城市内涝监控系统及监控方法
【专利摘要】本发明公开了一种城市内涝监控系统，它包括电子水尺、遥测终端机、管理中心服务器和信息发布平台，电子水尺的水位探测结果输出端连接遥测终端机的水位探测结果输入端，遥测终端机的遥测数据通信端连接管理中心服务器的遥测数据通信端，管理中心服务器的信息发布输出端连接信息发布平台的信息发布输入端。本发明通过水位测量设备采集水位信息，并使用无线数据传输，将监测采集的水位以及相关数据传送到终端设备，可实时监测城区各低洼路段的积水水位并实现自动预警。内涝管理部门借助该系统可整体把握整个城区内涝状况，及时进行排水调度，获取各路段的实时积水水位和图像。
【专利说明】
城市内涝监控系统及监控方法
技术领域
[0001]本发明涉及城市内涝治理领域，具体地指一种城市内涝监控系统及监控方法。
【背景技术】
[0002]中国南北方每年夏、秋雨季，所发生的地区性热雷雨、梅雨或台风雨现象，在短时间内会产生大量地表径流，常常使雨水径流无法及时排除，导致市区局部地区积水，造成民众生命财产损失及危害。
[0003]目前，常规的城市内涝监控方式均为积水观测人员人工监测的形式，监测效率较低，另外，人工监测时一般采用浮子式、压力式、超声波式或雷达式等传感器，然而，水位监测比较容易受环境，地形，水质等多方面的影响，上述水位传感器在实际应用过程中普通存在着一定的缺陷，例如，浮子式水位计工作稳定，但安装和维护复杂，施工难度大，造价高，不易实现自动遥测。超声波水位计利用超声波在空气中的传播速度来测量水位，测量过程完全由电子电路来实现，因而比较容易实现自动遥测，但超声波水位计的安装需要一个支撑杆，因此施工难度大，造价高，并且由于超声波在空气中的传播速度受温度影响较大，而造成测量误差比较大。压力式水位计通过压力传感器测量水中的静压力来测量水位，测量过程由电子电路来实现，因而比较容易实现自动遥测，但测量精度受温度影响较大，受淤积影响严重，如果安装传感器的位置有淤积则压力式水位计不能使用。雷达式水位计是一种新型的水位测量设备，利用毫米微波在空气中的传播速度来测量水位，测量过程完全由电子电路来实现，因而比较容易实现自动遥测。其测量原理与超声波水位计类似，但由于微波的传播速度受温度影响极小，因而测量精度较高。目前雷达式水位计只有外国公司能生产，价格昂贵。且雷达式水位计的安装也需要一个支撑杆，因此施工难度大，造价高，而电极式电子水尺的出现，则从根本上解决了上述传感器的居多缺陷。
【发明内容】
[0004]本发明的目的就是要提供一种城市内涝监控系统及监控方法，该系统及方法通过水位测量设备采集水位信息，并使用无线数据传输，将监测采集的水位以及相关数据传送到终端设备，可实时监测城区各低洼路段的积水水位并实现自动预警。内涝管理部门借助该系统可整体把握整个城区内涝状况，及时进行排水调度，获取各路段的实时积水水位和图像。
[0005]为实现此目的，本发明所设计的它包括电子水尺、遥测终端机、管理中心服务器和信息发布平台，其中，所述电子水尺包括移位寄存器、电极驱动模块、单片机、电子水尺壳体、在电子水尺壳体外表面沿电子水尺壳体长度方向布置的等分电极、在电子水尺壳体外表面沿电子水尺壳体长度方向布置的公共电极，所述等分电极上均匀设有多个电极接口，等分电极的每个等分电极段连接有对应的一个电极接口，等分电极的每个电极接口均连接移位寄存器对应的信号输入端，移位寄存器的信号输出端连接单片机的探测信号输入端，单片机的电极驱动器控制信号输出端连接电极驱动模块的信号输入端，电极驱动模块的电极驱动信号输出端连接公共电极的电极接口，所述公共电极和等分电极之间具有间隙，所述单片机的水位探测结果输出端连接遥测终端机的水位探测结果输入端，遥测终端机的遥测数据通信端连接管理中心服务器的遥测数据通信端，管理中心服务器的信息发布输出端连接信息发布平台的信息发布输入端。
[0006]—种利用上述城市内涝监控系统进行内涝监控的方法，其特征在于，它包括如下步骤:
[0007]步骤1:在需要进行内涝监控的区域设置水位采集站点，每个水位采集站点中的电子水尺固定在内涝监控区域的水位监控区；
[0008]步骤2:电子水尺实时监控对应内涝监控区域的水位，当对应内涝监控区域出现内涝时，电子水尺的单片机通过电极驱动模块使公共电极发出脉冲信号，积水会使公共电极与等分电极导通，积水的深度决定了等分电极中的那几个等分电极段与公共电极导通，导通的等分电极接收到公共电极发出的脉冲信号，并将脉冲信号发送给移位寄存器，移位寄存器记录下那几段等分电极收到信号，并将那几段等分电极导通的信号传输给单片机，单片机根据导通的等分电极段数计算得到对应的内涝监控区域水位；
[0009]步骤3:电子水尺的单片机将计算得到对应内涝监控区域水位数据传输给遥测终端机；
[0010]步骤4:遥测终端机将内涝监控区域水位数据上传给管理中心服务器；
[0011]步骤5:管理中心服务器将内涝监控区域水位数据通过信息发布平台对外发布。
[0012]本发明的有益效果:
[0013]本发明通过电子水尺采集内涝监控区域的水位信息，并使用无线数据传输，将监测采集的水位以及相关数据传送到终端设备，可实时监测城区各低洼路段的积水水位并实现自动预警。内涝管理部门借助该系统可整体把握整个城区内涝状况，及时进行排水调度，获取各路段的实时积水水位和图像信息，显著提高了城市内涝治理的效率。
【附图说明】
[0014]图1为本发明的结构框图；
[0015]图2为本发明中电子水尺的结构框图。
[0016]其中，I 一现场视频监控器、2—电子水尺、2.1—等分电极、2.2—公共电极、2.3—移位寄存器、2.4一电极驱动模块、2.5—单片机、2.6—电子水尺壳体、2.7—密封设备盒、3—遥测终端机、3.1一ARM处理器、3.2—485总线模、3.3—GPRS通信模块、3.4一模拟量扩展模块、3.5—模数转换模块、4一管理中心服务器、5—信息发布平台、5.1 — Web发布平台、5.2—预警网络平台、5.3—公用网络平台、6—LED显示屏。
【具体实施方式】
[0017]以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明:
[0018]如图1所述的城市内涝监控系统，它包括电子水尺2、遥测终端机3、管理中心服务器4和信息发布平台5，其中，所述电子水尺2包括移位寄存器2.3、电极驱动模块2.4、单片机2.5、电子水尺壳体2.6、在电子水尺壳体2.6外表面沿电子水尺壳体2.6长度方向布置的等分电极2.1、在电子水尺壳体2.6外表面沿电子水尺壳体2.6长度方向布置的公共电极2.2，所述等分电极2.1上均匀设有多个电极接口(即相邻电极接口之间的距离相等)，等分电极2.1的每个等分电极段连接有对应的一个电极接口，等分电极2.1的每个电极接口均连接移位寄存器2.3对应的信号输入端，移位寄存器2.3的信号输出端连接单片机2.5的探测信号输入端，单片机2.5的电极驱动器控制信号输出端连接电极驱动模块2.4的信号输入端，电极驱动模块2.4的电极驱动信号输出端连接公共电极2.2的电极接口，所述公共电极2.2和等分电极2.1之间具有间隙(当有内涝时，积水连通上述间隙，使等分电极2.1中被水淹没的等分电极段与公共电极2.2导通，等分电极2.1即可接收到公共电极2.2发送的脉冲信号)，所述单片机2.5的水位探测结果输出端连接遥测终端机3的水位探测结果输入端，遥测终端机3的遥测数据通信端连接管理中心服务器4的遥测数据通信端，管理中心服务器4的信息发布输出端连接信息发布平台5的信息发布输入端。
[0019]上述技术方案中，它还包括现场视频监控器I，所述现场视频监控器I的视频信号输出端连接遥测终端机3的视频信号输入端。它还包括固定在电子水尺壳体2.6上的密封设备盒2.7，所述移位寄存器2.3、电极驱动模块2.4和单片机2.5设置在密封设备盒2.7内。[°02°] 上述技术方案中，它还包括LED(Light Emitting D1de，发光二极管)显示屏6，所述遥测终端机3的水位实时显示信号输出端连接LED显示屏6的显示信号输入端。LED显示屏6接收遥测终端机3发送的数据，显示实时的积水水位，更加直观、便捷地为行人和车辆显示积水情况。
[0021]上述技术方案中，所述信息发布平台5包括Web(互联网)发布平台5.1、预警网络平台5.2和公用网络平台5.3，所述管理中心服务器4的信息发布输出端分别连接Web发布平台5.1、预警网络平台5.2和公用网络平台5.3的信息发布输入端。
[0022]上述技术方案中，所述遥测终端机3包括ARM处理器3.1、与ARM处理器3.1的485通信接口连接的485总线模块3.2、与六1^处理器3.1的遥测数据通信端连接的6?1?(661^^1Packet Rad1 Service，通用分组无线服务技术)通信模块3.3，所述LED显示屏6的显示信号输入端和单片机2.5的水位探测结果输出端以及现场视频监控器I的视频信号输出端均连接485总线模块3.2;所述GPRS通信模块3.3通过GPRS信号与管理中心服务器4的遥测数据通信端无线连接。485总线模块3.2用于接收单片机2.5的水位探测结果和现场视频监控器I的视频信号，并将上述信号传输给ARM处理器3.1，ARM处理器3.1将水位探测结果和视频信号传输给LED显示屏6显示，同时，ARM处理器3.1将水位探测结果和视频信号通过GPRS通信模块3.3传输给管理中心服务器4。
[0023]上述技术方案中，所述遥测终端机3还包括模拟量扩展模块3.4和模数转换模块3.5，所述模拟量扩展模块3.4的信号输出端通过模数转换模块3.5连接ARM处理器3.1的扩展设备通信端。所述模拟量扩展模块3.4可外接雨量计，雨量计得到实时雨量数据，遥测终端机3采集实时雨量数据，并将实时雨量数据通过LED显示屏6进行显示，同时遥测终端机3还将实时雨量数据传输给管理中心服务器4，并由信息发布平台5进行发布，帮助内涝管理部门制定内溃处理方案。
[0024]本发明采用GPRS通信模块3.3进行通信。GPRS是GSM系统的无线分组交换技术，不仅能够提供点到点的传输，而且提供无线IP连接，是一项高速数据传输技术，其方法是以“分组”的形式将数据送到用户手中。其主要特点有:
[0025]1、实时性强
[0026]与GSM相比，由于GPRS具有实时在线和带宽高特点，系统数据传输无延时，没有数据传输滞后现象，可以同步接收处理多个或所有监测点的数据，满足系统对数据采集和传输实时的要求。
[0027]2、可远程控制
[0028]由于GPRS传输实时性的特点，可以用来实现对监测设备的控制，如时间校正，状态报告，远程设置，召测等功能。
[0029]3、建设成本低
[0030]由于GPRS采用公网平台，无须建设专网，只需设备安装就可以立即实现远程数据传输。
[0031]4、监控范围广
[0032]构建信息采集系统要求数据通信覆盖范围广泛，扩容无须限制，接入点无限制，能够满足山区、乡镇和跨地区的接入需求。这对于采集点较多，覆盖范围较广，部分站点偏远的水情自动采集系统非常适合。
[0033]5、良好的扩展性
[0034]由于GPRS目前在国内基本上不存在盲区，其原理上接入数量没有限制，因此对于分布建设水位监测系统非常合适。
[0035]6、传输容量大
[0036]由于采集点较多，具有需要大量、多点突发性数据传输的要求。
[0037]7、传输速率高
[0038]GPRS理论最高传输速度为171.2Kbps(比特每秒，具体速度取决于终端的能力)，目前使用GPRS可以支持40Kbps左右的传输速率，比第二代的GSM和IS-95 (窄带)CDMA快得多。
[0039]8、通信费用低
[0040]可采用包月流量计费方式，降低系统通信运营成本。
[0041]本发明使用时，在城市的各个内涝监控的区域设置水位采集站点，每个水位采集站点均包括电子水尺2、遥测终端机3、现场视频监控器1、雨量计和LED显示屏6，多个遥测终端机3与管理中心服务器4之间采用星型网络结构，由各遥测终端机3向管理中心服务器4发送采集的水情数据、视频信息和雨量信息，各遥测终端机3之间没有相互通信或数据交换的问题，所以只需分别建立遥测站到中心站的星型网络结构即可满足数据传输的要求。
[0042]本发明使用的电子水尺2具有极高的精度、稳定度和可靠度。其测量误差不受大气压力、温度、湿度、含沙量、淤积、飘浮物、结冰、水质、泡沫等外界因素的影响。安装使用方便灵活，不需要测井钻孔，性能稳定可靠。其主要技术指标达到《水位观测标准》(GB138-90)，符合《水文自动测报系统规范》(SL64-94)规定。电极式数字水位计测得的水位数据可进行有线和无线远程传输，传输方式方便灵活。
[0043]本发明的工作过程为:电子水尺2实时监测水位信息，现场视频监控器I实时监测水位监测点的视频信息，遥测终端机3采集电子水尺2和现场视频监控器I输出的信息，遥测终端机3通过现场LED显示屏6将采集到的数据实时显示出来，方便该监测点的信息反映遥测终端机3内置的GPRS通信模块3.3专用S頂卡，通过GPRS网络将数据快速传送至管理中心服务器4，快速有效实现数据的传输。同时，管理中心服务器4根据其设定将现场数据信息发送到各个平台以及终端，可通过手机、电脑以及相应的显示设备监测到现场水情。本发明通过现场设备有效实现水位的信息采集，由遥测终端机3RTU通过GPRS公用网络将数据传输至管理中心服务器，再有服务器将统计到的信息发送到各终端平台，方便实时查看监测。
[0044]—种利用上述城市内涝监控系统进行内涝监控的方法，它包括如下步骤:
[0045]步骤1:在需要进行内涝监控的区域设置水位采集站点，每个水位采集站点中的电子水尺2固定在内涝监控区域的水位监控区；
[0046]步骤2:电子水尺2实时监控对应内涝监控区域的水位，当对应内涝监控区域出现内涝时，电子水尺2的单片机2.5通过电极驱动模块2.4使公共电极发出脉冲信号，积水会使公共电极2.2与等分电极2.1导通(单片机2.5控制电极驱动模块2.4向公共电极2.2提供脉冲信号，当有内涝时，积水进入公共电极2.2和等分电极2.1之间的间隙，使等分电极2.1中被水淹没的等分电极段与公共电极2.2导通，等分电极2.1接收到公共电极2.2发送的脉冲信号)，积水的深度决定了等分电极2.1中的那几个等分电极段与公共电极2.2导通，导通的等分电极2.1接收到公共电极2.2发出的脉冲信号，并将脉冲信号发送给移位寄存器2.3，移位寄存器2.3记录下那几段等分电极2.1收到信号，并将那几段等分电极2.1导通的信号传输给单片机2.5，单片机2.5根据导通的等分电极段数计算得到对应的内涝监控区域水位；
[0047]步骤3:电子水尺2的单片机2.5将计算得到对应内涝监控区域水位数据传输给遥测终端机3 ；
[0048]步骤4:遥测终端机3将内涝监控区域水位数据上传给管理中心服务器4;
[0049]步骤5:管理中心服务器4将内涝监控区域水位数据通过信息发布平台5对外发布。
[0050]上述技术方案的步骤4中，遥测终端机3将内涝监控区域水位数据通过GPRS网络上传给管理中心服务器4。
[0051]上述技术方案的步骤2中，单片机2.5将内涝监控区域水位数据传输给LED显示屏6进行实时显示。
[0052]本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
【主权项】
1.一种城市内涝监控系统，其特征在于:它包括电子水尺(2)、遥测终端机(3)、管理中心服务器(4)和信息发布平台(5)，其中，所述电子水尺(2)包括移位寄存器(2.3)、电极驱动模块(2.4)、单片机(2.5)、电子水尺壳体(2.6)、在电子水尺壳体(2.6)外表面沿电子水尺壳体(2.6)长度方向布置的等分电极(2.1 )、在电子水尺壳体(2.6)外表面沿电子水尺壳体(2.6)长度方向布置的公共电极(2.2)，所述等分电极(2.1)上均匀设有多个电极接口，等分电极(2.1)的每个等分电极段连接有对应的一个电极接口，等分电极(2.1)的每个电极接口均连接移位寄存器(2.3)对应的信号输入端，移位寄存器(2.3)的信号输出端连接单片机(2.5)的探测信号输入端，单片机(2.5)的电极驱动器控制信号输出端连接电极驱动模块(2.4)的信号输入端，电极驱动模块(2.4)的电极驱动信号输出端连接公共电极(2.2)的电极接口，所述公共电极(2.2)和等分电极(2.1)之间具有间隙，所述单片机(2.5)的水位探测结果输出端连接遥测终端机(3)的水位探测结果输入端，遥测终端机(3)的遥测数据通信端连接管理中心服务器(4)的遥测数据通信端，管理中心服务器(4)的信息发布输出端连接信息发布平台(5)的信息发布输入端。2.根据权利要求1所述的城市内涝监控系统，其特征在于:它还包括现场视频监控器(I)，所述现场视频监控器(I)的视频信号输出端连接遥测终端机(3)的视频信号输入端； 它还包括固定在电子水尺壳体(2.6)上的密封设备盒(2.7)，所述移位寄存器(2.3)、电极驱动模块(2.4)和单片机(2.5)设置在密封设备盒(2.7)内。3.根据权利要求1所述的城市内涝监控系统，其特征在于:它还包括LED显示屏(6)，所述遥测终端机(3)的水位实时显示信号输出端连接LED显示屏(6)的显示信号输入端。4.根据权利要求1所述的城市内涝监控系统，其特征在于:所述信息发布平台(5)包括Web发布平台(5.1)、预警网络平台(5.2)和公用网络平台(5.3)，所述管理中心服务器(4)的信息发布输出端分别连接Web发布平台(5.1)、预警网络平台(5.2)和公用网络平台(5.3)的信息发布输入端。5.根据权利要求1所述的城市内涝监控系统，其特征在于:所述遥测终端机(3)包括ARM处理器(3.1)、与ARM处理器(3.1)的485通信接口连接的485总线模块(3.2)、与ARM处理器(3.1)的遥测数据通信端连接的GPRS通信模块(3.3)，所述LED显示屏(6)的显示信号输入端和单片机(2.5)的水位探测结果输出端以及现场视频监控器(I)的视频信号输出端均连接485总线模块(3.2);所述GPRS通信模块(3.3)通过GPRS信号与管理中心服务器(4)的遥测数据通信端无线连接。6.根据权利要求5所述的城市内涝监控系统，其特征在于:所述遥测终端机(3)还包括模拟量扩展模块(3.4)和模数转换模块(3.5)，所述模拟量扩展模块(3.4)的信号输出端通过模数转换模块(3.5)连接ARM处理器(3.1)的扩展设备通信端。7.—种利用权利要求1所述城市内涝监控系统进行内涝监控的方法，其特征在于，它包括如下步骤: 步骤1:在需要进行内涝监控的区域设置水位采集站点，每个水位采集站点中的电子水尺(2)固定在内涝监控区域的水位监控区； 步骤2:电子水尺(2)实时监控对应内涝监控区域的水位，当对应内涝监控区域出现内涝时，电子水尺(2)的单片机(2.5)通过电极驱动模块(2.4)使公共电极发出脉冲信号，积水会使公共电极(2.2)与等分电极(2.1)导通，积水的深度决定了等分电极(2.1)中的那几个等分电极段与公共电极(2.2)导通，导通的等分电极(2.1)接收到公共电极(2.2)发出的脉冲信号，并将脉冲信号发送给移位寄存器(2.3)，移位寄存器(2.3)记录下那几段等分电极(2.1)收到信号，并将那几段等分电极(2.1)导通的信号传输给单片机(2.5)，单片机(2.5)根据导通的等分电极段数计算得到对应的内涝监控区域水位； 步骤3:电子水尺(2)的单片机(2.5)将计算得到对应内涝监控区域水位数据传输给遥测终端机(3); 步骤4:遥测终端机(3)将内涝监控区域水位数据上传给管理中心服务器(4); 步骤5:管理中心服务器(4)将内涝监控区域水位数据通过信息发布平台(5)对外发布。8.根据权利要求7所述的城市内涝监控系统进行内涝监控的方法，其特征在于:所述步骤4中，遥测终端机(3)将内涝监控区域水位数据通过GPRS网络上传给管理中心服务器(4)。9.根据权利要求7所述的城市内涝监控系统进行内涝监控的方法，其特征在于:所述步骤2中，单片机(2.5)将内涝监控区域水位数据传输给LED显示屏(6)进行实时显示。
【文档编号】H04N7/18GK106027986SQ201610498947
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年6月29日
【发明人】宋元胜
【申请人】武汉世纪水元科技股份有限公司