位块10均采用导电性材料制成，如此，当需上下移动时，左滑移块7和右滑移块8在滑槽内相向移动，与导电性接头16相接触，形成通路，所述锂电池为小型气源15供电，使得小型气源工作，待左定位块9和右定位块10到达下一个定位孔时，左滑移块7和右滑移块8被弹簧11分别向两端弹出，与导电性接头16分离，电路断开，小型气源15停止工作。

进一步地，由于主体箱3有一定的重量，连接时需由连接装置承担，为保护装置，左定位块9和右定位块10之间还设有限位杆17，左定位块9与右定位块10的相对端分别设有左杆槽18和右杆槽19，限位杆17的两端分别插入左杆槽18和右杆槽19中贯通左定位块9与右定位块10，限位杆17由刚性材料制成，承担较大压力的同时可使整个连接装置保持水平；左定位块9与右定位块10的外壁均设有承重板20，承重板20可在定位块与固定孔接触时保护其不因受压而破坏。

进一步地，固定杆1的另一侧端设有防护板21，以保护设备，避免浪的冲击，各设备的外周均依次设有防冲积层、防腐蚀层和防水层。

进一步地，主体箱3的内部设有控制系统，可为PLC控制系统，主要用于海浪波高与设定阈值的比对及信息储存、每小时雨量的信息储存、淹水图的实时呈现、报警显示器的开关、摄像头的部分控制，且数据通过无线装置向服务端实时传输，并可与手机App或小程序结合，为大众发布实时淹水信息。

主体箱3的顶部设有报警显示器22和波高监测仪23，波高监测仪23用于测量海浪波高，并向控制系统传输波高信息，波高监测仪23为超声波式测波仪，利用超声波的反射来进行观测，其数据来源于外海可为风暴潮产生的淹水提供一定数据支撑。

进一步地，主体箱3的底部设有水位传感器24，考虑不同地区的警戒水位可能存在差异，可通过连接座4调节主体箱3的高度，进而调节主体箱3上水位传感器24的高度，以便进行水位监测。水位传感器24可采用莱恩德LD-SW2，使用时其发射雷达脉冲，而后接收从水面反射回来的脉冲，并记录时间(T)，由于电磁波的传播速度(C)是个常数，从而得出水面的距离(D)。电磁波从发射到接收的时间与到水面的距离成正比，纳秒级的时间测量转化为毫秒级的时间测量，从而极大地提高了测量精度；测量数据传输至控制系统后，控制系统利用内置的GIS功能并结合当地地形图，使用测得的水位高作为原始输入值，得到当地淹水图，该图通过无线装置传输至服务端，便于后台人员了解水位及淹水范围。待水位高度触碰水位传感器16(即D＝0时)，水位传感器16即会向控制系统传输信号，控制系统便会控制报警显示器22发出红光及“滴”的声音，以警示路人及来往车辆不要再继续靠近该区域。

进一步地，主体箱3上设有触控屏25，用于控制各设备的开关，电量的显示等。

进一步地，该装置还包括雨量筒26，雨量筒26的内部设有雨量传感器，用于测量一段时间内的总雨量并通过内部雨量传感器向控制系统传输雨量信息。

进一步地，主体箱3上设有供电系统，所述供电系统包括内部的蓄电池和外部的太阳能电池板27，太阳能电池板27用于晴天为装置提供工作所需电能，阴雨天由主体箱3内部的蓄电池供电，太阳能电池板27及蓄电池均由控制系统内的电量控制器控制；太阳能电池板27上设置有一层透明防水材料用于保护太阳能电池板27以防浸水而被破坏。其中，波高监测仪23、水位传感器24、雨量传感器均与控制系统相连接。

进一步地，该装置还包括数个摄像头28，摄像头28与控制系统电性连接。

本装置的使用方法如下：将该装置通过固定底座2固定于靠近沿海岸堤的某一处，雨量筒26置于地面，调节连接座4在定位孔的位置以得到适合当地警戒水位的水位传感器高度(为了提前达到警戒效果，可将此高度调低，如取警戒水位的1/2和0.5m的最小值)，通过触控屏25打开各设备，使得水位传感器24、波高监测仪23、雨量筒26内的雨量传感器、摄像头28处于工作状态。如图4、5所示，晴天时，装置的工作供电由太阳能电池板27承担，阴雨天时则由主体箱3内的蓄电池承担。当风暴潮来袭，使波浪抬高并造成增水，同时局部地区会产生降雨，此时，雨量传感器、波高监测仪23、水位传感器24及摄像头28会实时向控制系统传输信息，控制系统实时通过波高监测仪23所传输数据将波高信息与预设的阈值进行参考比较以使所得数据更清晰直观，利用雨量传感器所传输数据得出雨量及平均雨强等信息，利用水位传感器24所传输数据并结合内置GIS模块及当地地形数据并计算得到淹水图，进一步利用摄像头28获得实时影像，其所得数据可与特定检测仪器所得数据相互比较印证，如图6所示，摄像头28的监测方法包括下述步骤：

S1、使雨量筒26、水位传感器24和波高监测仪23处于工作状态，将数个摄像头28分布于近海位置；

S2、摄像头28自动识别小汽车车轮及水位在车轮上所处的位置(小汽车轮胎直径一般在60cm-80cm之间，这里取平均，以70cm计)，将图像信息实时传输至控制系统，日常监测时摄像头拍照存图频率预设为1hr，当雨强超过25mm/h或波高超过2.5m时，拍照频率自动调整为10min的频率；当警报解除后或相关监测数据回落到阈值以下后，拍照频率恢复到1hr；

S3、控制系统中的图像识别模块进行图像实时识别，由水在车轮上所处的位置信息，依据比例关系，推得该时刻水位；

S4、数个摄像头28同时刻传输图像信息至控制系统，控制系统推得水位信息后进行相互对比，并与该时刻水位传感器24的数据连通，通过自动校正模块，进行水位校正，得到校正水位h1，并利用内置GIS软件及当地地形数据，计算得到校正实时淹水图；

S5、重复S2-S4，预设置传输数据时间间隔t(如10s)，得到校正水位h2、h3、……、hn，每次得到校正水位后，控制系统的计算模块利用相邻两校正水位，采用公式E＝(h_i-h_(i-1))/t估算实时雨强，并将算得的雨强与雨量筒26所得雨强比对。

而后将这些数据及可视化图通过无线传输模块中的无线网卡传输至服务端，其中波高数据来源于外海可为风暴潮产生的淹水提供监测支撑，雨量雨强数据由降雨产生，其可同时兼顾近海与城市内地，对于城市内涝的产生也具有一定的提前监测作用，淹水可视化图为区域性成图，可对整个区域的淹水情况作宏观展示，以上多维度信息便于使用者实时得知情况并做出提前决策；同时，也可将信息实时传输至手机App或小程序内，为大众发布实时淹水信息，并警示大众避让区域和疏散道路。当来雨量很大，地面淹水已至水位传感器24处，此时水位传感器24将向控制系统传输信息，控制系统判断D＝0即控制报警显示器22的红灯亮起，并发出“滴”的声音，以警示路人及来往车辆不要再继续靠近该区域。

以上仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理在本发明的专利保护范围之内。

Claims (10)

1.一种适用于沿海地区的淹水监测和报警装置，其特征在于，包括固定杆和雨量筒；所述固定杆与主体箱相连接，且所述主体箱可沿所述固定杆上下移动；所述主体箱的顶部设有报警显示器和波高监测仪，所述主体箱的底部设有水位传感器，所述雨量筒的内部设有雨量传感器，所述主体箱的内部设有控制系统，所述控制系统与所述报警显示器、波高监测仪、水位传感器和雨量传感器均电性连接。

2.如权利要求1所述的适用于沿海地区的淹水监测和报警装置，其特征在于，所述主体箱上设有连接座，且所述连接座的一端设有安装板，所述安装板与所述主体箱可拆卸连接，所述连接座的另一端与所述固定杆卡扣连接。

3.如权利要求2所述的适用于沿海地区的淹水监测和报警装置，其特征在于，所述连接座的一端设有第一滑槽，所述第一滑槽内分别可滑动连接有左滑移块和右滑移块，所述左滑移块的外端设有左定位块，所述右滑移块的外端设有右定位块，所述左定位块与所述右定位块的相对端之间通过弹性件相连接；所述固定杆上设有第二滑槽，所述第二滑槽的两侧壁分别设有数个左定位孔和数个右定位孔，所述左定位孔与所述右定位孔相对布置；所述左定位块、右定位块分别插于所述左定位孔、右定位孔中。

4.如权利要求3所述的适用于沿海地区的淹水监测和报警装置，其特征在于，所述左定位块和右定位块与所述第二滑槽之间均设有若干小型气源和若干滚轮，所述第一滑槽中位于所述左定位块和右定位块之间设有导电性接头，所述连接座内置有锂电池，所述左定位块、右定位块与所述导电性接头接触时，所述锂电池与所述小型气源电性连接。

5.如权利要求3所述的适用于沿海地区的淹水监测和报警装置，其特征在于，所述左定位块与右定位块之间还设有限位杆，所述左定位块与右定位块的相对端分别设有左杆槽和右杆槽，所述限位杆的两端分别置于所述左杆槽和右杆槽中；所述左定位块与所述右定位块的外壁均设有承重板。

6.如权利要求1-5任一项所述的适用于沿海地区的淹水监测和报警装置，其特征在于，所述主体箱上设有供电系统，所述供电系统包括蓄电池和太阳能电池板。

7.如权利要求1-5任一项所述的适用于沿海地区的淹水监测和报警装置，其特征在于，所述主体箱上设有触控屏。

8.如权利要求1-5任一项所述的适用于沿海地区的淹水监测和报警装置，其特征在于，所述固定杆上与所述主体箱相对的一侧设有防护板，所述固定杆的下端设有固定底座。

9.如权利要求1-5任一项所述的适用于沿海地区的淹水监测和报警装置，其特征在于，所述固定杆与所述主体箱的外侧均依次设有防冲积层、防腐蚀层和防水层。

10.如权利要求1-5任一项所述的适用于沿海地区的淹水监测和报警装置，其特征在于，还包括数个摄像头，所述摄像头与所述控制系统电性连接，且所述摄像头的监测方法包括下述步骤：

S1、使雨量传感器、水位传感器和波高监测仪处于工作状态，将数个摄像头分布于近海位置；

S2、摄像头自动识别小汽车车轮及水位在车轮上所处的位置，将图像信息实时传输至控制系统；

S3、控制系统中的图像识别模块进行图像实时识别，由水在车轮上所处的位置信息，依据比例关系，推得该时刻水位；

S4、数个摄像头同时刻传输图像信息至控制系统，控制系统推得水位信息后进行相互对比，并与该时刻水位传感器的数据连通，通过自动校正模块，进行水位校正，得到校正水位h1，并利用内置GIS软件及当地地形数据计算得到校正实时淹水图；

S5、重复S2-S4，预设置传输数据时间间隔t，得到校正水位h2、h3、……、hn，每次得到校正水位后，控制系统的计算模块利用相邻两校正水位，采用公式E＝(h_i-h_(i-1))/t估算雨强，并将算得的雨强与雨量筒所得雨强比对。

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