我國(guó)南方在強(qiáng)降雨天氣下 , 渾澇點(diǎn)迅速積水對(duì)過(guò)往車輛人造成嚴(yán)重威脅 , 迫切需要對(duì)積水點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)響應(yīng)的道路積水深度警示及道路通行進(jìn)行控制，減少因積水過(guò)深造成人員傷亡等不必要的損失。文章主要是對(duì)易澇點(diǎn)智能通行控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路、總體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、水位監(jiān)測(cè)、水深示警及路樁控制等進(jìn)行闡述。
本文重點(diǎn)研究雙重測(cè)水深方案，確保測(cè)量的可靠性，當(dāng)水位上升到禁行水位時(shí)，升起路樁封閉道路并發(fā)送封路信息到監(jiān)管部門(mén)。實(shí)現(xiàn)了對(duì)道路通行進(jìn)行智能控制。
0 前言
隨著城市建設(shè)的高速發(fā)展，特別是立體交通綜合體建設(shè)了下穿隧道，人為地造成許多低洼地形成路易澇點(diǎn)。在我國(guó)南方城市雨季時(shí)期強(qiáng)降雨天氣多、雨勢(shì)猛烈，能迅速造成下穿隧道發(fā)生內(nèi)澇。如 2016 年 6 月 3 日發(fā)生在南寧市的一起強(qiáng)降雨天氣多，在南寧市青秀區(qū)葛村路涵洞口，由于該鐵路橋底因排水系統(tǒng)未完善，截至 22 時(shí) 34 分，水位上升至 2 米，6 月 3 日 22 時(shí) 56 分左右，一輛白色小轎車（桂AQ3423）從長(zhǎng)堽路金牛橋夜市往葛村路方向，不聽(tīng)從值班人員勸誡，強(qiáng)行沖過(guò)警戒線，在葛村路涵洞下溺水。事故造成2 人死亡。類似因內(nèi)澇強(qiáng)行涉水造成的人命財(cái)產(chǎn)損失每年都在發(fā)生。
建立良好的排水設(shè)施對(duì)減少內(nèi)澇易澇無(wú)疑是#有效的解決方案，但也無(wú)可避免在強(qiáng)降雨天氣造成短時(shí)間積水的現(xiàn)象，正是因?yàn)槠綍r(shí)不積水而只有在強(qiáng)降雨時(shí)才產(chǎn)生積水，造成普通市民對(duì)積水點(diǎn)路況不了解，容易對(duì)積水深度產(chǎn)生錯(cuò)覺(jué)，沒(méi)有引起重視而輕易涉水，釀成悲劇。而在積水路段水深構(gòu)成危害時(shí)及時(shí)禁止道路通行無(wú)疑是#有效地減小生命財(cái)產(chǎn)損失的方案。通常由交通部門(mén)來(lái)封閉道路，但通常情況下暴雨時(shí)人員無(wú)法及時(shí)到達(dá)積水點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)、或不易察覺(jué)積水點(diǎn)超過(guò)警戒水位等，因此研究能夠?qū)崟r(shí)檢測(cè)易澇點(diǎn)的積水深度和控制道路通行的控制器具有現(xiàn)實(shí)的意義 [1]。
1 設(shè)計(jì)思路與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
為了實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)檢測(cè)易澇點(diǎn)的積水深度及道路通行控制，本系統(tǒng)#核心的問(wèn)題是如何在潮濕的環(huán)境下可靠的完成積水深度測(cè)試，對(duì)于在道路上通行的普通市民#關(guān)心的是道路積水是否危險(xiǎn)、是否能通行，因此水深示警須簡(jiǎn)單明了；對(duì)于超過(guò)危及汽車完全特別是生命安全時(shí)必須升起路樁封閉道路通行，同是相關(guān)管理部門(mén)須地衣時(shí)間掌握易澇點(diǎn)的積水情況，因此系統(tǒng)應(yīng)該具備遠(yuǎn)程通信功能 [2]。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖如圖1 所示。
2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
2.1 單片機(jī)#小系統(tǒng)
本系統(tǒng)側(cè)重時(shí)實(shí)時(shí)檢測(cè)及穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)運(yùn)算要求不高，因此選擇 AT89S52 或 STC89C52 即可。為確保單片機(jī)穩(wěn)定啟動(dòng)，選擇 10uF 電容和 10KΩ 電阻復(fù)位構(gòu)成上電復(fù)位。系統(tǒng)中應(yīng)用到串口通信功能，故晶振選擇 11.0592MHz，從理論上可以得到波特率誤差率為 0，確保得到正確穩(wěn)定通信的信息。#小系統(tǒng)原理圖如圖 2 所示。
2.2 水位開(kāi)關(guān)模塊
在系統(tǒng)地衣種檢測(cè)水位的方案是采用水位開(kāi)關(guān) , 水位上升時(shí)浮球浮起開(kāi)關(guān)閉全，起到開(kāi)關(guān)的作用。選用的小型塑料浮球液位開(kāi)關(guān)的產(chǎn)品參數(shù)見(jiàn)表 1，浮球、浮桿、固定螺母材質(zhì)采用的是塑料 PP，可以長(zhǎng)時(shí)候泡在水中不會(huì)老化；電氣壽命 100 萬(wàn)次#大開(kāi)關(guān)電流 0.5A 是確保它作為開(kāi)關(guān)信號(hào)器件的可靠性。
水位開(kāi)關(guān)設(shè)置三個(gè)水位檢測(cè)點(diǎn)，當(dāng)水位上升到 A 點(diǎn)時(shí)，黃燈亮起到警示的作用，當(dāng)水位上升到 B 點(diǎn)時(shí)，紅燈亮起到警告的作用，表示水位比較深會(huì)危及汽車的安全，當(dāng)水位上升到 C 點(diǎn)時(shí)，紅燈黃燈閃亮起到強(qiáng)警告的作用，表示水位很深會(huì)危及行人的生命安全，此時(shí)應(yīng)禁行。水位開(kāi)關(guān)安裝示意圖及原理圖如圖 3 所示。
2.3 液位變送器模塊
為了精que測(cè)量水位，本系統(tǒng)選擇用一體式投入液位變送器 [3]，防護(hù)等級(jí) IP68，達(dá)到防水等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的#高級(jí)別，確保傳感器可以長(zhǎng)期正常工作，具體產(chǎn)品參數(shù)見(jiàn)表 2。
液位變送器 QDY30A-QY 的詳細(xì)產(chǎn)品參數(shù)見(jiàn)表 2，液位變送器能將水壓變換成 0-5V 電壓從黃線輸出，液位變送器電氣接口示意圖見(jiàn)圖 4。本系統(tǒng)選用 8 位串行 AD 轉(zhuǎn)換器 TLC549，液位變送器輸出信號(hào)接到 AD 轉(zhuǎn)換器的 AIN 端，A/D 轉(zhuǎn)換器原理圖見(jiàn)圖 5，A/D 轉(zhuǎn)換器得到水位深度的數(shù)字量供單片機(jī)運(yùn)算及顯示使用。
2.4 警示模塊
警示模塊通常采用紅綠燈，“綠燈行，紅燈停”這樣的交通規(guī)則已經(jīng)在形成習(xí)慣，在道路通過(guò)警示模塊是采用紅綠燈標(biāo)準(zhǔn)模塊，系統(tǒng)控制器給出控制信號(hào)即可完成控制。控制信號(hào)接口如圖 6 所示。
2.5 水深顯示模塊
紅綠燈模塊是主要的通行警示，水位深度顯示能夠給行人更直觀的展示。工程產(chǎn)品選用 4 位 LED 數(shù)碼管模塊，包含驅(qū)動(dòng)，本文僅用未經(jīng)驅(qū)動(dòng)的 4 位 LED 數(shù)碼管代替，顯示器接口示意圖如圖 7 所示。
2.6 路樁控制模塊
當(dāng)積水處水位深度危及行人的生命安全時(shí)，應(yīng)禁行。本系統(tǒng)選用升降柱電動(dòng)路樁作為禁行的執(zhí)行裝置，電動(dòng)升降路樁 XYS-219 產(chǎn)品參數(shù)詳見(jiàn)表 3。
路樁預(yù)埋于道路高地，即積水發(fā)生后仍沒(méi)有被積水淹沒(méi)的地方，否則路樁升起后仍泡在水中過(guò)往司機(jī)看到路樁仍往水中行駛。
2.7 GPRS 通信模塊
當(dāng)極端天氣發(fā)生時(shí)，往往降雨來(lái)得比較猛，交通管理部門(mén)可以不及時(shí)掌握低洼地積水水深情況，本系統(tǒng)采用 GPRS 通信模塊進(jìn)行實(shí)時(shí)通信，當(dāng)將水位上升到預(yù)定水位時(shí)自動(dòng)發(fā)送信息到管理部門(mén)手機(jī)中，GPRS 通信模塊接口示意圖見(jiàn)圖 8。
3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)有兩套測(cè)量水深模塊 , 實(shí)現(xiàn)硬件冗余 [4]，當(dāng)兩套測(cè)量模塊得到的結(jié)果不相符時(shí)，發(fā)送故障信息到管理員處，同時(shí)按#大的水深處理，#大限度地確保系統(tǒng)的可靠性。本系統(tǒng)在安裝水位開(kāi)關(guān)時(shí)，A 點(diǎn)距路面高 15cm,B 點(diǎn)距路面高25cm,C 點(diǎn)距路面高 45cm[5], 以上數(shù)據(jù)主要考慮汽車涉水安全深度及行人安全深度。當(dāng)水位實(shí)時(shí)高度為 X，則當(dāng) A>X 時(shí)，綠燈亮表示積水處于安全深度可以正常通行，當(dāng) A<X<B 黃燈亮表示水深可能會(huì)危及汽車底盤(pán)，但底盤(pán)較高時(shí)可以通行。當(dāng) B<X<C 時(shí)紅燈亮起表示水深可能會(huì)危及汽車導(dǎo)致汽車進(jìn)水，不建議通行但不封路，主要是考慮到有特別車輛可以涉水通行，當(dāng) X>C時(shí)紅黃燈閃表示禁止通行，此時(shí)電動(dòng)路樁升起封路，禁止任何車輛通過(guò)確保生命安全。同時(shí)有水深超過(guò) A 時(shí)每隔10 分鐘會(huì)發(fā)送一次水深數(shù)據(jù)到預(yù)先設(shè)置的手機(jī)上，及時(shí)通知相關(guān)管理人員。程序流程圖如圖 9 所示。
4 總結(jié)
本設(shè)計(jì)的易澇點(diǎn)通行控制系統(tǒng)通過(guò)水位開(kāi)關(guān)和液位變 送器實(shí)現(xiàn)水深測(cè)量硬件冗余，確保其中一種測(cè)量手段失效后能及時(shí)報(bào)修并正常工作，同時(shí)根據(jù)積水深度調(diào)整紅綠燈狀態(tài)，當(dāng)積水深度達(dá)危險(xiǎn)級(jí)別時(shí)能實(shí)時(shí)升起路樁實(shí)現(xiàn)自動(dòng)封路，使城市基礎(chǔ)建設(shè)更加智能化，為智慧城市建設(shè)提供一個(gè)方案。
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