一种基于悬浮现象的城市内涝积水监测器

1.本实用新型属于城市内涝监测技术领域，具体涉及一种基于悬浮现象的城市内涝积水监测器。


背景技术：

2.城市内涝是指由于强降水或连续性降水超过城市排水能力致使城市内产生积水灾害的现象。除客观原因是降雨强度大，范围集中造成外；大部分原因是建筑建设年代早，防汛设计标准、管道的通行能力、抵抗强降雨的能力都较低。城市内涝不仅会造成大量损失，对人车的通行安全存在威胁。及时报告内涝情况，既能给有关城市建设部门提供可靠的实时数据，又能减小人车的危险系数。
3.国外从20世纪60年代起开始研制满足于城市排水、防洪、环境治理等方面要求的雨洪模型，其中应用比较广泛的是swmm模型、wallingford模型、mike和infoworks，既可以用于暴雨系统、污水系统或者雨污合流系统的规划设计，又可以进行实时运行管理模拟。
4.国内相关研究起步晚于国外。岑国平于1990年提出了国内首个自主开发的城市雨水径流计算模型(sscm)，把城市地面分为不透水地面和透水地面分别进行产流计算。最近几年，国内学者主要研究gis和雨洪模型结合，直观展示城市积水情况，实现雨洪监测系统。位路阳进行了郑州基于webgis的暴雨洪水预警系统的研究,王伟进行了南京基于gis和swmm模型的城市内涝分析。
5.已有的积水检测仪普遍存在以下缺点：成本高，普及性低，缺乏明显的警示作用；已有的城市内涝监测预警信息系统虽然可以通过智能移动终端应用使普通民众便捷地获取汛情信息，但对于已处于积水地区的行人而言查看手机上的信息变得不安全，故亟需一种便于安装﹑成本低﹑实时提供信息﹑具警示作用的城市内涝积水监测器。


技术实现要素：

6.本实用新型所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足提供一种基于悬浮现象的城市内涝积水监测器，本基于悬浮现象的城市内涝积水监测器结构简单，成本低，可实时检测积水深度，具有定时播报积水信息和灯光报警功能。
7.为实现上述技术目的，本实用新型采取的技术方案为：
8.一种基于悬浮现象的城市内涝积水监测器，包括杆体、积水测量部分、电子控制部分、语音播报器和灯光报警器；
9.所述杆体的底部设置有用于与外部隔离的底部隔离层，所述杆体的中部设置有用于将杆体内的腔体分隔为上腔体和下腔体的中部隔离层，所述杆体的顶部设置有可开合的顶盖，所述杆体底部侧壁上开设有若干个镂空带纱网小孔；
10.所述积水测量部分位于下腔体内，包括红外线传感器、浮球、升降垫板﹑滑行轨道和下降按钮，所述红外线传感器连接在下腔体的内壁上，所述下降按钮设置在所述中部隔离层的下表面，所述浮球位于下腔体内，所述下腔体的内壁上设置有滑行轨道，所述升降垫
板与滑行轨道滑动连接，所述升降垫板下表面设置有无接触传感器；
11.所述电子控制部分位于上腔体内，包括控制器﹑计时器﹑电力结构和升降器，所述控制器﹑计时器﹑电力结构和升降器均连接在上腔体的内壁上，所述升降器包括驱动器、电机、绕线筒和缆绳，所述电机的输出轴与绕线筒连接，所述绕线筒上连接并缠绕有缆绳，所述缆绳穿过中部隔离层上的预留小孔并与升降垫板连接；
12.所述语音播报器和灯光报警器均连接在所述杆体外壁上；
13.所述红外线传感器和无接触传感器均与控制器连接，所述控制器分别与计时器、驱动器、语音播报器和灯光报警器连接，所述驱动器与电机连接，所述电力结构分别与控制器、驱动器、红外线传感器、无接触传感器、语音播报器和灯光报警器连接。
14.作为本实用新型进一步改进的技术方案，所述灯光报警器采用三色灯。
15.作为本实用新型进一步改进的技术方案，所述红外线传感器连接在距底部隔离层10cm处的杆体内壁上。
16.作为本实用新型进一步改进的技术方案，所述杆体的腔体为圆柱形，所述升降垫板为圆形升降垫板。
17.作为本实用新型进一步改进的技术方案，所述升降垫板通过滑块与滑行轨道滑动连接。
18.作为本实用新型进一步改进的技术方案，所述浮球的直径略大于所述杆体内腔体的半径。
19.作为本实用新型进一步改进的技术方案，所述浮球采用钛合金空心小球。
20.作为本实用新型进一步改进的技术方案，所述杆体、底部隔离层、中部隔离层、升降垫板和顶盖均采用带防水膜的不锈钢。
21.作为本实用新型进一步改进的技术方案，所述电力结构采用可充电电源。
22.与现有技术相比，本实用新型的有益效果如下：本实用新型提供的一种基于悬浮现象的城市内涝积水检测器，暴雨天，路面上的积水通过仪器底部的镂空带纱网小孔进入下腔体内部；积水高度上升的同时，下腔体内的浮球也随积水高度上升；当上升到一定高度（10cm）,红外线传感器发生反应；下腔体内的升降垫板开始下降，在接近浮球顶部时，升降垫板不再下降；上腔体内的控制器自动根据下降时间计算下降高度，从而得到积水深度，升降垫板返回下腔体顶部。灯光报警器依据得到的数据判断，并闪烁设定好的灯光颜色；语音播报器定时播报积水情况，警示来往路人和车辆的通行。本实用新型结构简单，便于安装，成本低，可实时检测积水深度，同时具有定时播报积水信息和灯光报警功能。
附图说明
23.图1为本实用新型整体结构示意图。
24.图2为本实用新型升降器结构示意图。
25.图中，1、顶盖；2、杆体；3、电力结构；4、上腔体；5、电机；6、绕线筒；7、缆绳；8、中部隔离层；9、升降垫板；10、下腔体；11、浮球；12、滑行轨道；13、镂空带纱网小孔；14、底部隔离层；15、红外线传感器；16、自垂直信号线；17、控制器；18、计时器；19、语音播报器；20、灯光报警器；21、驱动器；22、下降按钮。
具体实施方式
26.下面根据附图对本实用新型的具体实施方式作出进一步说明：
27.如图1所示，一种基于悬浮现象的城市内涝积水监测器，包括杆体2、积水测量部分、电子控制部分、语音播报器19和灯光报警器20。通过本实施例可测量城市内涝积水深度，对行人车辆进行警示。
28.如图1所示，其中杆体2的底部设置有用于与外部隔离的底部隔离层14，杆体2的中部设置有用于将杆体2内的腔体分隔为上腔体4和下腔体10的中部隔离层8，所述杆体2的顶部设置有可开合的顶盖1，所述杆体2底部侧壁上开设有若干个镂空带纱网小孔13。
29.所述积水测量部分位于下腔体10内，包括红外线传感器15、浮球11、升降垫板9﹑滑行轨道12和下降按钮22，所述红外线传感器15连接在下腔体10的内壁上，下降按钮22连接在中部隔离层8的下表面、位于升降垫板9的上方，所述浮球11位于下腔体10内，所述下腔体10的内壁上设置有滑行轨道12，所述升降垫板9与滑行轨道12滑动连接，以控制升降位移和升降方向。所述升降垫板9的下表面设置有无接触传感器。
30.所述电子控制部分位于上腔体4内，包括控制器17﹑计时器18﹑电力结构3和升降器，所述控制器17﹑计时器18﹑电力结构3和升降器均连接在上腔体4的内壁上，如图2所示，所述升降器包括驱动器21、电机5、绕线筒6和缆绳7，所述电机5与绕线筒6连接且用于驱动绕线筒6旋转，所述绕线筒6上连接并缠绕有缆绳7，所述缆绳7穿过中部隔离层8上的预留小孔并与升降垫板9连接。
31.所述语音播报器19和灯光报警器20均连接在所述杆体2外壁上。
32.所述红外线传感器15和无接触传感器均与控制器17连接，所述控制器17分别与计时器18、驱动器21、语音播报器19和灯光报警器20连接，所述驱动器21与电机5连接，所述电力结构3分别与控制器17、驱动器21、红外线传感器15、无接触传感器、语音播报器19和灯光报警器20等连接且用于为上述器件供电。
33.本实施例中，所述灯光报警器20为半圆形透明外壳，采用三色灯，分别为绿色﹑黄色﹑红色。
34.本实施例中，所述红外线传感器15连接在距底部隔离层1410cm处的杆体2内壁上。
35.本实施例中，所述杆体2的腔体为圆柱形，所述升降垫板9为圆形升降垫板。圆形升降垫板9的直径略小于杆体2内腔体的直径。
36.本实施例中，所述升降垫板9通过滑块与滑行轨道12滑动连接。
37.本实施例中，所述浮球11采用深黑色钛合金空心小球，具有重量轻﹑强度高﹑抗氧化﹑耐腐蚀的特点；所述浮球11在仪器工作前单独置于底部隔离层14上方，雨水流入后处于漂浮状态；所述浮球11的直径略大于所述杆体2内腔体的半径，浮球11所在位置不存在红外线传感器15盲区。
38.本实施例中，镂空带纱网小孔13等距均匀分布在杆体2的0-10cm处；其作用是使水流流入，阻挡泥沙，避免影响数据，减少泥沙对仪器带来的物理损害。
39.本实施例中，杆体2顶部的顶盖1可打开，方便定期对监测部分的检查和维修。
40.本实施例中，所述杆体2、底部隔离层14、中部隔离层8、升降垫板9和顶盖1均采用带防水膜的不锈钢，可防腐蚀，提高使用年限。
41.本实施例中，所述电力结构3采用可充电电源，使用市电充电。
42.本实施例中，所述控制器17采用微电脑控制器，红外线传感器15通过沿杆壁设置的柔性自垂直信号线16与微电脑控制器连接，无接触传感器采用激光测距传感器，无接触传感器通过沿杆壁的信号线与微电脑控制器连接，无接触传感器用于感应与小球的距离，实时发送信号到微电脑控制器，当距离达到预设时，微电脑控制器控制圆形升降垫板停止下降，准备上升。
43.本实施例中，所述红外线传感器15做防水处理。下降按钮22为防水式按钮。
44.本实施例中，所述计时器18用于记录圆形升降垫板9的下降时间，通过控制器17计算积水深度。
45.本实施例中，积水测量部分量程为1.5m，分辨率为1mm。
46.积水测量部分与电子控制部分之间通过中部隔离层8进行密封隔绝，中部隔离层8上预留有一小孔恰使缆绳7通过，且缆绳7与小孔间做防水措施，防止积水超过1.5m时漫入电子控制部分对用电设施进行破坏。沿杆壁设置的信号线贯穿中部隔离层8，且信号线与中部隔离层8密封连接。
47.本实施例的基于悬浮现象的城市内涝积水监测器放置在隧道﹑涵洞﹑桥洞﹑交叉口最易形成积水的路段。
48.本实施例的基于悬浮现象的城市内涝积水监测器在暴雨中进行工作，路面上的积水通过仪器底部镂空带纱网小孔13流入杆体2内的下腔体10；积水高度上升的同时，下腔体10内的浮球11也随积水漂浮上升；当上升到指定高度10cm，红外线传感器15由于浮球11遮挡第一次发生反应通过柔性自垂直信号线16传递信号给微电脑控制器，微电脑控制器发送脉冲信号至驱动器21，驱动器21控制电机5正转，电机5使绕线筒6向外转动，缆绳7延长，与缆绳7连接的升降垫板9沿着滑行轨道12开始第一次下降，计时器18开始记录下降时间；在下降过程中升降垫板9上的无接触传感器实时检测与浮球11之间的距离并发送信号至微电脑控制器，当距离小球顶部1mm时，微电脑控制器发送脉冲信号至驱动器21，驱动器21控制电机5反转，使绕线筒6向内转动，缆绳7缩短，与缆绳7连接的升降垫板9开始上升；升降垫板9回升到中部隔离层8处，上腔体4内的微电脑控制器自动根据计时器18统计的下降时间计算下降高度，从而得到积水深度；升降垫板9上升到中部隔离层8处时，由于缆绳7的拉力圆形升降垫板9触碰到中部隔离层8下表面的下降按钮22，根据下降按钮22发出的信号，微电脑控制器再次发送脉冲信号至驱动器21，驱动器21控制电机5正转，使得缆绳7延长，重复第一次下降后的步骤；灯光报警器20依据微电脑控制器输出端得到的数据判断，闪烁设定好的灯光颜色；语音播报器19播报积水情况，警示来往路人和车辆的通行；当暴雨停止，下腔体10内的积水回落，浮球11距底部隔离层14有10cm时，红外线传感器15第二次发生反应通过柔性自垂直信号线16传递信号给微电脑控制器，通过驱动器21控制电机5停止转动，即升降垫板9停止上下移动；至此，完成一段积水测量过程。
49.本实用新型的保护范围包括但不限于以上实施方式，本实用新型的保护范围以权利要求书为准，任何对本技术做出的本领域的技术人员容易想到的替换、变形、改进均落入本实用新型的保护范围。