一种具有分级预警功能的城市内涝监测系统

本发明涉及内涝监测，具体是涉及一种具有分级预警功能的城市内涝监测系统。

背景技术：

1、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，造成内涝的客观原因是降雨强度大，范围集中，降雨特别急的地方可能形成积水，降雨强度比较大、时间比较长也有可能形成积水。研究者对城市内涝灾害形成机理研究认为，城市的水循环系统是由自然水循环系统和高强度的社会水循环系统组成的，城市内涝是城市水循环极端现象的表现，是自然因素和社会因素共同作用的结果。

2、现有的城市内涝监测系统通常通过一段时间的水位的上升情况或降雨量来进行内涝监测，但单一的水位或者降水数据可能会因为部分地方的地势等因素而受影响，导致监测结构不够准确；且降雨变化不规律，时大时小导致单级预警的效果也会受到影响。

3、因此，本发明设计了一种具有分级预警功能的城市内涝监测系统来优化上述问题。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提供了一种具有分级预警功能的城市内涝监测系统。

2、本发明的技术方案是：一种具有分级预警功能的城市内涝监测系统，包括壳体，壳体底部设有排水孔；所述壳体内被第一隔板、第二隔板从左到右依次分隔为初级监测腔、中级监测腔以及高级监测腔，所述初级监测腔、中级监测腔以及高级监测腔内均被一个第三隔板从上到下分隔为收集腔以及水位腔；所述水位腔内设有与其内壁滑动密封连接的滑板，且水位腔内壁上设有用于记录水位高度的水位感应系统，所述滑板顶部通过第二弹簧杆与第三隔板固定连接，所述初级监测腔、中级监测腔以及高级监测腔之间通过第一隔板、第二隔板上的通水孔连通；

3、位于初级监测腔、中级监测腔以及高级监测腔内的所述收集腔内均设有降雨收集组件，所述降雨收集组件包括与收集腔顶部密封滑动连接的收集瓶、设置在收集腔内壁上的第一滑槽以及与收集瓶底部转动套接的环板；所述收集瓶上套设有卡接套，所述卡接套通过第一滑块与所述第一滑槽滑动连接，所述第一滑块通过弹性件与第一滑槽底部固定连接，且第一滑槽内设有用于记录收集瓶装满所用时长的计时系统；

4、位于初级监测腔以及中级监测腔内的第三隔板上均设有通过中心轴与第三隔板转动连接的第一主动齿轮，环板设置在所述第一主动齿轮的端面上，且滑板与第一主动齿轮的中心轴螺纹套接；高级监测腔内的环板固定设置在第三隔板上；位于滑板下方的初级监测腔侧壁上设有进水管；所述通水孔与进水管位于同一高度；

5、初级监测腔以及中级监测腔的收集瓶上均套设有用于转动开闭收集瓶的开闭结构，所述第一隔板、第二隔板内侧壁的凹槽内均设有从动齿轮，所述从动齿轮中心轴一端依次贯穿第一隔板或第二隔板并伸出壳体顶部，从动齿轮中心轴一端设有第一齿轮；

6、所述第一隔板内的从动齿轮与初级监测腔内的第一主动齿轮啮合传动，且从动齿轮中心轴另一端与第一隔板内部转动连接，位于第一隔板上方的第一齿轮驱动中级监测腔的开闭结构进行开启或闭合；第二隔板内的从动齿轮与中级监测腔内的第一主动齿轮啮合传动，且从动齿轮中心轴另一端与第二隔板内部转动连接，位于第二隔板上方的的第一齿轮驱动高级监测腔的开闭结构进行开启或闭合；

7、所述计时系统以及水位感应系统均通过物联网与分级报警系统电性连接。

8、进一步地，所述弹性件为第一弹簧杆。

9、说明：弹簧杆在具有一定弹性的同时，还具有一定的支撑力，可以对收集瓶提供良好的支撑。

10、进一步地，所述弹性件为第一水囊，第一隔板、第二隔板内分别设有的第二滑块、用于所述第二滑块滑动的第二滑槽以及与第二滑块固定连接的第二水囊，且第一隔板、第二隔板内分别设有用于对中级监测腔内、高级监测腔内的第二滑块限位的卡块，两个所述卡块分别与第一隔板内部、第二隔板内部转动连接，所述第二水囊通过导液管与对应的第一水囊连通，且第二水囊底部设有渗水孔。

11、说明：通过设置第一水囊和第二水囊，使得在降雨速率较大时，收集瓶的下移速度快从而短时间内施加给第一水囊的压力较大，从而将第一水囊内的水转移至第二水囊使第二水囊膨胀，进而使第二水囊拨动卡块使其脱离卡接块，从而使收集瓶上移至壳体外部做接收准备。

12、进一步地，所述从动齿轮中心轴上固定套设有用于辅助第二水囊驱动卡块的驱动块，所述驱动块底部端面具有斜度。

13、说明：当上一级监测腔接收降雨时，降雨速率较慢第一水囊的压力较小，没能驱动卡块脱离卡接块而水位又升高了的同时，通过水位上升引起的从动齿轮的转动，同时从动齿轮带动驱动块同步转动，驱动块因斜度而产生由高到低的角度转化，从而使驱动块逐渐推动卡块，进而同样将卡接块脱离卡块，使下一级监测腔上移接收降雨。

14、进一步地，位于初级监测腔、中级监测腔以及高级监测腔的第二弹簧杆依次采用从小到大的最大压缩量。

15、说明：通过将第二弹簧杆设置不同的最大压缩量，进而在水位超过当级预警时，减少滑板持续上升对第一主动齿轮的传动，防止从动齿轮过度转动损坏开闭结构。

16、进一步地，所述开闭结构包括多个彼此拼接闭合的拼接板、铰接杆以及转动套设在收集瓶上的第二齿轮；所述拼接板的一角与收集瓶侧壁转动连接；所述铰接杆一端与拼接板的另一角固定连接，铰接杆另一端与第二齿轮内壁转动连接。

17、说明：通过设置所述开闭结构，使拼接板能够在第二齿轮的转动下开闭收集瓶，且结构简单。

18、进一步地，位于初级监测腔的收集瓶上设有与中级监测腔的收集瓶相同的开闭结构，所述进水管内设有与进水管转动密封连接的叶轮，所述叶轮中心轴一端贯穿进水管并设有驱动初级监测腔的开闭结构转动的第三齿轮。

19、说明：通过在初级监测腔的收集瓶上也设置开闭结构，从而防止平时灰尘、杂物进入收集瓶内影响对降雨的监测，进一步提高了对城市内涝监测的准确性。

20、进一步地，所述收集瓶与卡接套为螺纹套接。

21、说明：通过使收集瓶与卡接套可拆卸，从而能够在监测过后取下收集瓶对收集瓶进行清理，且通过螺纹套接的可拆卸方式结构简单，易于操作。

22、进一步地，所述高级监测腔内的环板与第三隔板之间设有与所述第一主动齿轮设置方式相同的第二主动齿轮；且高级监测腔内设有第一排水组件，所述第一排水组件包括排水管、第五齿轮、第四齿轮以及用于开闭排水管的开关齿轮；

23、所述排水管一端贯穿壳体顶部并与位于高级监测腔顶部的收集瓶的侧壁上端连通，排水管另一端贯穿第三隔板与高级监测腔内的水位腔连通，所述第五齿轮转动套设在排水管上并与第三隔板转动连接，所述排水管由与收集瓶连通的第一硬质部分、依次贯穿第五齿轮与滑板的第二硬质部分以及两端分别与第一硬质部分、第二硬质部分连通的伸缩部分组成；

24、所述开关齿轮设置第一硬质部分，且开关齿轮与第二齿轮啮合传动；所述第四齿轮设置在伸缩部分，且第四齿轮的内环面与排水管之间留有空隙，第四齿轮与开关齿轮啮合传动，且第四齿轮通过与第四齿轮固定连接的第一伸缩杆与壳体顶部设置的环形卡槽转动卡接；

25、所述第四齿轮与排水管之间设有转动套设在排水管上的第二伸缩杆，所述第二伸缩杆一端端面上设有棘爪，所述棘爪与第四齿轮内环面上设置的棘轮齿啮合传动；第二伸缩杆另一端贯穿壳体顶部与第五齿轮固定连接；

26、所述初级监测腔、中级监测腔内分别设有第二排水组件、第三排水组件，第一排水组件、第二排水组件以及第三排水组件的结构相同，且第二排水组件的第三齿轮、第三排水组件的第五齿轮、第一排水组件的第五齿轮分别与初级监测腔内的第一主动齿轮、中级监测腔的第一主动齿轮、第二主动齿轮啮合传动。

27、说明：通过设置排水组件，在降雨结束后可用排水组件自动将收集瓶中的雨水排出，并在排出过程中同步将收集瓶关闭，从而自动使监测装置恢复初始状态，便于下一次的监测进行。

28、利用上述任意一种具有分级预警功能的城市内涝监测系统进行监测的方法，包括以下步骤：

29、s1、初级预警：

30、降雨时，初级监测腔的收集瓶瓶口敞开接收降雨，在雨水的重力作用下沿环板向第一主动齿轮下滑，在下滑过程中，卡接套在第一第一滑槽内同步下滑并挤压弹性件使其收缩，当收集瓶接满雨水时，收集瓶停止下滑，下滑过程中计时系统对下滑所用时长进行记录，从而根据收集瓶的容量以及所述时长确认降雨速率；

31、同时，降雨形成的积水从水位腔的进水管进入，部分积水从排水孔排出，当进水速率＜排水速率时，水位保持低于初级监测腔内的滑板且保持时间超过5min，水位感应系统监测水位高度数据，再结合计时系统的计算，从而向分级预警系统发送预警阶段为初级预警的信号；

32、s2、中级预警：

33、在初级监测腔内，水位腔内的进水速率＞排水速率时，水位持续上涨从而将滑板上推，滑板上移使第一主动齿轮转动，从而带动第一隔板内的从动齿轮转动，进而使中级监测腔的收集瓶被打开，开启中级阶段的监测；

34、且滑板因第二弹簧杆的变形量限制，当到达最高点时，滑板停止上移，水位感应系统监测水位高度数据，从而向分级预警系统发送预警阶段为中级预警的信号；

35、s3、高级预警：

36、在中级监测腔内，水位持续上涨从而将中级监测腔内的滑板上推，滑板上移使中级监测腔内的第一主动齿轮转动，从而带动第二隔板内的从动齿轮转动，进而使中级监测腔的收集瓶被打开，开启高级阶段的监测；

37、且滑板因第二弹簧杆的变形量限制，当到达最高点时，滑板停止上移，水位感应系统监测水位高度数据，从而向分级预警系统发送预警阶段为高级预警的信号。

38、本发明的有益效果是：

39、(1)本发明城市内涝监测系统通过将降雨速率的监测和水位的监测对城市内涝进行同时监测，从两个角度获得两种监测数据，从而对两种监测数据进行整合，综合判定城市内涝情况，使对城市内涝程度的判断更为准确，提高了监测的精准度，从而可以有效进行预警及防涝措施。

40、(2)本发明城市内涝监测系统通过初级监测腔的降雨和水位判断是否超过初级预警数据，当超过初级预警数据后自发启动中级预警，超过中级预警数据后再自发启动高级预警，从而实现对城市内涝监测的多级预警。

41、(3)本发明城市内涝监测系统通过将中级预警系统和高级预警系统的收集瓶先关闭，通过上一级预警系统而打开接收降雨，实现在预警级别未变化之前，多个预警级别之间互不干扰，从而减少上一级数据对下一级数据的影响，实现了分阶段监测，从而增强了多级预警的精准度。