一种城市暴雨洪水路面行车安全预警装置及方法与流程

本发明涉及城市路面交通安全预警领域，尤其是一种城市暴雨洪水路面行车安全预警装置及方法。

背景技术：

目前，随着全球气候条件的变化和城市化进程的不断加快，由暴雨引起的城市洪水频繁发生，城市内涝严重。内涝导致路面的汽车在洪水作用下容易失稳，并有可能对周边行人和基础设施等造成损害。因此，有必要城市暴雨洪水时路面上路面的汽车的稳定性提前进行判断，以便采取相应措施，以防止汽车失稳事故的发生，降低安全隐患、保障人民生命财产安全，为城市防洪减灾、交通安全提供参考依据。

现有的城市洪水监测预警装置仅限于内涝水深测量，通过测量路面水深来进行安全预警；或是在下水道口测量水流流速水深，用于排涝监测，并没有涉及到路面行车稳定性的安全预警方面。城市暴雨洪水导致路面积水严重、水流流速较大，而对车辆安全稳定性来说，水深流速是两个密不可分的主导的因素。因此需要对水深流速同时进行实时监测，并根据对水深流速的实时监测数据，与该状况下车辆失稳临界条件对比分析，判断行驶车辆是否会失稳来进行预警提示。

技术实现要素：

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种城市暴雨洪水路面行车安全预警装置及方法。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种城市暴雨洪水路面行车安全预警装置，包括主撑杆、LED显示屏以及与主撑杆相接的装配盒，所述装配盒内设置无线通信模块、单片机和转换器，所述主撑杆侧面设置电子水尺和流速传感器，所述主撑杆外壁设置用于控制流速传感器开闭电子式水位开关，所述电子水尺和流速传感器均与转换器连接，所述转换器、单片机和LED显示屏依次连接；

流速传感器和电子水尺分别测量流速信号、水深信号，并将流速信号和水深信号传输至转换器，转换器接收流速信号、水深信号并将其转换为流速数字信号和水深数字信号，单片机接收流速数字信号和水深数字信号并对流速数字信号和水深数字信号进行数据处理和分析，单片机通过LED显示屏发布数据处理和分析结果，发布预警信息，单片机通过无线通信模块将流速数字信号和水深数字信号传输至远程终端，实现信号的远端输出。

优选的，所述装配盒内还设置无线通信模块。

优选的，所述主撑杆上还设置太阳能电池板，用于为单片机供电。

基于上述城市暴雨洪水路面行车安全预警的预警方法，包括以下步骤：

电子水尺、转换器、单片机与LED显示屏依次连接，构成水流深度信号的输出路径；

所述流速传感器、转换器、单片机与LED显示屏依次连接，构成水流流速信号的输出路径；

步骤一，将主撑杆布置于马路边上，特别是易积水的路段，当外部水流达到淹没深度临界值，即淹没深度达到主撑杆最低处的电子式水位开关时，电气式水位开关启动，电子式水位开关控制流速传感器进行水流流速的测量，同时电子水尺同步测量；

步骤二，流速传感器和电子水尺分别测量流速信号、水深信号，并将流速信号和水深信号传输至转换器，转换器接收流速信号、水深信号并将其转换为流速数字信号和水深数字信号；

步骤三，单片机接收流速数字信号和水深数字信号，将流速数字信号和水深数字信号进行数据处理，获取流速模拟信号和水深模拟信号，并将流速模拟信号和水深模拟信号与存储于单片机内部的临界数值进行比较分析，若所测得数据超出相对应的车辆安全临界条件范围，则通过LED显示屏发布预警信息；同时，单片机会将流速数字信号和水深数字信号通过无线通信模块传输至远程终端，实现信号的远端输出。相关市政部门通过远程终端获取路面水流和流速数据信息，实现对城市路面水情的实时监测和了解。

本发明的有益效果是：

1.本发明可以实现城市暴雨洪水路面流速水深的不间断测量，而且相比人工测量操作效率高、安全可靠；

2.本发明通过采用LED显示屏可进行水深数据和流速数据的实时显示，以供过往行驶车辆参考，减小车主在对水深估测过小的情况下行驶导致车辆熄火事件发生；

3.本发明通过单片机对水流流速数据和水深数据进行分析，进而对路面行驶车辆是否安全稳定进行判断和预警提示，降低车辆失稳事故的发生，对于减小城市发生暴雨洪水时交通安全隐患意义重大。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是装配盒示意图；

图3是判断路面行驶车辆失稳临界曲线图；

其中1.电子水尺，2.流速传感器，3.电子式水位开关，4.底座，5.天线，6.装配盒，7.环形卡箍，8.太阳能电池板，9.LED显示屏，10.主撑杆，61.无线通信模块，62.单片机，63.转换器，64.电源。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

如图1所示，一种城市暴雨洪水路面行车安全预警装置，包括主撑杆10、LED显示屏9以及与主撑杆相接的装配盒6，所述主撑杆10侧面设置电子水尺1和流速传感器2，所述主撑杆10外壁设置用于控制流速传感器2开闭的电子式水位开关3，所述电子水尺1和流速传感器2均与转换器63连接，所述转换器63、单片机62和LED显示屏9依次连接。

所述流速传感器2和电子式水位开关3数量均为两个。由于路面水位较高时，同一地点水流流速沿高程分布变化较大，因此，将流速传感器2和电子式水位开关3设置为两个。当水深较深时，两个电子式水位开关开启，两个流速传感器2同时对流速进行测量，获取两个流速数据，单片机获取两个流速数据并取平均值，上述结构提高了流速测量的精度；所述电子水尺1的开关由距离地面最近的电子式水位开关控制；所述装配盒6内还设置无线通信模块61，装配盒6外部设置天线5，用于传输远程数据；所述太阳能电池板8，用于为电子水尺1、流速传感器2、电子式水位开关3、无线通信模块61、单片机62、转换器63和LED显示屏9的供电，当太阳能电池板8的电量不足时，采用电源64供电。

基于上述城市暴雨洪水路面行车安全预警装置的预警方法，包括以下步骤：

电子水尺1、转换器63、单片机62与LED显示屏9依次连接，构成水流深度信号的输出路径；

所述流速传感器2、转换器63、单片机62与LED显示屏9依次连接，构成水流流速信号的输出路径；

步骤一，将主撑杆通过在底座上安装螺丝钉，固定布置于马路边上，当外部水流达到淹没深度临界值，即淹没深度达到主撑杆最低处的电子式水位开关3时，电气式水位开关3启动，电子式水位开关3控制流速传感器2进行水流流速的测量，同时，电子水尺1同步测量；

步骤二，流速传感器2和电子水尺1分别测量流速信号、水深信号，并将流速信号和水深信号传输至转换器63，转换器63接收流速信号、水深信号并将其转换为流速数字信号和水深数字信号；

步骤三，单片机62接收流速数字信号和水深数字信号，将流速数字信号和水深数字信号进行数据处理，获取流速模拟信号和水深模拟信号，并将流速模拟信号和水深模拟信号与存储于单片机62内部的临界数值进行比较，若所测得数据超出相对应的车辆安全临界条件范围，则通过LED显示屏发布预警信息。同时，单片机将流速数字信号和水深数字信号通过无线通信模块61和天线5传输至远程终端，实现信号的远端输出。相关市政部门通过远程终端获取路面水流和流速信息，实现对城市路面水情的实时监测和了解。

对于车辆稳定性来说，流速和水深是两个起主要作用的因素，在车辆失稳定情况因素中，流速和水深起主导作用。因此，本发明具体方法如下所诉。

实施例1：本发明选择三种典型车型对城市暴雨洪水路面行车安全预警方法进行说明，所述典型车型为Polo(两厢)、Jetta(三厢)、Audi Q5(SUV)。图3中角度表示车辆来流方向，来流方向为车主驾驶的车辆行驶方向与路面水流流动方向的夹角，分别为Polo 0度、Polo 90度、Jetta 0度、Jetta90度、Audi Q5 0度、Audi Q5 90度。其中，来流方向由车主根据自身实际行驶情况观察判别为0度或90度。

如图3所示，该曲线为临界曲线图，该曲线上方为超出临界条件，曲线下方为未达到临界条件，当达到临界条件，单片机进行预警并通过LED显示屏进行实时显示，当未达到临界条件，不进行预警。

例如：Polo-0度曲线图中，水深为[0.14，0.32]m区间内，对应的流速值为范围为[0.5，5.2]m/s，当车主行驶方向与水流方向夹角为0度、水深为0.14m时，流速信号值0.5m/s为水深为0.14m对应的临界值，若流速信号值大于等于0.5m/s，则表明对于型号为Polo的车辆而言，流速和水深达到临界曲线，单片机62通过LED显示屏发布预警信息，提示型号为Polo的车主禁止驶入路面，以免发生危险事故。

需要说明的是，本发明的实施例选择三种车型对本发明的方法进行说明，由于实施例中选择的三款车型在汽车型号和失稳条件方面具有代表性，与上述三种车型类似的车主可参考对应车型的预警信息，以对自身汽车失稳情况进行判断并及时做出相应处理。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。