羅金周 李克勤 張仁永 樊業(yè)雙 吳夢(mèng)瑤

摘 要：針對(duì)低洼道路積水帶來的災(zāi)害的問題，設(shè)計(jì)了一款城市道路積水預(yù)警系統(tǒng)對(duì)積水深度進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、實(shí)時(shí)監(jiān)控預(yù)警、閥值預(yù)警。系統(tǒng)采用超聲波實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水位的高度，當(dāng)水位達(dá)到車輛和行人無法通過的高度時(shí)啟動(dòng)報(bào)警裝置，將數(shù)據(jù)顯示在前方路口的前置報(bào)警顯示屏上，并借助NB-IOT技術(shù)把積水深度傳輸?shù)交?，用藍(lán)牙裝置鎖定當(dāng)前積水坐標(biāo)經(jīng)緯度，通過NB-IOT通訊傳送到OneNET地圖平臺(tái)，用戶根據(jù)地圖顯示能提前預(yù)知此地積水深度，根據(jù)積水深度決定是否需要改變行程。以此達(dá)到對(duì)用戶示警的目的。

關(guān)鍵詞：城市低洼路段積水;預(yù)警;NB-IOT

中圖分類號(hào)：U495 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0 引言

隨著我國城市化進(jìn)程的加快，交通運(yùn)輸業(yè)不斷發(fā)展，城市交通道路建設(shè)得到了快速的發(fā)展。為了緩解交通壓力，保證出行暢通，許多城市建設(shè)了不少的立交橋和下穿隧道。每當(dāng)暴雨時(shí)節(jié)，立交橋、下穿道等低洼地段，都會(huì)因地勢(shì)較低、排水不暢或其它原因造成嚴(yán)重的積水，有過往車輛冒險(xiǎn)涉水穿行被困，也有車中乘員，因未及時(shí)逃離，窒息而亡的案例！因此，如何有效防止城市低洼道路積水帶來的災(zāi)害成為了政府部門關(guān)注的重點(diǎn)問題。目前，城市低洼路段積水給市民出行帶來的安全問題并沒有得到有效的解決。

1 硬件電路的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

首先是通過監(jiān)測(cè)模塊給CPU輸入信號(hào)，藍(lán)牙模塊定位監(jiān)測(cè)樁，在OneNET平臺(tái)地圖上顯示積水點(diǎn)，CPU再對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，儲(chǔ)存在flash儲(chǔ)存器中;通過NB-IOT傳輸?shù)皆品?wù)器數(shù)據(jù)庫中，可以在終端上查看數(shù)據(jù)，了解到積水情況;同時(shí)根據(jù)實(shí)際情況判斷是否需要通過LORA無線傳輸?shù)角爸脠?bào)警顯示屏顯示，監(jiān)測(cè)樁報(bào)警器報(bào)警。

由超聲波傳感器、藍(lán)牙、flash儲(chǔ)存器、報(bào)警器、LORA、NB-IOT、電源、繼電器八大模塊為CPU服務(wù)，電源、LORA、LED條屏組成前置報(bào)警顯示屏。兩者共同構(gòu)成NB-IOT城市報(bào)警監(jiān)測(cè)樁的硬件，來實(shí)現(xiàn)海量連接，遠(yuǎn)距離傳輸、顯示，并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆品?wù)器，通過終端查看數(shù)據(jù)。

2 軟件設(shè)計(jì)

城市積水監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)全過程采用TCP/IP通信協(xié)議，客戶端采用HTML超文本標(biāo)記語言服務(wù)器;使用Apache、IIS等作為web服務(wù)器軟件，其次通過PHP模塊執(zhí)行，最后利用MYSQL作為數(shù)據(jù)庫。

超聲波傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)道路低洼處、下穿式立交橋和隧道的積水水位，并通過NB-IOT網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程傳送至基站。

立交橋、隧道監(jiān)測(cè)點(diǎn)可通過LORA無線傳輸至前置LED條屏上，顯示當(dāng)前積水水位高度，提示車主謹(jǐn)慎通行。

水位過高、設(shè)備異常時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)報(bào)警，并自動(dòng)向開啟藍(lán)牙裝置顯示當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)經(jīng)緯度，在地圖上顯示此地水位過高不宜車輛通行。

通信網(wǎng)絡(luò)：NB-IOT、LORA、藍(lán)牙通訊。

開始對(duì)系統(tǒng)和各個(gè)模塊進(jìn)行初始化，其次設(shè)置傳感參數(shù)的值，當(dāng)超聲波監(jiān)測(cè)水位大于等于0.2 m時(shí)前置報(bào)警顯示屏顯示水位深度，否則超聲波監(jiān)測(cè)器休眠。如果當(dāng)超聲波監(jiān)測(cè)水位大于等于0.4 m時(shí)前置報(bào)警顯示屏顯示水位深度，同時(shí)報(bào)警器報(bào)警（水位每2 s監(jiān)測(cè)一次，每10 s處理一次）。最后將數(shù)據(jù)上傳平臺(tái)，下一步繼續(xù)監(jiān)測(cè)相關(guān)數(shù)據(jù)的一個(gè)循環(huán)流程。

3 系統(tǒng)調(diào)試

3.1 模塊性能調(diào)試

超聲波傳感器對(duì)透明或有色物體，金屬或非金屬物體，固體、液體、粉狀物質(zhì)均能監(jiān)測(cè)。我們?cè)赗TU采集水位數(shù)據(jù)時(shí)增加了濾波處理，在極短時(shí)間內(nèi)水位數(shù)據(jù)超過設(shè)定值的數(shù)據(jù)，能夠很好的解決模塊的專一監(jiān)測(cè)。

NB-IOT模塊使用License頻段，可取帶內(nèi)、保護(hù)帶或獨(dú)立載波等三種部署方式，與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)共存，功耗低、在同樣的頻段下，NB-IoT比現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)增益20 dB，提升覆蓋區(qū)域的能力。

3.2 動(dòng)態(tài)調(diào)試

本設(shè)計(jì)將核心CPU與各個(gè)模塊相連接，接通電源后進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)試，通過超聲波傳感器將監(jiān)測(cè)到的積水信號(hào)傳輸至核心CPU，核心CPU把監(jiān)測(cè)到的積水信號(hào)通過NB-IoT平臺(tái)上進(jìn)行顯示。

通過硬件將傳感器模塊、核心CPU模塊、NB-IoT模塊等進(jìn)行連接通訊，經(jīng)測(cè)試后發(fā)現(xiàn)該軟件不存在錯(cuò)誤，并通過調(diào)試證明軟件開發(fā)的正確性?？头瞬捎肏TML超文本標(biāo)記語言服務(wù)器;使用Apache、IIS等作為web服務(wù)器軟件，其次通過PHP模塊執(zhí)行，最后利用MYSQL作為數(shù)據(jù)庫，最終實(shí)現(xiàn)城市交通道路積水預(yù)警系統(tǒng)。

4 結(jié)論

本設(shè)計(jì)是針對(duì)立交橋、下穿道、低洼地段等積水路段道路暢通、安全等設(shè)計(jì)出的城市交通積水預(yù)警系統(tǒng)，系統(tǒng)通過在線監(jiān)測(cè)城市道路積水深度，實(shí)時(shí)LED屏提醒過往車輛，水深極度危險(xiǎn)時(shí)及時(shí)發(fā)出報(bào)警，通過NB-IOT上傳云服務(wù)及時(shí)推送服務(wù)為預(yù)過往車輛提供積水地圖（OneNET平臺(tái)）輔助導(dǎo)航。提高了道路的通暢能力，設(shè)計(jì)更方便、高效、節(jié)能、信息、安全的道路積水預(yù)警系統(tǒng)。

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