史澤輝　包宸桓　王德貴

本項(xiàng)目的設(shè)計(jì)理念是通過對(duì)數(shù)據(jù)指標(biāo)的研判，創(chuàng)建城市內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，借助樹莓派系統(tǒng)對(duì)降水強(qiáng)度和連續(xù)降水量?jī)蓚€(gè)指數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，建立監(jiān)測(cè)指數(shù)和風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的關(guān)系函數(shù)，通過智能信息推送系統(tǒng)，在地理空間范圍內(nèi)將預(yù)警信息推送給相關(guān)人群，給人們的出行安排和生產(chǎn)生活提供決策參考。

利用雨量傳感器實(shí)時(shí)測(cè)量降水?dāng)?shù)量，發(fā)送數(shù)據(jù)到樹莓派控制中心。根據(jù)短時(shí)強(qiáng)降水超限和持續(xù)降水超限兩項(xiàng)關(guān)鍵要素及時(shí)發(fā)出藍(lán)色警報(bào)，通過多種方式提醒相關(guān)區(qū)域的人們做出應(yīng)對(duì)措施。

利用水位計(jì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)排水系統(tǒng)運(yùn)行情況，根據(jù)降水量自動(dòng)調(diào)整排水管道開合力度。在自動(dòng)調(diào)整無以應(yīng)對(duì)的情況下及時(shí)發(fā)出紅色警報(bào)，提醒人們進(jìn)一步做出應(yīng)對(duì)措施。

同時(shí)，通過手動(dòng)或自動(dòng)拍照的功能實(shí)時(shí)傳輸現(xiàn)場(chǎng)的照片給手機(jī)端。

本方案以樹莓派為控制核心，基于樹莓派Gdwrobot在線編程平臺(tái)和App Inventor軟件開發(fā)編程，實(shí)現(xiàn)降水及時(shí)測(cè)量和報(bào)警的應(yīng)用，避免短時(shí)強(qiáng)降水和持續(xù)大量降水給人們生產(chǎn)生活生命財(cái)產(chǎn)造成損失。

整體功能示意圖

樹莓派端功能示意圖

通過Gdwrobot平臺(tái)進(jìn)行在線編程，設(shè)備需連接雨量傳感器測(cè)量輸入和電壓電流轉(zhuǎn)換模塊，從而實(shí)現(xiàn)把雨量傳感器的電壓電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為樹莓派需要的模擬信號(hào)，以便進(jìn)行編程控制。

利用App? Inventor 軟件進(jìn)行手機(jī)APP端功能開發(fā)，需要用到MQTT服務(wù)器、地圖定位等核心功能，從而實(shí)現(xiàn)報(bào)警和查看實(shí)景等幾項(xiàng)功能（加入4G模塊可實(shí)現(xiàn)撥打電話、發(fā)送信息等功能）。利用聲光裝置進(jìn)行報(bào)警，可對(duì)實(shí)地周邊人員進(jìn)行提醒，加大安全提示力度，最大限度地降低災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)。

自動(dòng)閘門功能示意圖

這是后續(xù)開發(fā)功能，利用水位監(jiān)測(cè)儀實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)下水道等排水設(shè)備運(yùn)行情況，通過控制中心及時(shí)調(diào)整泄水閘門開合度，及時(shí)排水，降低災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)。

安卓端APP使用App Inventor 作為開發(fā)平臺(tái)，進(jìn)行界面以及邏輯的設(shè)計(jì)工作。

數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)器使用MQTT服務(wù)器。

（1） 頁面設(shè)計(jì)

使用App Inventor 2的組件設(shè)計(jì)功能進(jìn)行APP的頁面設(shè)計(jì)，總共設(shè)計(jì)制作了3個(gè)頁面，分別為主頁面、實(shí)時(shí)雨量圖表、照片顯示窗口。

（2） 主頁面

樹莓派通過雨量傳感器反饋回來的雨量信號(hào)，經(jīng)由MQTT服務(wù)器將消息傳送到APP中，APP收到文字消息后，會(huì)把實(shí)時(shí)的雨量數(shù)值顯示在主頁面中。

主頁面主要包含：當(dāng)前雨量顯示、實(shí)時(shí)預(yù)警信號(hào)顯示、查看圖表/關(guān)閉圖表、報(bào)警復(fù)位、遠(yuǎn)程控制（積水區(qū)域道閘自動(dòng)降落和自動(dòng)泄洪）、遠(yuǎn)程發(fā)送報(bào)警信息、實(shí)時(shí)水位顯示等功能。

遠(yuǎn)程控制功能有待后續(xù)調(diào)研和開發(fā)。

（3） 圖表顯示

點(diǎn)擊“查看圖表”按鈕，就會(huì)顯示如下雨量匯總數(shù)據(jù)，通過中間的“滑條”或直接輸入數(shù)字可設(shè)置需要顯示雨量數(shù)據(jù)的數(shù)量，從最左邊開始為最近的雨量值，依此類推。

點(diǎn)擊“關(guān)閉圖表”按鈕，可以關(guān)閉圖表顯示窗口。

（4） 遠(yuǎn)程查看現(xiàn)場(chǎng)照片

現(xiàn)場(chǎng)拍照可分為手動(dòng)拍照和自動(dòng)拍照兩種功能。手動(dòng)拍照需要點(diǎn)擊APP上的“手動(dòng)拍照”按鈕;自動(dòng)拍照是通過設(shè)置時(shí)間間隔來控制拍照的頻率，可通過實(shí)際情況來設(shè)置“時(shí)間”參數(shù)。

監(jiān)測(cè)端（樹莓派+雨量傳感器）通過Gdwrobot平臺(tái)進(jìn)行在線編程。

雨量傳感器信號(hào)、水位計(jì)信號(hào)通過電壓電流傳感器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

雨量傳感器輸出電壓電流信號(hào)，連接電壓電流傳感器進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)換。樹莓派的ADS0連接電壓電流傳感器，接收模擬信號(hào)，通過編程計(jì)算轉(zhuǎn)換成模擬雨量。

樹莓派使用Gdwrobot在線編程平臺(tái)進(jìn)行編程。首先進(jìn)入www.gdwrobot.cn網(wǎng)站并輸入賬號(hào)密碼登錄賬戶，進(jìn)入圖形編程界面后，進(jìn)行樹莓派編程設(shè)計(jì)操作。雨量傳感器采集信號(hào)，通過電壓電流傳感器輸入樹莓派，樹莓派讀取到模擬值，通過公式計(jì)算轉(zhuǎn)換成模擬雨量。

設(shè)置瞬時(shí)雨量和持續(xù)雨量?jī)蓚€(gè)監(jiān)測(cè)控制。如果瞬時(shí)雨量超過55，則觸發(fā)藍(lán)色報(bào)警。如果持續(xù)雨量繼續(xù)變大，超過88，則觸發(fā)紅色報(bào)警。同時(shí)，通過無線通信可以把報(bào)警信息短信發(fā)送到就近人群的手機(jī)里，提醒人們及時(shí)撤離。另外，藍(lán)色和紅色報(bào)警臨界值是可以設(shè)置的，可以根據(jù)城市管網(wǎng)設(shè)施的升級(jí)改造進(jìn)行調(diào)整。

報(bào)警分為藍(lán)色和紅色兩種情況：藍(lán)色報(bào)警提醒人們注意防范，紅色報(bào)警提醒人們必須做出及時(shí)應(yīng)對(duì)措施。

通過控制排水系統(tǒng)閘門進(jìn)行自動(dòng)泄洪操作和危險(xiǎn)區(qū)域自動(dòng)放下道閘，程序參考如圖。

外箱使用激光切割和三維設(shè)計(jì)等技術(shù)，切割符合裝置尺寸的板材，設(shè)計(jì)相關(guān)結(jié)構(gòu)組件，合理安裝，做到必要的密封保護(hù)。

對(duì)程序進(jìn)行測(cè)試，輸出各個(gè)數(shù)據(jù)的模擬結(jié)果。

能通過音箱實(shí)時(shí)發(fā)出報(bào)警聲音，并在屏幕上實(shí)時(shí)顯示雨量數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)和供電情況。

使用手機(jī)APP“智能雨量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)”查看實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和報(bào)警信號(hào)?！安榭磮D表”（后續(xù)開發(fā)）功能可以查看實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)圖表和歷史數(shù)據(jù)圖表，這些數(shù)據(jù)可以接入城市大腦，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

根據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，做出相應(yīng)聲光報(bào)警。若出現(xiàn)藍(lán)色報(bào)警，會(huì)閃爍一個(gè)報(bào)警燈;若出現(xiàn)紅色報(bào)警，會(huì)閃爍兩個(gè)報(bào)警燈。

當(dāng)雨量正常且現(xiàn)場(chǎng)無積水時(shí)，也可以手動(dòng)進(jìn)行報(bào)警解除。

當(dāng)出現(xiàn)藍(lán)色和紅色任一報(bào)警時(shí)，APP都可以給指定或者區(qū)域內(nèi)的人群發(fā)送短信。

根據(jù)雨量和低洼水位及時(shí)做出相應(yīng)動(dòng)作，控制閘門開合（后續(xù)開發(fā)）。

控制遠(yuǎn)端攝像頭自動(dòng)拍照返回，也可手動(dòng)發(fā)出指令拍照進(jìn)行查看。此功能可實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)地點(diǎn)的實(shí)時(shí)圖像反饋，為排除安全隱患提供參考。

本案例應(yīng)用人工智能與物聯(lián)網(wǎng)的新技術(shù)，通過編程實(shí)現(xiàn)了一個(gè)能解決生活中實(shí)際問題的應(yīng)用。這個(gè)應(yīng)用能夠?qū)崿F(xiàn)雨量實(shí)時(shí)觀測(cè)、及時(shí)報(bào)警，提醒人們及時(shí)防范。

后續(xù)我們將繼續(xù)把這個(gè)應(yīng)用做得更加完善，并期望能夠?qū)⒋藨?yīng)用推廣和普及，為防范洪澇災(zāi)害做出貢獻(xiàn)。