我國南方在強(qiáng)降雨天氣下 , 渾澇點迅速積水對過往車輛人造成嚴(yán)重威脅 , 迫切需要對積水點進(jìn)行實時響應(yīng)的道路積水深度警示及道路通行進(jìn)行控制，減少因積水過深造成人員傷亡等不必要的損失。文章主要是對易澇點智能通行控制系統(tǒng)的設(shè)計思路、總體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、水位監(jiān)測、水深示警及路樁控制等進(jìn)行闡述。
本文重點研究雙重測水深方案，確保測量的可靠性，當(dāng)水位上升到禁行水位時，升起路樁封閉道路并發(fā)送封路信息到監(jiān)管部門。實現(xiàn)了對道路通行進(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。在我國南方城市雨季時期強(qiáng)降雨天氣多、雨勢猛烈，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 34 分，水位上升至 2 米，6 月 3 日 22 時 56 分左右，一輛白色小轎車（桂AQ3423）從長堽路金牛橋夜市往葛村路方向，不聽從值班人員勸誡，強(qiáng)行沖過警戒線，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產(chǎn)損失每年都在發(fā)生。
建立良好的排水設(shè)施對減少內(nèi)澇易澇無疑是#有效的解決方案，但也無可避免在強(qiáng)降雨天氣造成短時間積水的現(xiàn)象，正是因為平時不積水而只有在強(qiáng)降雨時才產(chǎn)生積水，造成普通市民對積水點路況不了解，容易對積水深度產(chǎn)生錯覺，沒有引起重視而輕易涉水，釀成悲劇。而在積水路段水深構(gòu)成危害時及時禁止道路通行無疑是#有效地減小生命財產(chǎn)損失的方案。通常由交通部門來封閉道路，但通常情況下暴雨時人員無法及時到達(dá)積水點現(xiàn)場、或不易察覺積水點超過警戒水位等，因此研究能夠?qū)崟r檢測易澇點的積水深度和控制道路通行的控制器具有現(xiàn)實的意義 [1]。
1 設(shè)計思路與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
為了實現(xiàn)實時檢測易澇點的積水深度及道路通行控制，本系統(tǒng)#核心的問題是如何在潮濕的環(huán)境下可靠的完成積水深度測試，對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、是否能通行，因此水深示警須簡單明了；對于超過危及汽車完全特別是生命安全時必須升起路樁封閉道路通行，同是相關(guān)管理部門須地衣時間掌握易澇點的積水情況，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
2.1 單片機(jī)#小系統(tǒng)
本系統(tǒng)側(cè)重時實時檢測及穩(wěn)定運(yùn)行，對運(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，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 水位開關(guān)模塊
在系統(tǒng)地衣種檢測水位的方案是采用水位開關(guān) , 水位上升時浮球浮起開關(guān)閉全，起到開關(guān)的作用。選用的小型塑料浮球液位開關(guān)的產(chǎn)品參數(shù)見表 1，浮球、浮桿、固定螺母材質(zhì)采用的是塑料 PP，可以長時候泡在水中不會老化；電氣壽命 100 萬次#大開關(guān)電流 0.5A 是確保它作為開關(guān)信號器件的可靠性。
水位開關(guān)設(shè)置三個水位檢測點，當(dāng)水位上升到 A 點時，黃燈亮起到警示的作用，當(dāng)水位上升到 B 點時，紅燈亮起到警告的作用，表示水位比較深會危及汽車的安全，當(dāng)水位上升到 C 點時，紅燈黃燈閃亮起到強(qiáng)警告的作用，表示水位很深會危及行人的生命安全，此時應(yīng)禁行。水位開關(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 IP68，達(dá)到防水等級標(biāo)準(zhǔn)的#高級別，確保傳感器可以長期正常工作，具體產(chǎn)品參數(shù)見表 2。
液位變送器 QDY30A-QY 的詳細(xì)產(chǎn)品參數(shù)見表 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接到 AD 轉(zhuǎn)換器的 AIN 端，A/D 轉(zhuǎn)換器原理圖見圖 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即可完成控制。控制信號接口如圖 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，本文僅用未經(jīng)驅(qū)動的 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，應(yīng)禁行。本系統(tǒng)選用升降柱電動路樁作為禁行的執(zhí)行裝置，電動升降路樁 XYS-219 產(chǎn)品參數(shù)詳見表 3。
路樁預(yù)埋于道路高地，即積水發(fā)生后仍沒有被積水淹沒的地方，否則路樁升起后仍泡在水中過往司機(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，往往降雨來得比較猛，交通管理部門可以不及時掌握低洼地積水水深情況，本系統(tǒng)采用 GPRS 通信模塊進(jìn)行實時通信，當(dāng)將水位上升到預(yù)定水位時自動發(fā)送信息到管理部門手機(jī)中，GPRS 通信模塊接口示意圖見圖 8。
3 系統(tǒng)軟件設(shè)計
本系統(tǒng)有兩套測量水深模塊 , 實現(xiàn)硬件冗余 [4]，當(dāng)兩套測量模塊得到的結(jié)果不相符時，發(fā)送故障信息到管理員處，同時按#大的水深處理，#大限度地確保系統(tǒng)的可靠性。本系統(tǒng)在安裝水位開關(guān)時，A 點距路面高 15cm,B 點距路面高25cm,C 點距路面高 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)水位實時高度為 X，則當(dāng) A>X 時，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危及汽車底盤，但底盤較高時可以通行。當(dāng) B<X<C 時紅燈亮起表示水深可能會危及汽車導(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時紅黃燈閃表示禁止通行，此時電動路樁升起封路，禁止任何車輛通過確保生命安全。同時有水深超過 A 時每隔10 分鐘會發(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)計的易澇點通行控制系統(tǒng)通過水位開關(guān)和液位變 送器實現(xiàn)水深測量硬件冗余，確保其中一種測量手段失效后能及時報修并正常工作，同時根據(jù)積水深度調(diào)整紅綠燈狀態(tài)，當(dāng)積水深度達(dá)危險級別時能實時升起路樁實現(xiàn)自動封路，使城市基礎(chǔ)建設(shè)更加智能化，為智慧城市建設(shè)提供一個方案。
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