CN219223866U

CN219223866U - 一种智能化互联的全区域涵洞积水监测警示排水系统

Info

Publication number: CN219223866U
Application number: CN202222505347.4U
Authority: CN
Inventors: 谈昊天; 王兴; 杨超允
Original assignee: Nanjing University of Information Science and Technology
Current assignee: Nanjing University of Information Science and Technology
Priority date: 2022-09-21
Filing date: 2022-09-21
Publication date: 2023-06-20
Anticipated expiration: 2032-09-21

Abstract

本实用新型公开了一种智能化互联的全区域涵洞积水监测警示排水系统，由太阳能电池板提供能源，通过雨滴传感器监测是否发生降水事件，液位传感器监测涵洞低洼处积水是否达到警戒水位，视讯摄像头通过拍摄水位尺核实液位传感器发出的超警戒水位警报，核实无误后信号灯显示红色叉号，电子显示屏显示警示语和涵洞实时水位，涵洞入口处弹性路障升起，掉头弯道处弹性路障下降，涵洞内积水一部分流入下水道，另一部分由水泵抽出涵洞排放至河流或低洼草地，涵洞内积水排出后重量传感器检测排水口是否发生堵塞，整个过程中各传感器采集的信息由数据处理终端进行分析，同时各类数据信息实时同步至交通应急相关部门平台，减少事故发生概率，保证出行者安全。

Description

一种智能化互联的全区域涵洞积水监测警示排水系统

技术领域

本实用新型涉及涵洞工程，特别是一种智能化互联的全区域涵洞积水监测警示排水系统。

背景技术

伴随全球变暖加剧，极端天气事件频发，出现了越来越多的短时强降水事件。由此产生的地面积水，时常会超出城市排水系统负荷，引发城市内涝。涵洞地势低洼，容易成为地面积水的汇集处，对过往车辆及车内乘客生命财产安全造成了极大威胁。

所以在涵洞积水超出警戒水位时，如何在警示并避免过往车辆涉水行驶的同时，将涵洞内部积水及时排出，成为了亟待思考的问题。

而现实涵洞中，已经运用的解决积水监测的方法，都是通过各种传感器，来判断涵洞积水是否达到警戒水位，从而能更好的采取交通疏导和排水措施。这样虽能做到积水监测，但涵洞之间相互独立，无法做到信息共享，而传感器作为精密仪器，长时间运作也会不可避免导致精度下降等损耗，同时在晴好天气时将产生不必要的能耗。

因此，如何在晴好天气时使设备处于低能耗的待机状态，而当涵洞积水超出警戒水位时，警示并避免过往车辆涉水行驶，将涵洞内部积水及时排出，减少事故的可能性，保证出行者安全，构建全区域涵洞智能化互联网络，显得尤为重要。

发明内容

实用新型目的：本实用新型的目的是提供一种智能化互联的全区域涵洞积水监测警示排水系统，从而当涵洞积水超出警戒水位时，警示并避免过往车辆涉水行驶，将涵洞内部积水及时排出，减少事故发生的概率，保证出行者安全。

技术方案：本实用新型所述的一种智能化互联的全区域涵洞积水监测警示排水系统，包括供能模块、降水监测模块、液位传感器、监控模块、警示模块、排水模块、重量传感器、数据处理终端；

所述降水监测模块、液位传感器、监控模块和重量传感器分别电性连接所述数据处理终端，所述警示模块和排水模块与所述数据处理终端网络连接；

所述供能模块设置在涵洞顶部，在涵洞出入口左右两侧外墙上安装所述降水监测模块，所述液位传感器设置在涵洞内部道路低洼处一侧墙壁上，低洼处安装有所述监控模块、排水模块和重量传感器，所述警示模块设置在涵洞入口处。

所述供能模块包括太阳能电池板和蓄电池；所述太阳能电池板设置在涵洞顶部，所述蓄电池设置在太阳能电池板背侧，当光照条件良好时，所述太阳能电池板为所述系统提供能源，同时为所述蓄电池充电，保证在夜间及光照条件不佳的白天，系统能正常运作。

所述降水监测模块包括四组雨滴传感器；所述雨滴传感器分别与数据处理终端网络电性连接；所述雨滴传感器安装在涵洞出入口外侧墙壁上，左右两侧各安装一组，当所述雨滴传感器多于一组监测到降水事件时，液位传感器开始工作；所述液位传感器监测到积水达到警戒水位时，警示模块和排水模块开始工作。

所述监控模块包括视讯摄像头和水位尺；所述视讯摄像头与数据处理终端网络电性连接；所述水位尺设置在所述低洼处未设置所述液位传感器的另一侧墙壁上，所述视讯摄像头设置在所述低洼处顶部墙壁上，使所述视讯摄像头的视野内包括所述水位尺。当所述液位传感器监测到积水时，监控模块进行自动或人工核实。

所述警示模块包括信号灯、电子显示屏和弹性路障；所述信号灯、电子显示屏和弹性路障与数据处理终端网络电性连接；所述信号灯设置在所述入口处上方外侧墙壁上，所述电子显示屏设置在所述入口处道路外侧，所述弹性路障设置在所述入口处地面，当监控模块核实积水达到警戒水位时，所述信号灯显示红色叉号，所述电子显示屏显示警示语和涵洞实时水位，入口处所述弹性路障升起，掉头弯道处所述弹性路障下降。

所述排水模块包括过滤网、泵机和水管；所述泵机与数据处理终端网络电性连接；所述过滤网设置在所述低洼处排水口下方，所述泵机设置在所述低洼处，所述水管与所述泵机相连，当监控模块核实积水达到警戒水位时，所述泵机通过所述水管将积水排出所述涵洞。

所述过滤网与所述重量传感器连接；所述重量传感器与数据处理终端网络电性连接；所述重量传感器设置在所述过滤网一侧，当所述过滤网上杂物重量超过阈值，即排水口发生堵塞时，所述系统请求人工进行清理。

所述数据处理终端内置有信息传输部件，能够将涵洞实时状态及参数指标共享至其它平台。

有益效果：与现有技术相比，本实用新型具有如下优点：

1、当涵洞积水超出警戒水位时，本实用新型能够警示并避免过往车辆涉水行驶，将涵洞内部积水及时排出，减少事故发生的概率，保证出行者安全；

2、本实用新型在晴好天气时处于低能耗的待机状态，并且由安装的太阳能电池板提供能源，系统节能环保；

3、本实用新型可以通过无线或有线的方式，将涵洞实时状态和各类传感器采集到的数据同步上传至其它平台，构建起全区域涵洞状态信息网络，结合可视化平台，辅助交通应急管理部门决策，制定合理响应措施。

附图说明

图1为一个实施例中智能化互联的全区域涵洞积水监测警示排水系统的结构俯视图；

图2为一个实施例中智能化互联的全区域涵洞积水监测警示排水系统的正视图；

图3为一个实施例中智能化互联的全区域涵洞积水监测警示排水系统的剖面图；

图4为一个实施例中智能化互联的全区域涵洞积水监测警示排水系统的监测至警示及排水的算法部分流程示意图。

实施方式

下面结合附图对本实用新型的技术方案作进一步说明。

如图1-4所示，在双向分离式涵洞情景下，提供了一种智能化互联的全区域涵洞积水监测警示排水系统，所述系统包括供能模块、降水监测模块、液位传感器、监控模块、警示模块、排水模块、重量传感器、数据处理终端；所述降水监测模块、液位传感器、监控模块和重量传感器分别电性连接所述数据处理终端，所述警示模块和排水模块与所述数据处理终端网络连接；所述供能模块设置在涵洞顶部，在涵洞出入口左右两侧外墙上安装所述降水监测模块，所述液位传感器设置在涵洞内部道路低洼处一侧墙壁上，低洼处安装有所述监控模块、排水模块和重量传感器，所述警示模块设置在涵洞入口处。

上述节能的涵洞积水监测警示排水系统，由太阳能电池板1提供能源，通过雨滴传感器2监测是否发生降水事件，液位传感器3监测涵洞低洼处积水是否达到警戒水位，视讯摄像头4通过拍摄水位尺5核实液位传感器3发出的超警戒水位警报，核实无误后信号灯6显示红色叉号，警示车辆涵洞禁止通行，电子显示屏7显示警示语和涵洞实时水位，涵洞入口处弹性路障8升起，同时掉头弯道处弹性路障下降，涵洞内积水一部分由过滤网9过滤后，流入下水道，另一部分由水泵10直接抽出涵洞，排放至附近的河流或低洼草地，涵洞内积水排出后，重量传感器11根据所连过滤网重量，检测排水口是否发生堵塞，整个过程中各传感器采集的信息由数据处理终端12进行分析，同时各类数据信息实时同步至交通应急相关部门平台，减少事故的可能性，保证出行者安全。

在一个实施例中，所述供能模块包括太阳能电池板1和蓄电池；所述太阳能电池板1设置在涵洞顶部，所述蓄电池设置在太阳能电池板1背侧，当光照条件良好时，所述太阳能电池板1为所述系统提供能源，同时为所述蓄电池充电，保证在夜间及光照条件不佳的白天，系统能正常运作。

其中，考虑太阳能电池板年发电量尽可能大，同时夏季和冬季发电量差异尽可能小，其方位角朝向正南方向，倾斜角为40度。根据用电需求和性能限制，涵洞顶部共设置两组太阳能电池板，设置时保持一定距离，避免阴影投射至另一组板面，影响供能效率。

其中，蓄电池设置在太阳能电池板背侧，采用特制电池箱容纳，避免由阳光直射、高温、雨水等造成安全隐患。

在其中一个实施例中，所述降水监测模块包括四组雨滴传感器2；所述雨滴传感器2分别与数据处理终端网络电性连接；所述雨滴传感器2安装在涵洞出入口外侧墙壁上，左右两侧各安装一组，当所述雨滴传感器2多于一组监测到降水事件时，液位传感器3开始工作。

其中，考虑增大接触面积，雨滴传感器设置时其接触面与雨滴下落方向垂直，当雨滴板接触到雨滴时，向数据处理终端发出电信号。为避免偶然情况，雨滴传感器在涵洞的出入口两侧共设置四组，只有当多于一组监测到雨滴时，数据处理终端判断降水事件发生。降水事件结束后，雨滴板上残留的雨滴通过蒸发、滑落等方式脱离雨滴传感器。

在其中一个实施例中，所述液位传感器3监测到积水达到警戒水位时，警示模块和排水模块开始工作。

其中，液位传感器基于所测液体静压与该液体的高度成比例的原理，将静压转换为电信号，根据液位传感器受到的压力，计算积水水位。液位传感器不仅可以监测积水水位是否达到警戒水位，还可以准确计算实时水位高度，反馈至数据处理终端。

在其中一个实施例中，所述监控模块包括视讯摄像头4和水位尺5；所述视讯摄像头4与数据处理终端网络电性连接；所述水位尺设置在所述低洼处未设置所述液位传感器3的另一侧墙壁上，所述视讯摄像头4设置在所述低洼处顶部墙壁上，使所述视讯摄像头4的视野内包括所述水位尺5。当所述液位传感器3监测到积水时，监控模块进行自动或人工核实。

其中，视讯摄像头分辨率高，结合涵洞内充足的光源，即使在夜间也能清晰地识别水位尺，实现昼夜监控。未发生降水事件时，视讯摄像头的功能等同于道路摄像头，记录涵洞内车辆通行状况。当降水事件发生时，数据处理终端收到液位传感器的警报信号，视讯摄像头检测水位尺状况，因为积水会掩盖水面下方的水位尺，通过识别水面处水位尺高度即可获得水位高度。由于视讯摄像头与水位尺的设置并不平行，视讯摄像头拍摄角度会造成一定误差，由数据处理终端对于视讯摄像头拍摄画面进行修正，得到修正后的水位高度。若核实积水超过警戒水位，数据处理终端向警示模块和排水模块发送工作信号；若核实积水情况有误，即液位传感器发生故障，系统请求人工维护设备。

其中，水位尺底端与地面垂直相接，相接处为水位尺零刻度线，水位尺由醒目的黑白底色构成，每间隔10厘米更换一次颜色，刻线及刻度的颜色与底色相反。水位尺紧贴涵洞内侧墙壁设置，使视讯摄像头即使在涵洞内有车辆遮挡视野时，也可以正常观察水位尺。

在其中一个实施例中，所述警示模块包括信号灯6、电子显示屏7和弹性路障8；所述信号灯6、电子显示屏7和弹性路障8与数据处理终端网络电性连接；所述信号灯6设置在所述入口处上方外侧墙壁上，所述电子显示屏7设置在所述入口处道路外侧，所述弹性路障8设置在所述入口处地面，当监控模块核实积水达到警戒水位时，所述信号灯6显示红色叉号，所述电子显示屏7显示警示语和涵洞实时水位，入口处所述弹性路障8升起，掉头弯道处所述弹性路障8下降。

其中，信号灯采用LED灯，即使在雨雪等恶劣天气条件下，也可以保持较高的可见度，信号灯显示内容可以在绿色向下通行箭头和红色禁止通行叉号之间相互转换。

其中，电子显示屏采用LED灯，设置在道路外侧的地面上，显示屏的一侧朝向涵洞入口处道路，设置时与道路存在一定角度，显示屏下缘距离地面2米，使驾驶员在远处也可以观察到显示屏显示的信息。

其中，弹性路障分为两部分，设置在涵洞入口处的弹性路障平时位于地下，警示模块工作时升起，阻止机动车驶入涵洞；设置在掉头弯道处的弹性路障平时处于升起状态，避免影响正常交通秩序，警示模块工作时降至地下，开放掉头弯道，使阻拦在涵洞入口处的机动车安全地行驶至反向车道，从而避免由倒车引起的交通堵塞和事故发生。

所述排水模块包括过滤网9、泵机10和水管；所述泵机10与数据处理终端网络电性连接；所述过滤网9设置在所述低洼处排水口下方，所述泵机10设置在所述低洼处，所述水管与所述泵机10相连，当监控模块核实积水达到警戒水位时，所述泵机通过所述水管将积水排出所述涵洞。

其中，过滤网的网眼尺寸适中，可以过滤树叶、垃圾等阻塞管道的异物，但不影响水流正常通过低洼处排水口流入下水道。

其中，泵机的功率可以在持续降水过程中，在短时间内保持积水水位低于警戒水位，并结合原有排水系统经过一段时间，将涵洞内积水完全排出。

其中，水管的一端设置在涵洞低洼处，由泵机将积水抽出涵洞，另一端设置在涵洞外距离较近的河岸、低洼草地。

所述过滤网9与所述重量传感器11连接；所述重量传感器11与数据处理终端网络电性连接；所述重量传感器11设置在所述过滤网9一侧，当所述过滤网9上杂物重量超过阈值，即排水口发生堵塞时，所述系统请求人工进行清理。

其中，考虑到树叶、垃圾等阻塞管道的异物本身质量较轻，重量传感器可以灵敏检测到过滤网中异物的总重量，进而判断排水口是否发生堵塞。

所述数据处理终端12内置有信息传输部件，可以将涵洞实时状态及参数指标共享至其它平台。

其中，数据处理终端由微控制器等硬件构成，集成了单周期DSP指令和FPU，提升了计算能力，可以进行一些复杂的计算和控制，支持程序执行和数据传输并行处理。

其中，数据处理终端的信息传输部件，可以通过无线或有线的方式，将涵洞实时状态和各类传感器采集到的数据同步上传至其它平台，构建起全区域涵洞状态信息网络，结合可视化平台，辅助交通应急管理部门决策，制定合理响应措施。

Claims

1.一种智能化互联的全区域涵洞积水监测警示排水系统，其特征在于，包括供能模块、降水监测模块、液位传感器、监控模块、警示模块、排水模块、重量传感器、数据处理终端；

所述供能模块设置在涵洞顶部，在涵洞出入口左右两侧外墙上安装所述降水监测模块，所述液位传感器设置在涵洞内部道路低洼处一侧墙壁上，低洼处安装有所述监控模块、排水模块和重量传感器，所述警示模块设置在涵洞入口处；所述警示模块包括信号灯、电子显示屏和弹性路障；所述信号灯、电子显示屏和弹性路障与数据处理终端网络电性连接；所述信号灯设置在所述入口处上方外侧墙壁上，所述电子显示屏设置在所述入口处道路外侧，所述弹性路障设置在所述入口处地面，当监控模块核实积水达到警戒水位时，所述信号灯显示红色叉号，所述电子显示屏显示警示语和涵洞实时水位，入口处所述弹性路障升起，掉头弯道处所述弹性路障下降；

所述降水监测模块包括四组雨滴传感器；所述雨滴传感器分别与数据处理终端网络电性连接；所述雨滴传感器安装在涵洞出入口外侧墙壁上，左右两侧各安装一组，当所述雨滴传感器多于一组监测到降水事件时，液位传感器开始工作；所述液位传感器监测到积水达到警戒水位时，警示模块和排水模块开始工作；

所述监控模块包括视讯摄像头和水位尺；所述视讯摄像头与数据处理终端网络电性连接；所述水位尺设置在所述低洼处未设置所述液位传感器的另一侧墙壁上，所述视讯摄像头设置在所述低洼处顶部墙壁上，使所述视讯摄像头的视野内包括所述水位尺；当所述液位传感器监测到积水时，监控模块进行自动或人工核实。

2.根据权利要求1所述的一种智能化互联的全区域涵洞积水监测警示排水系统，其特征在于，所述供能模块包括太阳能电池板和蓄电池；所述太阳能电池板设置在涵洞顶部，所述蓄电池设置在太阳能电池板背侧，当光照条件良好时，所述太阳能电池板为所述系统提供能源，同时为所述蓄电池充电，保证在夜间及光照条件不佳的白天，系统能正常运作。

3.根据权利要求1所述的一种智能化互联的全区域涵洞积水监测警示排水系统，其特征在于，所述排水模块包括过滤网、泵机和水管；所述泵机与数据处理终端网络电性连接；所述过滤网设置在所述低洼处排水口下方，所述泵机设置在所述低洼处，所述水管与所述泵机相连，当监控模块核实积水达到警戒水位时，所述泵机通过所述水管将积水排出所述涵洞。

4.根据权利要求3所述的一种智能化互联的全区域涵洞积水监测警示排水系统，其特征在于，所述过滤网与所述重量传感器连接；所述重量传感器与数据处理终端网络电性连接；所述重量传感器设置在所述过滤网一侧，当所述过滤网上杂物重量超过阈值，即排水口发生堵塞时，所述系统请求人工进行清理。

5.根据权利要求3所述的一种智能化互联的全区域涵洞积水监测警示排水系统，其特征在于，所述数据处理终端内置有信息传输部件，能够将涵洞实时状态及参数指标共享至其它平台。