本发明涉及城市内涝的防护救援技术领域，特别涉及一种基于数据处理的城市内涝预警、防护及救援系统。
背景技术：
市场经济社会的不断发展，带动城市化发展速度不断加快，城市道路建设也不断在完善，给城市交通带来极大的便利，但是由于建设的需要道路建设中存在很多低洼路段。在多雨季节，突发性暴雨或者多日连续的下雨天气，加上排水系统排水能力不足，低洼路段积水不能及时排出，较高路段的水流还经两端坡面汇集到低洼路段，以致造成低洼路段严重积水，影响到城市交通车辆正常通行，从而给城市人民生活和工作带来不便；如果积水过深时，一旦有车辆误入积水区，轻则车辆熄火人员无危害，重则人员车辆同时受到危害，导致严重事故的发生。
目前，针对容易发生积水的低洼路段，一般仅设置警戒线用以提示过往车辆及行人，通过目测简单判断积水深度，但是没有设置相应的防护及救援装置。由于各种原因，一些车辆还是会忽略警戒线而误入积水区，一旦进入就可能会导致严重后果，甚至危害到人员生命，而即使发生危害事故，因不能同步的通知市政救援组织，可能会导致错过最佳的救援时间而发生不可挽回的事故。因此，建立集警示、防护和救援为一体的完善系统，对于减轻或者消除因城市内涝而出现的危害事故有着极为重要的意义。
技术实现要素：
本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。
本发明还有一个目的是提供一种基于数据处理的城市内涝预警、防护及救援系统，通过低洼路段水位信息的数据处理，能够有效防止内涝时形成暗井，并能够对低洼路段的受困者进行主动的救援应急，且能同步对发生城市内涝区域进行监控，将实况同步反应给救援组织以备随时实地救援。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种基于数据处理的城市内涝预警、防护及救援系统，包括：
监控机构，其为设置在道路的低洼路段的水位警戒柱；所述水位警戒柱的柱体与外部液体相通，且在柱体的最高水位警戒位上设置有第一液位器，以对所述柱体内的水位进行监测。
防护机构，其包括活动井盖和报警器；所述报警器设置在所述柱体的顶端，并由所述第一液位器触发发出警报；所述活动井盖包括井盖本体和柔性连接件；所述井盖本体扣合在井口上方；多个所述柔性连接件间隔均匀的环绕所述井盖本体设置，且所述柔性连接件的一端固定连接于所述井盖本体下表面的边缘，另一端竖直向下并连接于所述井口的内缘。
救援机构，其为嵌入式的设置在所述低洼路段的路面的格栅；所述格栅包括水平栅板、可伸缩的支撑轴；所述水平栅板沿道路延伸方向平行的布置在所述低洼路段的中部的水平路面内；所述支撑轴设置在所述水平栅板的下方；所述支撑轴与所述第一液位器通讯连接，以在非警报状态时使所述支撑轴收缩带动所述水平栅板嵌入在路面内，在警报状态时，所述支撑轴伸长带动水平栅板垂直于路面升起，形成高于原路面的平台。
紧急救援机构，其包括信号采集模块、gps定位模块、重量感应器和显示器；所述gps定位模块和重量感应器均设置在所述水平栅板内，所述信号采集模块与所述gps定位模块、重量感应器和显示器分别连接，所述gps定位模块与显示器通讯连接；所述显示器上显示预存的包括所有水平栅板设置位置信息的交通路面地图，所述重量感应器与所述第一液位器通讯连接，并在所述第一液位器监测到所述柱体内水位达到水位警戒位时，控制所述重量感应器开启，所述重量感应器在感应到所述水平栅板上的重量超出预设的最大阈值时，向设置在同一水平栅板内的gps定位模块发出信号，所述gps定位模块在所述交通路面地图上标记所述水平栅板的位置。
优选的是，所述柔性连接件由弹性支撑柱和可伸缩的伸缩轴组成；所述弹性支撑柱的第一端连接所述井盖本体，第二端连接所述伸缩轴的第一端；所述伸缩轴的第二端连接于井口；所述伸缩轴和所述第一液位器通讯连接，以在所述第一液位器监测到所述柱体内水位达到水位警戒位时，控制所述伸缩轴伸长，使所述井盖本体和井口间形成空隙。
优选的是，还包括：
第二液位器，其设置在所述柱体内的最低水位警戒位上。
紧急救援模块，其与所述第二液位器通讯连接，以在所述第二液位器的警报解除后向所述支撑轴和伸缩轴发出停止应急指令；所述支撑轴和伸缩轴接收到所述停止应急指令后，所述支撑轴收缩带动所述水平栅板嵌入地面内部，所述伸缩轴收缩带动所述井盖本体扣合在井口上；所述紧急救援模块还与所述显示器通讯连接，以在所述第二液位器的警报解除后在所述显示器上显示状态检修指令。
优选的是，相邻两个所述柔性连接件间间距1-3cm。
优选的是，所述水平栅板的两端分别嵌入式的设置有位于所述低洼路段的两端坡面内的拦网；所述拦网具有弹性，且一端固定连接在路面内，另一端连接于所述水平栅板的一端，并与所述水平栅板联动。
优选的是，所述支撑轴在伸长时使所述水平栅板与所述低洼路段的两侧坡面以上的路面位于同一平面上。
优选的是，所述水平栅板包括上栅板和下栅板，沿所述上栅板和下栅板的边缘设置有弹性硅胶包边，以在所述上栅板和下栅板间形成封闭的腔室；所述重量感应器和gps定位模块设置在所述腔室内。
优选的是，所述上栅板和下栅板上均设置有贯通所述上栅板、腔室和下栅板的透水孔。
优选的是，所述下栅板设置为中心低、周围高的中部凹陷的弧面。
本发明至少包括以下有益效果：
本发明的监控机构为设置在低洼路段的内外液体相通的水位警戒柱，通过设置在柱体最高水位警戒位的第一液位器对低洼路段的水位进行监测。当第一液位器监测到水位超过最高水位警戒位，启动防护机构，触发柱体顶端的报警器发出警报，以给行人和车辆警示，并结合活动井盖与井口间的排水口的大小调节，加快低洼路段积水的排出；救援机构为嵌入式设置在低洼路段的路面的格栅，格栅包括水平栅板和可伸缩的支撑轴，支撑轴连接第一液位器以使在非警报状态，支撑轴缩短携带上方的水平栅板嵌入路面内，不影响正常的通行；在警报状态，伸缩轴伸长带动水平栅板脱离地面，形成高于原路面的平台，可托起因误入积水而可能会带来危害的行人或车辆；同时，设置的紧急救援机构，因重量感应器通讯连接第一液位器，以在非警报状态，设置在水平栅板内的重量感应器没有感应到水平栅板上面的重量超出预设的最大阈值，则水平栅板嵌入在路面内没发生变化；在警报状态下，第一液位器监测水位超过最高水位警戒位，输出信号并控制重量感应器启动，一旦水平栅板上的重量超过重量感应器预设的最大阈值，则此信号会传输给信号采集模块再通过与显示器预存的水平栅板的位置信息对比，发现属于异常状况，即水平栅板脱离路面，此时设置于水平栅板内的gps定位模块会通过显示器在交通路面的地图上将该水平栅板的位置进行标记，救援组织通过该标记可以知道此处的水平栅板所在的低洼路段有险情需要紧急救援，以及时赶到实地实施救援工作，当水位下降解除警报时，则通过gps定位模块显示该处水平栅板已恢复原有状态，即：水平栅板下降重新嵌入路面内，在显示器上显示的交通路面的地图上已不再是标记状态，危险情况已解除，此时路政相关部门就可以进行后续的检修维护工作了。本发明不但为行人和车辆提供最基本的测量低洼路段水位的监控机构，还通过改进并完善排水系统进行防护并及时发出警报，同时设置救援机构和紧急救援机构，以对误入积水区的车辆或行人通过救援机构被托起初步脱离积水，并同步将信息通过紧急救援机构反应给救援组织以实地实施救援，避免危害事故发生。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
图1为本发明所述的防护机构示意图；
图2为本发明所述的救援机构示意图；
图3为本发明所述的上栅板和下栅板位置关系及内部结构的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
如图1、图2和图3所示，本发明提供一种基于数据处理的城市内涝预警、防护及救援系统，包括：
监控机构，其为设置在道路的低洼路段104的水位警戒柱；所述水位警戒柱的柱体与外部液体相通，且在柱体的最高水位警戒位上设置有第一液位器，以对所述柱体内的水位进行监测。
防护机构，其包括活动井盖和报警器；所述报警器设置在所述柱体的顶端，并由所述第一液位器触发发出警报；所述活动井盖包括井盖本体100和柔性连接件；所述井盖本体100扣合在井口上方；多个所述柔性连接件间隔均匀的环绕所述井盖本体100设置，且所述柔性连接件的一端固定连接于所述井盖本体100下表面的边缘，另一端竖直向下并连接于所述井口的内缘。
救援机构，其为嵌入式的设置在所述低洼路段104的路面的格栅；所述格栅包括水平栅板106、可伸缩的支撑轴；所述水平栅板106沿道路延伸方向平行的布置在所述低洼路段104的中部的水平路面内；所述支撑轴设置在所述水平栅板106的下方；所述支撑轴与所述第一液位器通讯连接，以在非警报状态时使所述支撑轴收缩带动所述水平栅板106嵌入在路面内，在警报状态时，所述支撑轴伸长带动水平栅板106垂直于路面升起，形成高于原路面的平台。
紧急救援机构，其包括信号采集模块、gps定位模块112、重量感应器113和显示器；所述gps定位模块112和重量感应器113均设置在所述水平栅板106内的，所述信号采集模块与所述gps定位模块、重量感应器113和显示器分别连接，所述gps定位模块112与显示器通讯连接；所述显示器上显示预存的包括所有水平栅板106设置位置信息的交通路面地图，所述重量感应器113与所述第一液位器通讯连接，并在所述第一液位器监测到所述柱体内水位达到水位警戒位时，控制所述重量感应器113开启，所述重量感应器113在感应到所述水平栅板106上的重量超出预设的最大阈值时，向设置在同一水平栅板106内的gps定位模块112发出信号，所述gps定位模块在所述交通路面地图上标记所述水平栅板106的位置。
在上述方案中，所述监控机构为设置在道路的低洼路段104的水位警戒柱，水位警戒柱的柱体内外液体相通，以通过柱体内设置在最高水位警戒位的第一液位器监测柱体内的水位，及时反应出低洼路段104的积水情况。
所述防护机构，其包括活动井盖和报警器，报警器和第一液位器通讯连接，以在超过最高水位警戒位时能通过触发报警器发出警报，并通过井盖本体100与井口间活动连接方式调节两者之间的排水口大小，加强排水系统的排水能力。
所述救援机构是对误入积水人员或者车辆进行辅助救援的一种装置，救援机构为嵌入路面的格栅，所述格栅包括水平栅板106和可伸缩的支撑轴，支撑轴与第一液位器连接。所述支撑轴实现可伸缩具体设置为：所述支撑轴包括第一支撑轴和第二支撑轴。第一支撑轴套设在第二支撑轴内部，并可沿第二支撑轴的内壁滑动，第二支撑轴的顶端开口小于第一支撑轴的底端的外径，并大于第一支撑轴的顶端的外径，以使第一支撑轴可由第二支撑轴中伸出，并避免第一支撑轴由第二支撑轴内脱出，第一支撑轴顶端连接水平栅板106，第一支撑轴与设置在路面内的液压缸的活塞杆连接，第二支撑轴底端固定于低洼路段104内；液压缸与第一液位器连接，以使在非警报状态，控制液压缸向下运动带动支撑轴缩短携带上方的水平栅板106一同嵌入低洼路段104的路面内；当水位超过最高水位警戒位时，处于报警状态，控制液压缸的活塞杆开始向上运动带动支撑轴开始伸长以使水平栅板106脱离地面，形成高于路面的平台，把误入水中的人员和车辆及时用平台托起脱离积水。
当警报状态同时，还会同步启动紧急救援机构，紧急救援机构包括gps定位模块112、重量感应器113和显示器，所述重量感应器113与第一液位器连接，当水位超过最高水位警戒位，启动设置在水平栅板106内的重量感应器113，一旦感应到水平栅板106上的重量超过预设的最大阈值，就会通过设置在水平栅板106内的gps定位模块112进行水平栅板106所在位置的定位，再传输给信息采集模块进行处理，以在显示器中预存有水平栅板106设置位置信息的交通路面地图上，标记出该水平栅板106的所在位置，用于提示救援组织在该水平栅板106所在的低洼路段104出现险情，需要立即实施实地救援；当水位低于最高水位警戒位时，所述水平栅板106重新嵌入路面内，此时gps定位模块112定位该位置的水平栅板106并传输给信号采集模块进行分析，以使该水平栅板106所在位置在交通路面地图上标记解除，提示险情已得到处理，同时提醒需要相关的路政部门进行后续检修维护工作。本发明从基础的能监测水位的监控装置的设置，到结合自动排水系统的调节进行防护和警报，加强行人和车辆对低洼路段104的积水险情的警惕；再通过救援机构和紧急救援机构做好充分的预防设施，一旦危险事故发生，有救援机构提供救援装置及时把进入积水的行人或者车辆托起至脱离积水的安全的高度，同步通过紧急救援机构把有险情的位置信息传输到显示器上以通知给救援组织，以使救援组织及时赶往需救援地点实施实地救援，避免危害事故发生，使困于积水的行人或车辆最终脱离危险，真正做到预警、防护及救援为一体的用于防治因城市内涝发生的危害事故。
另外，井盖本体与井口间也可设置为一端铰接的连接方式，并在井盖本体和井口铰接的相对的一侧设置3-5个可伸缩的伸缩轴对井盖本体进行支撑，即使伸缩轴得第一端连接井盖下表面，第二端连接井口，然后警报器和伸缩轴分别与第一液位器连接，以使在非警报状态，伸缩轴缩短使井盖直接扣合在排水井的井口；在警报状态时，伸缩轴伸长，井盖和排水井的井口间形成倾斜的排水口。
如图1所示，一个优选方案中，所述柔性连接件由弹性支撑柱101和可伸缩的伸缩轴102组成；所述弹性支撑柱101的第一端连接所述井盖本体100，第二端连接所述伸缩轴102的第一端；所述伸缩轴102的第二端连接于井口；所述伸缩轴102和所述第一液位器通讯连接，以在所述第一液位器监测到所述柱体内水位达到水位警戒位时，控制所述伸缩轴102伸长，使所述井盖本体100和井口间形成空隙。
在上述方案中，所述伸缩轴102实现可伸缩具体设置为：伸缩轴102包括第一伸缩轴、第二伸缩轴。第一伸缩轴套设在第二伸缩轴内部，并可沿第二伸缩轴的内壁滑动，第二伸缩轴的顶端开口小于第一伸缩轴的底端的外径，并大于第一伸缩轴的顶端的外径，以使第一伸缩轴可由第二伸缩轴中伸出，并避免第一伸缩轴由第二伸缩轴内脱出；第一伸缩轴顶端固定连接所述弹性支撑柱101第二端，第二伸缩轴底端固定于井口内壁，所述弹性支撑柱101第一端连接井盖本体100；所述弹性支撑柱101可采用拉伸力较好的高碳钢或者铜质材料，可发生均匀弹性变形。第一支撑轴分别与液压缸的活塞杆及第一液位器连接，液压缸位于低洼路段104的路面内并与第一液位器连接，当监测到水位低于最高警戒位时，控制伸缩轴102缩短，井盖本体100扣合在井口上并与路面平齐；当警戒状态时，第一液位器输出信号并控制液压缸的活塞开始向上移动，以带动伸缩轴102伸长，使井盖本体100和井口之间形成空隙，可加大排水速度。
一个优选方案中，还包括：
第二液位器，其设置在所述柱体内的最低水位警戒位上；
紧急救援模块，其与所述第二液位器通讯连接，以在所述第二液位器的警报解除后向所述支撑轴和伸缩轴102发出停止应急指令；所述支撑轴和伸缩轴102接收到所述停止应急指令后，所述支撑轴收缩带动所述水平栅板106嵌入地面内部，所述伸缩轴102收缩带动所述井盖本体100扣合在井口上；所述紧急救援模块还与所述显示器通讯连接，以在所述第二液位器的警报解除后在所述显示器上显示状态检修指令。
在上述方案中，所述紧急救援模块与第二液位器通讯连接，以使水位低于最低水位警戒位时，解除警报，以控制支撑轴和伸缩轴102开始缩短，以带动支撑轴上方的水平栅板106及伸缩轴102上方的井盖本体100开始归位，使得水平栅板106开始重新嵌入路面内，井盖本体100重新扣合在井口上；因紧急救援模块与显示器连接，此时的水平栅板106所在位置险情已解除，即显示器中交通路面的地图上该水平栅板所在位置需救援的标记已取消，而同时通过信息采集模块将信息传送到显示器上并指令该水平栅板106所在位置为检修状态，以方便通知相关路政部门对此位置进行检修。
一个优选方案中，相邻两个所述柔性连接件间间距1-3cm。
在上述方案中，相邻的两个柔性连接件设置1-3cm的间距，一方面能保证在水位超过最高水位警戒位时将井盖本体100支撑起来，使井盖本体100与井口间形成间隙，加大排水；另一方面间隔设置柔性连接件在不影响支撑效果的同时，还能减少材料的使用，降低成本；同时，间距在1-3cm之间能够有效防止体积较大的垃圾进入排水井内，造成排水井堵塞。
如图2所示，一个优选方案中，所述水平栅板106的两端分别嵌入式的设置有位于所述低洼路段104的两端坡面105内的拦网107；所述拦网107具有弹性，且一端固定连接在路面内，另一端连接于所述水平栅板106的一端，并与所述水平栅板106联动。
在上述方案中，所述水平栅板106两端设置嵌入坡面105的拦网107，因拦网107具有弹性并能与水平栅板106联动，在非警报状态，水平栅板106和拦网107分别嵌在低洼路段104的路面及坡面105内，不影响路面通行；在水位超过最高水位警戒位的警报状态时，水平栅板106升起的同时带动两端的拦网107一同脱离坡面105，使得水平栅板106和拦网107形成高出低洼路段104的一个平台，并直接通过两端拦网107连接到坡面105上，也能使得位于低洼路段104中部水平段和坡面之间的车辆或行人在拦网的保护下顺利脱离水面，进而保证了车辆或行人的安全。
一个优选方案中，所述支撑轴在伸长时使所述水平栅板106与所述低洼路段104的两侧坡面105以上的路面位于同一平面上。
在上述方案中，在警报状态，支撑轴开始伸长支撑所述水平栅板106并同时带动两端的拦网107脱离路面，且所述水平栅板106与两侧坡面105以上的路面在同一平面，即水平栅板106和两端拦网107构成一个连接高处的连接桥，便于救援组织通过连接桥直接到达水平栅板106上实施救援。
如图3所示，一个优选方案中，所述水平栅板106包括上栅板108和下栅板109，沿所述上栅板108和下栅板109的边缘设置有弹性硅胶110包边，以在所述上栅板108和下栅板109间形成封闭的腔室；所述重量感应器113和gps定位模块设置在所述腔室内。
在上述方案中，所述水平栅板106设置成上栅板108和下栅板109，并用弹性硅胶110包边，构成中空的封闭腔室结构，便于将重量感应器113及gps定位模块112放置在腔室内，用以感应水平栅板106上的重量并定位水平栅板106的位置。弹性硅胶110不溶于水的性能，对防止从侧面进入积水破坏内部的元件；弹性硅胶110的存在还能在积水较深的情况使积水对上栅板108和下栅板109的冲击力得到缓冲，防止对内部物件直接的挤压造成损坏。
如图3所示，一个优选方案中，所述上栅板108和下栅板109上均设置有贯通所述上栅板108、腔室和下栅板109的透水孔111。
在上述方案中，水平栅板106上设置贯穿所述上栅板108、腔室和下栅板109的透水孔111，能够使得通过水平栅板106上方渗入的积水，可通过透水孔111直接滴下，防止积水破坏内部的重量感应器113及gps定位模块。
如图3所示，一个优选方案中，所述下栅板109设置为中心低、周围高的中部凹陷的弧面。
在上述方案中，所述下栅板109设置为中心低、周围高的中部凹陷的弧面，是为了进一步防止由于上栅板108上渗入积水，不能完全通过透水孔111排出而聚集在下栅板109上，这样的弧面设置有利于直接将渗入的积水由于重力作用集中到中部凹陷处，再由中部凹陷设置的透水孔111而全部排出。
另外，在本发明所述基于数据处理的城市内涝预警、防护及救援系统中还可以在低洼路段104入口处嵌入式的设置可升降的栅栏和升降开关，并使升降开关与第一液位器连接，以使在非警报状态，升降开关控制可升降栅栏嵌入路面内，而在警报状态，升降开关控制可升降栅栏升起在低洼路段104入口形成阻拦结构。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。