CN117666391A - 一种自动排涝控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种自动排涝控制系统及控制方法，控制系统包括：预警机构，所述预警机构上设置有摄像头；与所述预警机构电连接的排水机构，所述排水机构包括排水开道；设置在所述排水开道端部的排水篦子；设置在所述排水机构内部的联动顶升机构；所述预警机构监控到水位高度值等于预设阈值时，输出第一控制信号，所述第一控制信号控制摄像头监控预设范围内的环境信息，并根据所述环境信息输出第二控制信号，控制联动顶升机构顶升排水篦子至预设角度，使得雨水排放至排水开道。本发明的方案，可在内涝发生阶段实现快速排水加快排涝，实现现场预警和平台预警。

Description

一种自动排涝控制系统及控制方法

技术领域

本发明涉及计算机信息处理技术领域，特别是指一种自动排涝控制系统及控制方法。

背景技术

时逢雨季来袭，道路积水、交通堵塞、地下车库进水等问题严重困扰城市人们的生活，人民财产和生命安全遭到威胁。如何在内涝发生阶段实现快速排水并进行现场预警和平台预警，是内涝监管的重要一环。当前内涝排水主要依靠雨水篦子实现对水的收集，实际排水时水体中会有小树枝、塑料布等杂物堵塞雨水篦子的孔隙，无法实现快速排涝，很多城市会在雨期配备大量运维人员，在发布内涝预警时由运维人员到现场开启雨水篦子并驻守直到内涝消退。

发明内容

本发明要提供一种自动排涝控制系统及控制方法，以解决发生内涝时无法实现快速排涝，同时需要配备大量工作人员进行现场运维的问题。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种自动排涝控制系统，包括：

预警机构，所述预警机构上设置有摄像头；

与所述预警机构电连接的排水机构，所述排水机构包括排水开道；

设置在所述排水开道端部的排水篦子；

设置在所述排水机构内部的联动顶升机构；

所述预警机构监控到水位高度值达到预设阈值范围内时，输出第一控制信号，所述第一控制信号控制摄像头监控预设范围内的环境信息，并根据所述环境信息输出第二控制信号，控制联动顶升机构顶升排水篦子至预设角度，使得雨水排放至排水开道。

可选的，所述预警机构包括：

立杆；

设置在所述立杆的顶端的太阳能供电组件；

设置在所述立杆杆体上的所述摄像头、控制器和声光报警器，所述摄像头、所述控制器和所述声光报警器分别位于所述立杆的不同侧。

可选的，所述太阳能供电组件、所述摄像头、所述声光报警器以及所述控制器之间均电连接。

可选的，所述排水开道的一侧两端分布有接通电极。

可选的，所述排水篦子的顶面设置有篦板；

所述篦板的一侧两端连接有转轴架，所述篦板通过所述转轴架与所述排水篦子构成旋转结构，且所述篦板底面与所述联动顶升机构间隔一预设距离。

可选的，所述联动顶升机构包括固定底座；

所述固定底座的一侧连接有卡板；

所述卡板的内侧设置有电动推杆；

所述电动推杆的底端一侧设置有压力式液位计；

所述电动推杆的顶端设置有滚筒，所述滚筒通过所述电动推杆与所述固定底座构成升降结构；

所述电动推杆的顶部两侧分布有爆闪灯；

所述电动推杆内部设置有至少2台电机。

可选的，所述电动推杆、所述压力式液位计与所述预警机构之间电连接，所述滚筒与所述电动推杆顶端为通过转轴连接。

本发明还提供一种自动排涝控制方法，应用于如上所述的自动排涝控制系统，所述方法包括：

预警机构监控到水位高度值达到预设阈值范围内时，输出第一控制信号，所述第一控制信号控制摄像头监控预设范围内的环境信息；

根据所述环境信息输出第二控制信号，所述第二控制信号用于控制联动顶升机构顶升排水篦子至预设角度，使得雨水排放至排水开道。

可选的，根据所述环境信息输出第二控制信号，包括：

获取控制摄像头监控预设范围内的监控图像；

根据所述监控图像，确定监控图像中满足预设条件的目标物环境信息；

根据所述目标物环境信息，输出第二控制信号。

可选的，根据所述监控图像，确定监控图像中满足预设条件的目标物环境信息，包括：

根据所述监控图像，确定监控图像中满足预设条件的目标物环境信息，包括：

根据所述监控图像中相邻两帧图像分别对应像素点的灰度值，确定监控图像中满足预设条件的目标物环境信息。

本发明的上述方案至少包括以下有益效果：

本发明的上述方案，自动排涝控制通过所述预警机构监控到水位高度值达到预设阈值范围内时，输出第一控制信号，所述第一控制信号控制摄像头监控预设范围内的环境信息，并根据所述环境信息输出第二控制信号，控制联动顶升机构顶升排水篦子至预设角度，使得雨水排放至排水开道。可在内涝发生阶段实现快速排水加快排涝实现现场预警和平台预警。

附图说明

图1是本发明的实施例提供的自动排涝控制系统的整体结构示意图；

图2是本发明的实施例提供的预警机构的结构示意图；

图3是本发明的实施例提供的排水机构的结构示意图；

图4是本发明的实施例提供的排水篦子的结构示意图；

图5是本发明的实施例提供的联动顶升机构的结构示意图；

图6是本发明的实施例提供的联动顶升机构的内部结构示意图；

图7是本发明的实施例提供的自动排涝控制方法的流程图；

图8是本发明的实施例提供的自动排涝控制方法的具体实现流程图。

附图标记说明：

1、预警机构；101、立杆；102、太阳能供电组件；103、摄像头；104、控制器；105、声光报警器；2、排水机构；201、排水开道；202、排水篦子；203、篦板；204、转轴架；205、检测电极；3、联动顶升机构；301、固定底座；302、卡板；303、电动推杆；304、压力式液位计；305、滚筒；306、爆闪灯；307、伺服电机；308、连接块；309、导杆；310、升降部。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。

如图1至图5所示，本发明的实施例提出一种自动排涝控制系统，包括：

预警机构1，所述预警机构1上设置有摄像头103；

与所述预警机构1电连接的排水机构2，所述排水机构2包括排水开道201；

设置在所述排水开道201端部的排水篦子202；

设置在所述排水机构2内部的联动顶升机构3；

所述预警机构1监控到水位高度值达到预设阈值范围内时，输出第一控制信号，所述第一控制信号控制摄像头103监控预设范围内的环境信息，并根据所述环境信息输出第二控制信号，控制联动顶升机构3顶升排水篦子202至预设角度，使得雨水排放至排水开道201。

该实施例中，当排水机构2检测到发生内涝时，预警机构1对周边环境进行监控识别，当监控范围内无车辆行人时，开启声光报警提示1分钟，播报告警信息“当前积水深度为X米，雨水篦子已开启，禁止通行”；之后开启联动顶升机构3，将排水篦子202升起至夹角45度起到排水辅助，爆闪灯306闪光进行预警，同时将现场的水位信息、视频信息和排水篦子202的位移角度信息通过无线网关传输到平台。

本实施例对雨水口水位深度测量，通过控制系统配合电动推杆驱动调节上升与下降，对上方的篦板进行顶升打开和关闭控制，形成雨水排放缓解内涝目的，从而解放人力，可在内涝发生阶段实现快速排水加快排涝，替代人工，最大限度减少运维人员运维安全问题和成本支出，提高城市的抗灾能力。通过立杆搭载的多组监测组件同时将现场的水位信息、视频信息和雨水篦子的位移角度信息通过控制器内的无线网关传输到平台，实现现场预警和平台预警。

如图2所示，本发明的一可选的实施例中，所述预警机构1包括：

立杆101；

设置在所述立杆101的顶端的太阳能供电组件102；

设置在所述立杆101杆体上的所述摄像头103、控制器104和声光报警器105，所述摄像头103、所述控制器104和所述声光报警器105分别位于所述立杆101的不同侧。

本发明的一可选的实施例中，所述太阳能供电组件102、所述摄像头103、所述声光报警器105以及所述控制器104之间均电连接。

上述实施例中，在立杆101上不同侧设置有摄像头103、控制器104和声光报警器105；摄像头103采用AI摄像头，对10米正方形监控范围，识别范围内是否存在车辆和行人，摄像头103也可以在内涝情况下保持对排水机构2位置的实时监控；

控制器104包括有智能控制器和无线网关，能够接收摄像头103将发送的监控识别信号，通过智能控制器控制联动顶升机构3开启和关闭，控制声光报警器105报警，同时通过无线网关现场的水位信息、视频信息和雨水篦子的位移角度信息传输到后方监控平台，实现现场预警和平台预警；

智能控制器的数据库中存储有预设数据集，该数据集中包括有行人、车辆、植物等元素信息。摄像头103拍照捕获到图像数据传输至智能控制器，智能控制器将其与数据库中的预存已知元素进行对比，接着算法会识别出是否存在与数据库中已存对象相似的对象，并得到对比结果，结果包括有车辆行人或无车辆行人。进而根据对比结果，输出控制信号控制声光报警器105以及联动顶升机构3工作。

当监控范围内无车辆行人时，声光报警器105接收来自控制器104的控制信号，启声光报警提示1分钟，播报告警信息“当前积水深度为X米，雨水篦子已开启，禁止通行”；

太阳能供电组件102设置在立杆101的顶部，且与摄像头103、声光报警器105以及控制器104之间通过导线连接，太阳能供电组件102为预警机构1上的各个部件提供电源，预警机构1可以通过外接电源进行供电，也可以通过太阳能供电组件102进行供电。

本发明的一可选的实施例中，所述排水开道201的一侧两端分布有接通电极205。

本实施例中，排水开道201的一侧两端分布的接通电极205，接通电极205可设置在路肩处，与路肩高度相同；当内涝发生时，雨水口监测液位达到阈值，接通电极205遇水导通，控制器104接收接通电极205导通的信号，此时控制器104判断为内涝发生，进而控制整体系统进行排涝，在内涝发生阶段实现快速排水。

如图3、图4所示，本发明的一可选的实施例中，所述排水篦子202的顶面设置有篦板203；

所述篦板203的一侧两端连接有转轴架204，所述篦板203通过所述转轴架204与所述排水篦子202构成旋转结构，且所述篦板203底面与所述联动顶升机构3间隔一预设距离。

本实施例中，篦板203通过转轴架204与排水篦子202构成旋转结构，且篦板203底面与联动顶升机构3间隔一预设距离；当内涝发生时，排水开道201的两处检测电极205遇水导通，控制器104接收检测电极205导通为其传递的内涝信息，同时篦板203通过转轴架204，被联动顶升机构3旋转顶起，从而让排水篦子202的开启过程更加便捷，且不易发生位置偏移。

如图5所示，本发明的一可选的实施例中，所述联动顶升机构3包括：

固定底座301；

所述固定底座301的一侧连接有卡板302；

所述卡板302的内侧设置有电动推杆303；

所述电动推杆303的底端一侧设置有压力式液位计304；

所述电动推杆303的顶端设置有滚筒305，所述滚筒305通过所述电动推杆303与所述固定底座301构成升降结构；

所述电动推杆303的顶部两侧分布有爆闪灯306；

所述电动推杆303内部设置有至少2台电机。

本发明的一可选的实施例中，所述电动推杆303、所述压力式液位计304与所述预警机构1之间电连接，所述滚筒305与所述电动推杆303顶端为通过转轴连接。

上述实施例中，固定底座301为“L”型结构，固定底座301上开设有螺栓孔，通过固定底座301使联动顶升机构3与地面或墙壁螺接，作为结构的基底承载整体设备；

固定底座301与卡板302之间为焊接连接，电动推杆303与固定底座301固定后，再通过卡板302进行加固，增加刚性结构的稳定性；

在两个卡板302之间设置电动推杆303，电动推杆303采用一种将电动机的旋转运动转变为推杆的直线往复运动的电力驱动装置，通过电机正反转来调节上升与下降，对上方的篦板203进行顶升打开和关闭控制；

设置在电动推杆303内部，为电动推杆303提供动力的电机设计为至少2台伺服电机，2台伺服电机可以同时工作也可以分别工作；当排水篦子202能够正常开启至45度时，使用一台伺服电机工作，另一台作为出现故障时的备用电机使用；当排水篦子202上方有遮挡物时，使用一台伺服电机工作为电动推杆303提供的升力不足时，2台伺服电机同时工作，为电动推杆303提供更大的升力，将排水篦子202顶升至45度。

如图6所示，伺服电机307转动带动连接块308沿导杆309移动，连接块308与升降部310固定，进而带动升降部310移动将电动推杆303顶升，实现电动机的旋转运动转变为推杆的直线往复运动。

伺服电机307还可以计算位移行程，通过行程换算排水篦子202的开启角度；

在电动推杆303的侧面、靠近底部的位置设置压力式液位计304，便于通过检测水压，进而判断水的深度；

滚筒305与电动推杆303顶端通过转轴连接，在滚筒305下方，且位于电动推杆303设置爆闪灯306；滚筒305采用铁氟龙材质，在顶升和安置使用过程中具有良好的耐腐蚀性和耐磨性，该结构在电动推杆303上升时与排水篦子202通过滚动方法减少剧烈摩擦避免机械结构卡顿，同时配合两侧橙色爆闪灯306提升高可见性，不受极端天气影响，从而解放人力，可在内涝发生阶段实现快速排水。

如图7所示，本发明的实施例还提供一种自动排涝控制方法，应用于如上述实施例中所述的自动排涝控制系统，所述方法包括：

步骤71，预警机构1监控到水位高度值达到预设阈值范围内时，输出第一控制信号，所述第一控制信号控制摄像头103监控预设范围内的环境信息；

步骤72，根据所述环境信息输出第二控制信号，所述第二控制信号用于控制联动顶升机构3顶升排水篦子202至预设角度，使得雨水排放至排水开道201。

本实施例中，当水面高度高于检测电极205的高度时，电极接通，控制器104判断此时为内涝发生，输出第一控制信号至摄像头103，摄像头103内会圈定10米正方形监控范围，当监控范围内无车辆行人时，满足开启联动顶升机构3的条件；同时控制器104控制声光报警器105开启声光报警提示1分钟，播报告警信息：“当前积水深度为X米，雨水篦子已开启，禁止通行”，提醒行人车辆避让；

接着输出第二控制信号，控制联动顶升机构3的电动推杆303上升，将排水篦子202的篦板203顶起，并使篦板203在路肩对侧方向升起至45度，从而解放人力，可在内涝发生阶段实现快速排水，同时将现场的水位信息、视频信息和排水篦子的位移角度信息通过无线网关传输到后方监控平台，实现现场预警和平台预警。

本实施例中，排水篦子202升起后，实时监测排水篦子202的升起角度；

当排水篦子202未升至预设角度时，控制联动顶升机构3重复顶升排水篦子202至预设角度。

具体的，当联动顶升机构3顶升排水篦子202后，摄像头103实时监测排水篦子202的位移信息，通过公式：

；

计算排水篦子202的升起角度；

其中，为排水篦子的升起角度，H为排水篦子中部与滚筒的距离，/>为排水篦子的宽度，b为联动顶升机构与排水篦子的间隔距离；

排水篦子202升起后，摄像头103实时监测排水篦子202的升起角度，当排水篦子202未达到45度时，控制器104控制联动顶升机构3复位重启，使用2台电机同时为联动顶升机构3提供升力，对排水篦子202进行再次顶升，同时摄像头103实时监测排水篦子202的升起角度；若排水篦子202的升起角度扔未达到45度，控制器104判断为存在有遮挡物，进而通过无线网关将排水篦子202的升起角度信息传输至后方平台，通知运维人员进行现场人工处理。

本发明的一可选的实施例中，步骤72可以包括：

步骤721，获取控制摄像头103监控预设范围内的监控图像；

步骤722，根据所述监控图像，确定监控图像中满足预设条件的目标物环境信息；

步骤723，根据所述目标物环境信息，输出第二控制信号。

本实施例中，步骤722中，根据所述监控图像，确定监控图像中满足预设条件的目标物环境信息，包括：

根据所述监控图像中相邻两帧图像分别对应像素点的灰度值，确定监控图像中满足预设条件的目标物环境信息。

具体实现时，摄像头103拍摄的监控图像上传至智能控制器中后，智能控制器对监控图像在不同图像帧中的位置进行判断，记视频序列中第n帧和第n-1帧图像为和/>，两帧对应像素点的灰度值记为/>和/>，将两帧图像对应像素点的灰度值进行相减，并取其绝对值，得到差分图像/>：

；

设定时间阈值T，逐个对像素点进行二值化处理，得到二值化图像。其中，灰度值为255的点即为目标点，灰度值为0的点即为背景点；对图像/>进行连通性分析，最终可得到含有完整运动目标的图像/>：

；

其中，为每帧的图像，/>为T时间内的图像；

上述方法计算量小，能够快速检测出场景中的行人、车辆等目标。当时，即范围内无行人、车辆，可以发送第二控制信号，控制联动顶升机构3的电动推杆303上升，将排水篦子202的篦板203顶起。本发明的一可选的实施例中，所述自动排涝控制方法还包括：联动顶升机构3顶升排水篦子202至预设角度后，输出第三控制信号控制爆闪灯306进行预警。

本实施例中，排水篦子202完全开启至45度后，控制器104控制爆闪灯306发出橙色闪光，对车辆行人进行提醒，能够不受极端天气影响，提升高可见性。

如图8所示，为本发明的上述实施例的具体实现过程：

给增加电动推杆，在雨水口内部增设水位监测传感器，在路肩处设置2处雨水接通的电极，在路面处增设立杆，配套智能控制器、摄像头、无线网关、声光报警器。

当内涝发生时，雨水口监测液位达到阈值，并且路肩2处电极遇水导通，此时已判断为内涝发生，摄像头内会圈定10米正方形监控范围，当监控范围内无车辆行人时，会开启声光报警提示1分钟，播报告警信息“当前积水深度为X米，雨水篦子已开启，禁止通行”，且AI摄像头划定区域内依然无车辆行人时，开启动电动推杆，将雨水篦子45°路肩对侧方向升起，电动推杆顶端处设置爆闪灯进行预警，同时将现场的水位信息、视频信息和雨水篦子的位移角度信息通过无线网关传输到平台。

本发明的上述实施例所述的控制系统可以加快排涝，替代人工，最大限度减少运维人员运维安全问题和成本支出，能够提高城市的抗灾能力，促进城市的可持续发展。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种自动排涝控制系统，其特征在于，包括：

预警机构（1），所述预警机构（1）上设置有摄像头（103）；

与所述预警机构（1）电连接的排水机构（2），所述排水机构（2）包括排水开道（201）；

设置在所述排水开道（201）端部的排水篦子（202）；

设置在所述排水机构（2）内部的联动顶升机构（3）；

所述预警机构（1）监控到水位高度值达到预设阈值范围内时，输出第一控制信号，所述第一控制信号控制摄像头（103）监控预设范围内的环境信息，并根据所述环境信息输出第二控制信号，控制联动顶升机构（3）顶升排水篦子（202）至预设角度，使得雨水排放至排水开道（201）。

2.根据权利要求1所述的自动排涝控制系统，其特征在于，所述预警机构（1）包括：

立杆（101）；

设置在所述立杆（101）的顶端的太阳能供电组件（102）；

设置在所述立杆（101）杆体上的所述摄像头（103）、控制器（104）和声光报警器（105），所述摄像头（103）、所述控制器（104）和所述声光报警器（105）分别位于所述立杆（101）的不同侧。

3.根据权利要求2所述的自动排涝控制系统，其特征在于，所述太阳能供电组件（102）、所述摄像头（103）、所述声光报警器（105）以及所述控制器（104）之间均电连接。

4.根据权利要求1所述的自动排涝控制系统，其特征在于，所述排水开道（201）的一侧两端分布有接通电极（205）。

5.根据权利要求1所述的自动排涝控制系统，其特征在于，所述排水篦子（202）的顶面设置有篦板（203）；

所述篦板（203）的一侧两端连接有转轴架（204），所述篦板（203）通过所述转轴架（204）与所述排水篦子（202）构成旋转结构，且所述篦板（203）底面与所述联动顶升机构（3）间隔一预设距离。

6.根据权利要求1所述的自动排涝控制系统，其特征在于，所述联动顶升机构（3）包括固定底座（301）；

所述固定底座（301）的一侧连接有卡板（302）；

所述卡板（302）的内侧设置有电动推杆（303）；

所述电动推杆（303）的底端一侧设置有压力式液位计（304）；

所述电动推杆（303）的顶端设置有滚筒（305），所述滚筒（305）通过所述电动推杆（303）与所述固定底座（301）构成升降结构；

所述电动推杆（303）的顶部两侧分布有爆闪灯（306）；

所述电动推杆（303）内部设置有至少2台电机。

7.根据权利要求6所述的自动排涝控制系统，其特征在于，所述电动推杆（303）、所述压力式液位计（304）与所述预警机构（1）之间电连接，所述滚筒（305）与所述电动推杆（303）顶端为通过转轴连接。

8.一种自动排涝控制方法，其特征在于，应用于如权利要求 1至7 任一项所述的自动排涝控制系统，所述方法包括：

预警机构（1）监控到水位高度值达到预设阈值范围内时，输出第一控制信号，所述第一控制信号控制摄像头（103）监控预设范围内的环境信息；

根据所述环境信息输出第二控制信号，所述第二控制信号用于控制联动顶升机构（3）顶升排水篦子（202）至预设角度，使得雨水排放至排水开道（201）。

9.根据权利要求8所述的自动排涝控制方法，其特征在于，根据所述环境信息输出第二控制信号，包括：

获取控制摄像头（103）监控预设范围内的监控图像；

根据所述监控图像，确定监控图像中满足预设条件的目标物环境信息；

根据所述目标物环境信息，输出第二控制信号。

10.根据权利要求8所述的自动排涝控制方法，其特征在于，根据所述监控图像，确定监控图像中满足预设条件的目标物环境信息，包括：

根据所述监控图像中相邻两帧图像分别对应像素点的灰度值，确定监控图像中满足预设条件的目标物环境信息。