一种城市道路积水分级监测预警系统

1.本发明涉及城市道路积水监测预警技术领域，具体涉及一种城市道路积水分级监测预警系统。


背景技术：

2.随着我国城市道路的进一步发展，交通安全问题成为热点话题。每到暴雨季节，许多城市都面临积水的困境。排水管网排水能力已不能满足城市发展的需求，积水问题成为城市发展的障碍，对城市交通、出行者安全和社会经济造成了很大危害。
3.为了解决上述问题，人们通过测量积水区的深度对车辆出行提供预警，然而，现有测量积水深度的装置及预警方法还存在如下缺陷：
4.(1)测量积水深度的装置多为固定装置，在使用时，虽然能够测量坑洼处的水深，但同时也障碍了交通；
5.(2)由于道路表面坑洼分布的随机性，很多坑洼处于车辆通行的区域，在下雨时，无法临时通过测量积水深度的装置对这些坑洼进行检测；
6.(3)由于道路表面地貌变形后的复杂特性，导致即使测量了个别坑洼处的水深，也无法推测出其余未经测量的坑洼水深；
7.(4)由于无法对区域内的坑洼进行全面检测，故现有的预警方式即使给予了驾驶人员一定的提示，但参考性不足，难以使驾驶人员真正规避风险，同时也难以为城市交通的规划疏导提供有力的支撑。
8.基于以上原因，有必要对现有技术进行进一步改进。


技术实现要素：

9.本发明提供了一种城市道路积水分级监测预警系统，目的是解决现有技术中(1)-(4)所述的问题，进而能够通过分级预警使驾驶人员规避风险，同时为雨天的城市交通疏导管理提供有力支撑。
10.为解决上述问题，本发明技术方案为：
11.一种城市道路积水分级监测预警系统，包括监测巡检车、水深测量装置、控制系统，所述的监测巡检车定期对城市道路进行巡检，巡检过程中通过车载的测量装置对路面的坑洼尺寸进行测量，测量的数据存储于监测巡检车内的控制器内，并通过无线传输的模式与控制系统共享，控制系统通过预设程序对测量结果进行数据分析并绘制三维坑洼图，通过数据分析得出同一路段内各个坑洼的深度、上端口的面积和容积，进而选取位于路边、容积最大且深度最深一处坑洼作为基准坑洼，通过数学模拟软件模拟下雨天的情境，并依据坑洼上端口的受水面积计算每个坑洼单位时间内的受水量，并结合每个坑洼的容积、深度及三维模型图，计算在同一降水速度下，其余坑洼的积水深度相当于基准坑洼积水深度的比例的时间变化曲线，以此比例关系的时间变化曲线作为下雨天基准坑洼的积水深度与其余坑洼的积水深度的第一相关性指标，所述的水深测量装置设置于基准坑洼内，并通过
无线传输或有线传输的方式与控制系统信号连接，所述的控制系统依据第一相关性指标及下雨天基准坑洼的实时积水深度推算其余坑洼的实时积水深度，并依据降水速率对各个坑洼内的积水深度进行预警。
12.优选的，在不具备基准坑洼的选取条件时，所述的基准坑洼通过人工开挖获得；依据坑洼上端口的受水面积计算每个坑洼单位时间内的受水量时，除了考虑降水速率及坑洼上端口的面积因素外，还考虑到坑洼上端口边缘处向坑洼内溢水的影响，依据道路表面地势的高低，通过数学模拟软件模拟下雨情境，当道路表面的一些区域必然会因地势的影响使该区域的降水流入某一坑洼时，将该区域的面积并入到对应的坑洼的受水面积内，将所并入的受水面积记为额外受水面积，计算每个坑洼的额外受水面积在单位时间内的受水量，将推算所得的其余坑洼的实时积水深度加上额外受水面积带来的受水量，通过数学模拟推算此时其余坑洼修正后的实时积水深度。
13.优选的，进行积水预警时，依据基准坑洼测量所得的实时积水深度及其余坑洼的修正后的实时积水深度进行预警。
14.优选的，进行积水预警时，依据车辆的排气管出口高度和发动机进气口高度评估各种车型的涉水能力，积水预警时，控制系统通过无线传输的模式向驾驶员的专用app软件发送预警信息，所述的预警信息针对车辆的涉水能力配置。
15.优选的，所述的监测巡检车包括车体，所述的车体顶端的两侧沿前后方向设有直线滑轨，所述的直线滑轨上分别滑动连接有滑动梁，2个所述的滑动梁的顶端沿左右方向固定设有横梁，所述的横梁底端设有超声波地形仪，所述的超声波地形仪通过第一驱动机构沿着横梁来回移动，所述的滑动梁通过第二驱动机构沿着直线滑轨前后移动，所述的超声波地形仪与控制器电连接。
16.优选的，所述的第一驱动机构包括设于横梁一端的驱动电机、沿横梁的长度方向开设于横梁内的直线滑槽、滑动连接于直线滑槽内的滑块、设于直线滑槽下端并与横梁下端面贯通的条形槽、穿过条形槽并将超声波地形仪及滑块连接起来的连接块，所述的直线滑槽内还设有丝杠，所述的丝杠与滑块螺接，丝杠的一端与直线滑槽的槽壁转动连接，另一端可转动的贯穿横梁的侧端面，并与驱动电机的输出轴固定连接，所述的控制器配置为对驱动电机进行控制。
17.优选的，所述的直线滑轨设有开口端朝上的t形滑槽，所述的滑动梁为t形梁，滑动梁的底端与t形滑槽滑动连接，所述的第二驱动机构包括沿长度方向设于滑动梁底端的内嵌式齿条、固定设于车体顶端的双轴电机、固定设于双轴电机两侧的固定板，所述的双轴电机的2个输出轴的端部分别连接有贯穿固定板并与固定板转动连接的传动轴，所述的传动轴远离双轴电机的一端固定连接有齿轮，所述的齿轮与齿条啮合连接。
18.优选的，所述的车体的后端还设有配重块。
19.优选的，所述的水深测量装置包括套筒，所述的套筒外壁的底端固定设有配重底座，套筒外壁上均匀分布有若干通孔，在套筒外表面缠绕有过滤网，在套筒内壁上沿轴向设有光栅尺，在套筒的底端沿轴向设有导柱，所述的导柱上滑动连接有浮板，所述的浮板的一端与光栅尺的读数头连接，所述的光栅尺通过有线或无线的模式与控制系统信号连接。
20.本发明一种城市道路积水分级监测预警系统具有如下有益效果：本发明无需针对每个坑洼通过水深测量装置进行积水深度测量，有效提高了实用性，通过监测巡检车对道
路表面的坑洼状态进行监测，并采集数据信息，通过计算基准坑洼与其余坑洼的相关性曲线能够及时获得其余坑洼的实时积水深度，结合对额外受水面积的计算可得出接近准确的其余坑洼的经过修正后的实时积水深度，通过测量所得的基准坑洼的实时积水深度和修正后的实时积水深度，可针对不同的车型进行有效预警，从而使驾驶人员真正规避风险，同时也为城市交通的规划疏导提供了有力的支撑。
附图说明
21.图1、本发明监测巡检车的结构示意图；
22.图2、本发明监测巡检车工作时示意图；
23.图3、本发明监测巡检车前端局部示意图；
24.图4、本发明道路表面坑洼的示意图；
25.图5、本发明水深测量装置的结构图；
26.图6、本发明水深测量装置内部的结构图；
27.图7、本发明a处的局部结构示意图；
28.1：车体，1-1：车体顶端，2：直线滑轨，3：滑动梁，4：横梁，5：配重块，6：坑洼，6-1：基准坑洼，7：超声波地形仪，8：道路表面，9：驱动电机，10：丝杠，11：直线滑槽，12：滑块，13：连接块，14：双轴电机，15：传动轴，16：齿轮，17：齿条，18：固定板；19：套筒，20：配重底座，21：导柱，22：光栅尺，23：浮板。
具体实施方式
29.以下所述，是以阶梯递进的方式对本发明的实施方式详细说明，该说明仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
30.本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”“下”“左”“右”“顶”“底”“内”“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以及特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
31.一种城市道路积水分级监测预警系统，如图1-6所示，包括监测巡检车1、水深测量装置、控制系统(图中未画出)，由于道路表面8的坑洼是随时发生变化的，故所述的监测巡检车1定期对城市道路进行巡检，巡检过程中通过车载的测量装置对路面的坑洼尺寸进行测量，测量的数据存储于监测巡检车内的控制器内，并通过无线传输的模式与控制系统共享，控制系统通过预设程序对测量结果进行数据分析并绘制三维坑洼图，通过数据分析得出同一路段内各个坑洼的深度、上端口的面积和容积，进而选取位于路边、容积最大且深度最深一处坑洼作为基准坑洼6-1，通过数学模拟软件(如常用的gms软件)模拟下雨天的情境，并依据坑洼上端口的受水面积计算每个坑洼单位时间内的受水量(依据气象信息获得单位时间单位面积的降水量，并结合坑洼上端口的面积计算而来)，并结合每个坑洼的容积、深度及三维模型图，计算在同一降水速度下，其余坑洼的积水深度相当于基准坑洼积水深度的比例的时间变化曲线，以此比例关系的时间变化曲线作为下雨天基准坑洼的积水深度与其余坑洼的积水深度的第一相关性指标，所述的水深测量装置设置于基准坑洼内，并
通过无线传输或有线传输的方式与控制系统信号连接，所述的控制系统依据第一相关性指标及下雨天基准坑洼的实时积水深度推算其余坑洼的实时积水深度，例如在下雨开始后，某时刻某坑洼与基准坑洼的第一相关性指标为0.5/1.则推算的该坑洼的实时积水深度为基准坑洼的实时积水深度的一半，并依据降水速率对各个坑洼内的积水深度进行预警，即每个坑洼都单独进行预警，可绘制道路表面的坑洼分布图，如图4所示，以图示的方式对各个坑洼针对各种车型的危险性进行预警。
32.如图1-6所示，在不具备基准坑洼6-1的选取条件时，所述的基准坑洼6-1通过人工开挖获得；依据坑洼上端口的受水面积计算每个坑洼单位时间内的受水量时，除了考虑降水速率及坑洼上端口的面积因素外，还考虑到坑洼上端口边缘处向坑洼内溢水的影响，依据道路表面地势的高低，通过数学模拟软件模拟下雨情境，当道路表面的一些区域必然会因地势的影响使该区域的降水流入某一坑洼时，将该区域的面积并入到对应的坑洼的受水面积内，将所并入的受水面积记为额外受水面积，计算每个坑洼的额外受水面积在单位时间内的受水量，将推算所得的其余坑洼的实时积水深度加上额外受水面积带来的受水量，通过数学模拟推算此时其余坑洼修正后的实时积水深度(此处忽略了地面水流速度的影响因素)。
33.如图1-6所示，进行积水预警时，依据基准坑洼测量所得的实时积水深度及其余坑洼的修正后的实时积水深度进行预警
34.如图1-6所示，进行积水预警时，依据车辆的排气管出口高度和发动机进气口高度评估各种车型的涉水能力，积水预警时，控制系统通过无线传输的模式向驾驶员的专用app软件发送预警信息，所述的预警信息针对车辆的涉水能力配置，即对某些车型，某深度的积水构不成危险，而对于另外的车型可能就很危险，此时预警信息中包括了适配车型的信息，比如预警信息可表述为：某路段有不适合某车型通行的坑洼积水。
35.如图1-6所示，所述的监测巡检车包括车体1，所述的车体1顶端的两侧沿前后方向设有直线滑轨2，所述的直线滑轨2上分别滑动连接有滑动梁3，2个所述的滑动梁3的顶端沿左右方向固定设有横梁4，所述的横梁4底端设有超声波地形仪7，所述的超声波地形仪7通过第一驱动机构沿着横梁4来回移动，所述的滑动梁3通过第二驱动机构沿着直线滑轨2前后移动，所述的超声波地形仪7与控制器电连接。
36.如图1-6所示，所述的第一驱动机构包括设于横梁4一端的驱动电机9、沿横梁4的长度方向开设于横梁内的直线滑槽11、滑动连接于直线滑槽11内的滑块12、设于直线滑槽11下端并与横梁4下端面贯通的条形槽(图中未画出)、穿过条形槽并将超声波地形仪7及滑块12连接起来的连接块13，所述的直线滑槽内还设有丝杠10，所述的丝杠10与滑块12螺接，丝杠10的一端与直线滑槽11的槽壁转动连接，另一端可转动的贯穿横梁4的侧端面，并与驱动电机9的输出轴固定连接，所述的控制器配置为对驱动电机进行控制。以此设置实现超声波地形仪的横向扫描。
37.如图1-6所示，所述的直线滑轨2设有开口端朝上的t形滑槽，所述的滑动梁2为t形梁，滑动梁2的底端与t形滑槽滑动连接，所述的第二驱动机构包括沿长度方向设于滑动梁2底端的内嵌式齿条17、固定设于车体顶端1-1的双轴电机14、固定设于双轴电机14两侧的固定板18，所述的双轴电机的2个输出轴的端部分别连接有贯穿固定板18并与固定板18转动连接的传动轴15，所述的传动轴15远离双轴电机14的一端固定连接有齿轮16，所述的齿轮
16与齿条17啮合连接。
38.如图1-6所示，所述的车体的后端还设有配重块5。
39.如图1-6所示，所述的水深测量装置包括套筒19，所述的套筒19外壁的底端固定设有配重底座20，套筒19外壁上均匀分布有若干通孔，在套筒外表面缠绕有过滤网(图中未画出)，在套筒19内壁上沿轴向设有光栅尺22，在套筒19的底端沿轴向设有导柱21，所述的导柱21上滑动连接有浮板23，所述的浮板23的一端与光栅尺22的读数头连接，所述的光栅尺22通过有线或无线的模式与控制系统信号连接。
40.本发明的工作原理：
41.1、关于道路表面进行监测巡检的必要性：由于城市道路长期负重，以及各种地质因素的影响，道路表面出现坑洼是难以预测的，因此，定期对道路表面进行巡检，可及时识别测量新出现的坑洼，并对已经具有的坑洼的变形或修复情况重新进行数据采集。
42.2、关于坑洼的尺寸、三维形状及深度的采集，这属于现有技术的内容，通过模拟降水的方式可以计算出基准坑洼和其余坑洼之间的积水深度的曲线关系，依据此曲线关系建立模型，即可在下雨天根据降雨速率及基准坑洼的实时积水深度推算出其余坑洼的实时积水深度，在此基础上，考虑到额外受水面积，可对其余坑洼的实时积水深度进行修正，从而使其余坑洼的积水深度数据更具有参考性。
43.3、依据各种不同车型的涉水能力、基准坑洼的实测积水深度及其余坑洼的修正后的积水深度，控制系统即可有针对性的针对每个坑洼发出针对特有车型的预警信息，也可以针对某一路段发出预警信息。由于预警信息具有较强的可靠性，而且采集数据更新及时、坑洼的数据全面，故可为驾驶人员提供充分的出行参考，同时也可为城市交通在雨天的疏导管理提供有力支撑。
44.4、本发明通过超声波地形仪对坑洼所在路面进行横向纵向的全面扫描，即可获得额外受水面积所在的路面以及坑洼的实测数据，其为后续的各种计算推演奠定了基础。
45.5、本发明通过光栅尺、浮板、导柱等部件构成水深测量装置，该装置设置在路边的基准坑洼内，不会对车辆的通行造成影响，具有充分的实用性，且该装置结构简单，测量结果精准，具有防水性能，能够充分满足积水深度测量的需要。