本文重點(diǎn)研究雙重測水深方案，確保測量的可靠性，當水位上升到禁行水位時(shí)，升起路樁封閉道路并發(fā)送封路信息到監管部門(mén)。實(shí)現了對道路通行進(jìn)行智能控制。

 

0 前言

隨著(zhù)城市建設的高速發(fā)展，特別是立體交通綜合體建設了下穿隧道，人為地造成許多低洼地形成路易澇點(diǎn)。在我國南方城市雨季時(shí)期強降雨天氣多、雨勢猛烈，能迅速造成下穿隧道發(fā)生內澇。如 2016 年 6 月 3 日發(fā)生在南寧市的一起強降雨天氣多，在南寧市青秀區葛村路涵洞口，由于該鐵路橋底因排水系統未完善，截至 22 時(shí) 34 分，水位上升至 2 米，6 月 3 日 22 時(shí) 56 分左右，一輛白色小轎車(chē)（桂AQ3423）從長(cháng)堽路金牛橋夜市往葛村路方向，不聽(tīng)從值班人員勸誡，強行沖過(guò)警戒線(xiàn)，在葛村路涵洞下溺水。事故造成2 人死亡。類(lèi)似因內澇強行涉水造成的人命財產(chǎn)損失每年都在發(fā)生。

 

建立良好的排水設施對減少內澇易澇無(wú)疑是#有效的解決方案，但也無(wú)可避免在強降雨天氣造成短時(shí)間積水的現象，正是因為平時(shí)不積水而只有在強降雨時(shí)才產(chǎn)生積水，造成普通市民對積水點(diǎn)路況不了解，容易對積水深度產(chǎn)生錯覺(jué)，沒(méi)有引起重視而輕易涉水，釀成悲劇。而在積水路段水深構成危害時(shí)及時(shí)禁止道路通行無(wú)疑是#有效地減小生命財產(chǎn)損失的方案。通常由交通部門(mén)來(lái)封閉道路，但通常情況下暴雨時(shí)人員無(wú)法及時(shí)到達積水點(diǎn)現場(chǎng)、或不易察覺(jué)積水點(diǎn)超過(guò)警戒水位等，因此研究能夠實(shí)時(shí)檢測易澇點(diǎn)的積水深度和控制道路通行的控制器具有現實(shí)的意義 [1]。

 

1 設計思路與系統結構

為了實(shí)現實(shí)時(shí)檢測易澇點(diǎn)的積水深度及道路通行控制，本系統#核心的問(wèn)題是如何在潮濕的環(huán)境下可靠的完成積水深度測試，對于在道路上通行的普通市民#關(guān)心的是道路積水是否危險、是否能通行，因此水深示警須簡(jiǎn)單明了；對于超過(guò)危及汽車(chē)完全特別是生命安全時(shí)必須升起路樁封閉道路通行，同是相關(guān)管理部門(mén)須地衣時(shí)間掌握易澇點(diǎn)的積水情況，因此系統應該具備遠程通信功能 [2]。系統總體結構框圖如圖1 所示。

2 系統硬件設計

2.1 單片機#小系統

本系統側重時(shí)實(shí)時(shí)檢測及穩定運行，對運算要求不高，因此選擇 AT89S52 或 STC89C52 即可。為確保單片機穩定啟動(dòng)，選擇 10uF 電容和 10KΩ 電阻復位構成上電復位。系統中應用到串口通信功能，故晶振選擇 11.0592MHz，從理論上可以得到波特率誤差率為 0，確保得到正確穩定通信的信息。#小系統原理圖如圖 2 所示。

 

2.2 水位開(kāi)關(guān)模塊

在系統地衣種檢測水位的方案是采用水位開(kāi)關(guān) , 水位上升時(shí)浮球浮起開(kāi)關(guān)閉全，起到開(kāi)關(guān)的作用。選用的小型塑料浮球液位開(kāi)關(guān)的產(chǎn)品參數見(jiàn)表 1，浮球、浮桿、固定螺母材質(zhì)采用的是塑料 PP，可以長(cháng)時(shí)候泡在水中不會(huì )老化；電氣壽命 100 萬(wàn)次#大開(kāi)關(guān)電流 0.5A 是確保它作為開(kāi)關(guān)信號器件的可靠性。

水位開(kāi)關(guān)設置三個(gè)水位檢測點(diǎn)，當水位上升到 A 點(diǎn)時(shí)，黃燈亮起到警示的作用，當水位上升到 B 點(diǎn)時(shí)，紅燈亮起到警告的作用，表示水位比較深會(huì )危及汽車(chē)的安全，當水位上升到 C 點(diǎn)時(shí)，紅燈黃燈閃亮起到強警告的作用，表示水位很深會(huì )危及行人的生命安全，此時(shí)應禁行。水位開(kāi)關(guān)安裝示意圖及原理圖如圖 3 所示。

2.3 液位變送器模塊

為了精que測量水位，本系統選擇用一體式投入液位變送器 [3]，防護等級 IP68，達到防水等級標準的#高級別，確保傳感器可以長(cháng)期正常工作，具體產(chǎn)品參數見(jiàn)表 2。

液位變送器 QDY30A-QY 的詳細產(chǎn)品參數見(jiàn)表 2，液位變送器能將水壓變換成 0-5V 電壓從黃線(xiàn)輸出，液位變送器電氣接口示意圖見(jiàn)圖 4。本系統選用 8 位串行 AD 轉換器 TLC549，液位變送器輸出信號接到 AD 轉換器的 AIN 端，A/D 轉換器原理圖見(jiàn)圖 5，A/D 轉換器得到水位深度的數字量供單片機運算及顯示使用。

2.4 警示模塊

警示模塊通常采用紅綠燈，“綠燈行，紅燈停”這樣的交通規則已經(jīng)在形成習慣，在道路通過(guò)警示模塊是采用紅綠燈標準模塊，系統控制器給出控制信號即可完成控制�？刂菩盘柦涌谌鐖D 6 所示。

2.5 水深顯示模塊

紅綠燈模塊是主要的通行警示，水位深度顯示能夠給行人更直觀(guān)的展示。工程產(chǎn)品選用 4 位 LED 數碼管模塊，包含驅動(dòng)，本文僅用未經(jīng)驅動(dòng)的 4 位 LED 數碼管代替，顯示器接口示意圖如圖 7 所示。

2.6 路樁控制模塊

當積水處水位深度危及行人的生命安全時(shí)，應禁行。本系統選用升降柱電動(dòng)路樁作為禁行的執行裝置，電動(dòng)升降路樁 XYS-219 產(chǎn)品參數詳見(jiàn)表 3。

路樁預埋于道路高地，即積水發(fā)生后仍沒(méi)有被積水淹沒(méi)的地方，否則路樁升起后仍泡在水中過(guò)往司機看到路樁仍往水中行駛。

 

2.7 GPRS 通信模塊

當極端天氣發(fā)生時(shí)，往往降雨來(lái)得比較猛，交通管理部門(mén)可以不及時(shí)掌握低洼地積水水深情況，本系統采用 GPRS 通信模塊進(jìn)行實(shí)時(shí)通信，當將水位上升到預定水位時(shí)自動(dòng)發(fā)送信息到管理部門(mén)手機中，GPRS 通信模塊接口示意圖見(jiàn)圖 8。

3 系統軟件設計

本系統有兩套測量水深模塊 , 實(shí)現硬件冗余 [4]，當兩套測量模塊得到的結果不相符時(shí)，發(fā)送故障信息到管理員處，同時(shí)按#大的水深處理，#大限度地確保系統的可靠性。本系統在安裝水位開(kāi)關(guān)時(shí)，A 點(diǎn)距路面高 15cm,B 點(diǎn)距路面高25cm,C 點(diǎn)距路面高 45cm[5], 以上數據主要考慮汽車(chē)涉水安全深度及行人安全深度。當水位實(shí)時(shí)高度為 X，則當 A>X 時(shí)，綠燈亮表示積水處于安全深度可以正常通行，當 A<X<B 黃燈亮表示水深可能會(huì )危及汽車(chē)底盤(pán)，但底盤(pán)較高時(shí)可以通行。當 B<X<C 時(shí)紅燈亮起表示水深可能會(huì )危及汽車(chē)導致汽車(chē)進(jìn)水，不建議通行但不封路，主要是考慮到有特別車(chē)輛可以涉水通行，當 X>C時(shí)紅黃燈閃表示禁止通行，此時(shí)電動(dòng)路樁升起封路，禁止任何車(chē)輛通過(guò)確保生命安全。同時(shí)有水深超過(guò) A 時(shí)每隔10 分鐘會(huì )發(fā)送一次水深數據到預先設置的手機上，及時(shí)通知相關(guān)管理人員。程序流程圖如圖 9 所示。

 

4 總結

本設計的易澇點(diǎn)通行控制系統通過(guò)水位開(kāi)關(guān)和液位變 送器實(shí)現水深測量硬件冗余，確保其中一種測量手段失效后能及時(shí)報修并正常工作，同時(shí)根據積水深度調整紅綠燈狀態(tài)，當積水深度達危險級別時(shí)能實(shí)時(shí)升起路樁實(shí)現自動(dòng)封路，使城市基礎建設更加智能化，為智慧城市建設提供一個(gè)方案。