一种用于城市道路积水风险管控的智能物联系统

1.本发明涉及道路工程与防灾减灾工程技术领域，特别涉及一种用于城市道路积水风险管控的智能物联系统。


背景技术：

2.城市道路是保障公路交通系统稳定运行的关键基础设施，对城市的有序运行与快速发展起着重要推动作用。近年来，极端暴雨灾害频发，城市道路基础设施面临暴雨侵袭而导致交通中断，严重影响了城市的正常运行以及应急救援行动的顺利开展。因此，在暴雨来临前迅速定位较高的风险区域，合理调派应急队伍物资进行风险管控，对于减少灾害损失、保障城市道路安全运行至关重要。
3.目前，已有对城市道路低洼点进行积水淹没的预警系统与方法，然而，仅针对某一处进行监测预警，无法与道路线性、网状等特征相匹配，在暴雨天气下，将出现多点分散的道路积水点，仅针对某一处的监测预警无法宏观把握全局风险。此外，由于对风险认识不足，专业处置能力不足，应急处置人员可能出现人因失误，仍存在风险点遗漏与管控措施不到位的问题，虽然已经发现隐患且预警预报，但由于风险源没有得到有效控制，仍无法有效保障暴雨洪涝灾害下城市道路的安全运行。


技术实现要素：

4.针对上述问题，本发明的目的在于提供一种用于城市道路积水风险管控的智能物联系统，针对暴雨洪涝灾害下城市路网积水路段分散多点的风险特征，通过分布式多点监测、路网积水点风险评估、以及风险信息共享与管控措施引导，消除风险信息收集不全面、风险信息共享不及时、风险管控落实不到位的问题，实现暴雨洪涝灾害下的城市路网积水点的监测预警与风险评估，并根据评估结果引导应急管控措施的落实，保障城市道路基础设施极端气候灾害下的服役安全。
5.为解决上述技术问题，本发明的实施例提供如下方案：
6.一种用于城市道路积水风险管控的智能物联系统，包括监测节点、风险评估与管理平台、风险管控终端设备；
7.所述监测节点包括固定监测节点和移动监测节点；所述固定监测节点用于获取节点所在区域的点位信息，包括积水液面高程信息、温湿度信息、空间定位信息；所述移动监测节点用于获取路段的路网信息，包括线形信息、高程信息、坡度信息；
8.所述风险评估与管理平台包括服务器、可视化界面、外部接口，所述服务器内置积水风险评估模块；所述积水风险评估模块用于结合所述监测节点的监测数据和所述外部接口获取的外接平台数据进行路网积水点风险评估，并通过所述可视化界面进行风险信息展示；
9.所述风险评估与管理平台还用于将评估出的风险信息、任务分工和管控措施发送给所述风险管控终端设备，实现对应急处置人员的信息共享，并根据处置结果动态实时更
新风险信息；
10.所述风险管控终端设备由应急处置人员携带或佩戴，用于向应急处置人员提供所辖区域内路网积水点风险信息、任务分工和管控措施；并且，应急处置人员的行动轨迹、人员分布、所需支持以及处置结果均通过所述风险管控终端设备反馈至所述风险评估与管理平台。
11.优选地，所述外接平台数据包括气象信息、模拟信息、应急处置人员与应急物资信息。
12.优选地，所述风险管控终端设备包括应急处置人员携带的手机、平板以及可穿戴智能设备，包括智能手表和智能眼镜。
13.优选地，所述固定监测节点包括gps模块、超声波传感器、摄像头、温湿度传感器，所述gps模块用于获取节点空间定位信息，所述超声波传感器用于获取积水液面高程及其时间变化速率，所述温湿度传感器用于获取节点所在区域的温湿度信息，所述摄像头用于获取节点所在区域的图像信息。
14.优选地，所述移动监测节点包括无人机或测绘车辆，用于获取路段的路网信息，包括线形信息、高程信息、坡度信息，并通过定期巡检更新路网信息。
15.优选地，所述监测节点采集到的数据信息通过5g、wifi或者光纤通信方式上传到所述风险评估与管理平台。
16.优选地，所述智能物联系统的路网积水点风险评估与应急管控流程包括：
17.选择路网中低洼路段，在桥梁底板、路侧灯杆或者电杆上安装固定监测节点；
18.根据气象部门发布的降雨量信息启动固定监测节点，并根据降雨量大小调整固定监测节点的采样频率；
19.对固定监测节点的监测数据进行分析，根据积水液面高程以及积水液面高程随时间变化率，评估节点所在低洼路段的积水风险等级；
20.结合固定监测节点评估的积水风险等级、路网中关键节点的摄像头图像数据、以及移动监测节点获取的路网信息，包括线形信息、高程信息、坡度信息，对路网中其他低洼路段的积水风险进行预判与等级划分；
21.对路网中各个低洼路段的积水风险等级进行排序，结合应急处置人员与应急物资信息，进行应急资源调度优化与任务分工，并实现风险信息共享。
22.本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：
23.(1)本发明根据固定监测节点的实时监测数据，判断节点所在区域的积水风险等级，结合定期巡检的道路高程数据、城市道路地图数据、摄像头图像数据、以及气象数据等，预测未安装固定监测节点的路段积水情况，能够实现不同子路段的积水风险评估与等级划分，并根据路网节点重要程度与积水严重程度进行整个区域路网的积水点风险可视化展示。
24.(2)应急指挥中心可根据风险评估与管理平台的可视化风险信息做出决策，明确关键风险点、队伍与物资投入等，通过平台共享现有的应急物资储备量与调度路径、可调派的人员数量与信息、正在与计划开展的风险点应急处置措施与资源配置等，并接收现场人员的信息反馈，及时跟踪与修正风险点信息。通过对不同的风险等级积水点的应急资源调度优化，实现应对路网积水多点风险并发情形下的高效抢修排险。
25.(3)一线应急处置人员可通过风险管控终端设备app获取风险点的风险等级、发展趋势，明确应急处置路径与任务分工，了解应急物资位置、数量以及所需时间。一线应急处置人员可以通过语音、视频、图像等方式调取路障、警示标语、沙袋在风险点的需求量、摆放的位置、以及落实的时间，通过风险信息的交互共享，实现一线应急处置人员防控措施的引导落实，避免人因失误导致防控措施落实不到位，保障城市道路基础设施在暴雨洪涝灾害下的运行安全。
附图说明
26.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
27.图1是本发明实施例提供的用于城市道路积水风险管控的智能物联系统的结构示意图；
28.图2是本发明实施例提供的路网部署及其应用示意图；
29.图3是本发明实施例提供的路线部署及其应用示意图；
30.图4是本发明实施例提供的路网积水点风险评估与应急管控流程图。
31.如图所示，为了能明确实现本发明的实施例的结构，在图中标注了特定的结构和器件，但这仅为示意需要，并非意图将本发明限定在该特定结构、器件和环境中，根据具体需要，本领域的普通技术人员可以将这些器件和环境进行调整或者修改，所进行的调整或者修改仍然包括在本发明的保护范围中。
具体实施方式
32.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
33.本发明的实施例提供了一种用于城市道路积水风险管控的智能物联系统，如图1所示，所述智能物联系统包括包括监测节点、风险评估与管理平台、风险管控终端设备。
34.所述监测节点包括固定监测节点和移动监测节点；所述固定监测节点用于获取节点所在区域的点位信息，包括积水液面高程信息、温湿度信息、空间定位信息等；所述移动监测节点用于获取路段的路网信息，包括线形信息、高程信息、坡度信息等。
35.所述风险评估与管理平台包括服务器、可视化界面、外部接口，所述服务器内置积水风险评估模块；所述积水风险评估模块用于结合所述监测节点的监测数据和所述外部接口获取的外接平台数据进行路网积水点风险评估，并通过所述可视化界面进行风险信息展示。
36.其中，所述外接平台数据包括气象信息、模拟信息、应急处置人员与应急物资信息等。
37.所述风险评估与管理平台还用于将评估出的风险信息、任务分工和管控措施发送
给所述风险管控终端设备，实现对应急处置人员的信息共享，并根据处置结果动态实时更新风险信息。
38.具体地，所述风险评估与管理平台对监测数据、外接平台数据、评估结果等进行汇总、存储与处理，实现整个路网区域的积水点风险可视化，并将风险评估结果共享给所述风险管控终端设备。
39.所述风险管控终端设备由应急处置人员携带或佩戴，可以是手机、平板以及可穿戴智能设备，包括智能手表和智能眼镜等，用于向应急处置人员提供所辖区域内路网积水点风险信息、任务分工和管控措施。应急队伍中的相关方可以获悉风险信息全貌，各施其职、有效协作，通过风险管控终端设备的引导与辅助决策，采取正确的风险应对措施。并且，应急处置人员的行动轨迹、人员分布、所需支持以及处置结果等信息均通过所述风险管控终端设备反馈至所述风险评估与管理平台。
40.如图1所示的智能物联系统中，监测节点包括固定监测节点与移动监测节点，将监测的数据信息发送至风险评估与管理平台中，风险评估与管理平台结合监测数据以及外接平台数据(如气象信息、模拟信息以及应急处置人员与应急物资信息)进行路网积水点风险评估，并将评估结果发送给应急处置人员的风险管控终端设备中，实现路网积水点风险信息的共享与管控措施的引导。同时，应急处置人员根据佩戴的风险管控终端设备开展应急处置行动，其行动轨迹、人员分布、所需支持以及处置效果等信息均会反馈至风险评估与管理平台，实现应急行动的信息共享与联动。
41.图2是本发明实施例提供的路网部署及其应用示意图，通过固定监测节点与移动监测节点对区域路网的关键点位进行监测。其中，所述固定监测节点包括gps模块、超声波传感器、摄像头、温湿度传感器，所述gps模块用于获取节点空间定位信息，所述超声波传感器用于获取积水液面高程及其时间变化速率，所述温湿度传感器用于获取节点所在区域的温湿度信息，所述摄像头用于获取节点所在区域的图像信息。所述移动监测节点包括无人机或测绘车辆，用于获取路段的路网信息，包括线形信息、高程信息、坡度信息等，并通过定期巡检更新路网信息。所述监测节点采集到的数据信息通过5g、wifi或者光纤通信方式上传到所述风险评估与管理平台。
42.风险评估与管理平台外接模拟、气象、应急资源等信息数据，通过融合关键点监测数据与外部接口数据，实现全路网的积水风险评估。此外，风险评估与管理平台将风险评估结果通过手机、平板、眼镜、手表等终端设备反馈给应急处置人员，从而实现风险信息的动态跟踪与应急资源的调度优化。
43.图3是本发明实施例提供的路线部署及其应用示意图。选择路线低洼地段，在桥梁底板、路侧灯杆或者电杆上安装固定监测节点，通过gps模块定位高程信息，根据超声波测距获得积水液面的高程及其时间变化速率。此外，根据无人机或车辆移动测绘，获得道路线型和高程信息等。将获取的数据上传到风险评估与管理平台，通过风险评估和信息共享，将信息传递至专业人员配备的风险管控终端设备中，指导其在风险点开展应急处置，如对于路障、沙袋、警示标语等进行合理部署。
44.进一步地，如图4所示，所述智能物联系统的路网积水点风险评估与应急管控流程包括：
45.选择路网中低洼路段，在桥梁底板、路侧灯杆或者电杆上安装固定监测节点；
46.根据气象部门发布的降雨量信息启动固定监测节点，并根据降雨量大小调整固定监测节点的采样频率；
47.对固定监测节点的监测数据进行分析，根据积水液面高程以及积水液面高程随时间变化率，评估节点所在低洼路段的积水风险等级；
48.结合固定监测节点评估的积水风险等级、路网中关键节点的摄像头图像数据、以及移动监测节点获取的路网信息，包括线形信息、高程信息(dem数据)、坡度信息等，对路网中其他低洼路段(比如未安装固定监测节点的低洼路段)的积水风险进行预判与等级划分；
49.对路网中各个低洼路段的积水风险等级进行排序，结合应急处置人员与应急物资信息，进行应急资源调度优化与任务分工，并实现风险信息共享。
50.本发明针对暴雨洪涝灾害下城市道路积水路段分散多点的风险特征，提出一种用于城市道路积水风险管控的智能物联系统，监测重点区域内城市路网低洼路段的积水情况，结合路网节点重要程度与积水严重程度评估各点积水风险等级，通过风险信息传递的扁平化机制，确保一线管控人员能够及时正确消除积水点风险，从而保障城市道路基础设施在暴雨洪涝灾害下的运行安全。
51.与现有技术相比，本发明的应用具有以下优势：
52.(1)路网积水点风险可视化
53.根据路网节点重要程度与积水严重程度，满足数据源的精度和可视化需求，将道路以预定的长度进行分段。根据已有的固定监测节点的实时监测数据，判断固定监测点的风险等级，结合定期巡检的道路高程数据、城市道路地图数据，摄像头图像数据、以及气象降雨数据，预测未安装监测节点的路段积水深度，实现不同子路段的积水风险等级划分。可根据积水深度分为不影响机动车行驶、机动车行驶缓慢、大部分车辆无法通行、交通中断四个风险等级，实现整个区域路网的积水点风险可视化。
54.(2)整体应急资源调度优化
55.应急指挥中心可根据风险评估和管理平台的可视化风险信息做出决策，明确关键风险点、队伍与物资投入等，通过平台共享现有的应急物资储备量与调度路径、可调派的人员数量与信息、正在与计划开展的风险点应急处置措施与资源配置等，并接收现场人员的信息反馈，及时跟踪与修正风险点信息。通过对不同的风险等级积水点的应急资源调度优化，实现应对路网积水多点风险并发情形下的高效抢修排险。
56.(3)一线人员防控措施引导
57.一线应急处置人员可通过风险管控终端设备app获取风险点的风险等级、发展趋势，明确应急处置路径与任务信息，了解应急物资位置、数量以及所需时间。一线人员可以通过语音、视频、图像等方式调取路障、警示标语、沙袋在风险点的需求量、摆放的位置、以及落实的时间。通过风险信息的交互共享，实现一线人员防控措施的引导落实，避免人因失误导致防控措施落实不到位，保障城市道路基础设施在暴雨洪涝灾害下的运行安全。
58.需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。
59.在说明书中提到“一个实施例”、“实施例”、“示例性实施例”、“一些实施例”等指示所述的实施例可以包括特定特征、结构或特性，但未必每个实施例都包括该特定特征、结构或特性。另外，在结合实施例描述特定特征、结构或特性时，结合其它实施例(无论是否明确描述)实现这种特征、结构或特性应在相关领域技术人员的知识范围内。
60.通常，可以至少部分从上下文中的使用来理解术语。例如，至少部分取决于上下文，本文中使用的术语“一个或多个”可以用于描述单数意义的任何特征、结构或特性，或者可以用于描述复数意义的特征、结构或特性的组合。另外，术语“基于”可以被理解为不一定旨在传达一组排他性的因素，而是可以替代地，至少部分地取决于上下文，允许存在不一定明确描述的其他因素。
61.本发明涵盖任何在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。为了使公众对本发明有彻底的了解，在以下本发明优选实施例中详细说明了具体的细节，而对本领域技术人员来说没有这些细节的描述也可以完全理解本发明。另外，为了避免对本发明的实质造成不必要的混淆，并没有详细说明众所周知的方法、过程、流程、元件和电路等。
62.本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于计算机可读取存储介质中，如：rom/ram、磁碟、光盘等。
63.以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。