本文重点研究双重测水深方案，确保测量的可靠性，当水位上升到禁行水位时，升起路桩封闭道路并发送封路信息到监管部门。实现了对道路通行进行智能控制。

 

0 前言

随着城市建设的高速发展，特别是立体交通综合体建设了下穿隧道，人为地造成许多低洼地形成路易涝点。在我国南方城市雨季时期强降雨天气多、雨势猛烈，能迅速造成下穿隧道发生内涝。如 2016 年 6 月 3 日发生在南宁市的一起强降雨天气多，在南宁市青秀区葛村路涵洞口，由于该铁路桥底因排水系统未完善，截至 22 时 34 分，水位上升至 2 米，6 月 3 日 22 时 56 分左右，一辆白色小轿车（桂AQ3423）从长堽路金牛桥夜市往葛村路方向，不听从值班人员劝诫，强行冲过警戒线，在葛村路涵洞下溺水。事故造成2 人死亡。类似因内涝强行涉水造成的人命财产损失每年都在发生。

 

建立良好的排水设施对减少内涝易涝无疑是#有效的解决方案，但也无可避免在强降雨天气造成短时间积水的现象，正是因为平时不积水而只有在强降雨时才产生积水，造成普通市民对积水点路况不了解，容易对积水深度产生错觉，没有引起重视而轻易涉水，酿成悲剧。而在积水路段水深构成危害时及时禁止道路通行无疑是#有效地减小生命财产损失的方案。通常由交通部门来封闭道路，但通常情况下暴雨时人员无法及时到达积水点现场、或不易察觉积水点超过警戒水位等，因此研究能够实时检测易涝点的积水深度和控制道路通行的控制器具有现实的意义 [1]。

 

1 设计思路与系统结构

为了实现实时检测易涝点的积水深度及道路通行控制，本系统#核心的问题是如何在潮湿的环境下可靠的完成积水深度测试，对于在道路上通行的普通市民#关心的是道路积水是否危险、是否能通行，因此水深示警须简单明了；对于超过危及汽车完全特别是生命安全时必须升起路桩封闭道路通行，同是相关管理部门须地衣时间掌握易涝点的积水情况，因此系统应该具备远程通信功能 [2]。系统总体结构框图如图1 所示。

2 系统硬件设计

2.1 单片机#小系统

本系统侧重时实时检测及稳定运行，对运算要求不高，因此选择 AT89S52 或 STC89C52 即可。为确保单片机稳定启动，选择 10uF 电容和 10KΩ 电阻复位构成上电复位。系统中应用到串口通信功能，故晶振选择 11.0592MHz，从理论上可以得到波特率误差率为 0，确保得到正确稳定通信的信息。#小系统原理图如图 2 所示。

 

2.2 水位开关模块

在系统地衣种检测水位的方案是采用水位开关 , 水位上升时浮球浮起开关闭全，起到开关的作用。选用的小型塑料浮球液位开关的产品参数见表 1，浮球、浮杆、固定螺母材质采用的是塑料 PP，可以长时候泡在水中不会老化；电气寿命 100 万次#大开关电流 0.5A 是确保它作为开关信号器件的可靠性。

水位开关设置三个水位检测点，当水位上升到 A 点时，黄灯亮起到警示的作用，当水位上升到 B 点时，红灯亮起到警告的作用，表示水位比较深会危及汽车的安全，当水位上升到 C 点时，红灯黄灯闪亮起到强警告的作用，表示水位很深会危及行人的生命安全，此时应禁行。水位开关安装示意图及原理图如图 3 所示。

2.3 液位变送器模块

为了精que测量水位，本系统选择用一体式投入液位变送器 [3]，防护等级 IP68，达到防水等级标准的#高级别，确保传感器可以长期正常工作，具体产品参数见表 2。

液位变送器 QDY30A-QY 的详细产品参数见表 2，液位变送器能将水压变换成 0-5V 电压从黄线输出，液位变送器电气接口示意图见图 4。本系统选用 8 位串行 AD 转换器 TLC549，液位变送器输出信号接到 AD 转换器的 AIN 端，A/D 转换器原理图见图 5，A/D 转换器得到水位深度的数字量供单片机运算及显示使用。

2.4 警示模块

警示模块通常采用红绿灯，“绿灯行，红灯停”这样的交通规则已经在形成习惯，在道路通过警示模块是采用红绿灯标准模块，系统控制器给出控制信号即可完成控制。控制信号接口如图 6 所示。

2.5 水深显示模块

红绿灯模块是主要的通行警示，水位深度显示能够给行人更直观的展示。工程产品选用 4 位 LED 数码管模块，包含驱动，本文仅用未经驱动的 4 位 LED 数码管代替，显示器接口示意图如图 7 所示。

2.6 路桩控制模块

当积水处水位深度危及行人的生命安全时，应禁行。本系统选用升降柱电动路桩作为禁行的执行装置，电动升降路桩 XYS-219 产品参数详见表 3。

路桩预埋于道路高地，即积水发生后仍没有被积水淹没的地方，否则路桩升起后仍泡在水中过往司机看到路桩仍往水中行驶。

 

2.7 GPRS 通信模块

当极端天气发生时，往往降雨来得比较猛，交通管理部门可以不及时掌握低洼地积水水深情况，本系统采用 GPRS 通信模块进行实时通信，当将水位上升到预定水位时自动发送信息到管理部门手机中，GPRS 通信模块接口示意图见图 8。

3 系统软件设计

本系统有两套测量水深模块 , 实现硬件冗余 [4]，当两套测量模块得到的结果不相符时，发送故障信息到管理员处，同时按#大的水深处理，#大限度地确保系统的可靠性。本系统在安装水位开关时，A 点距路面高 15cm,B 点距路面高25cm,C 点距路面高 45cm[5], 以上数据主要考虑汽车涉水安全深度及行人安全深度。当水位实时高度为 X，则当 A>X 时，绿灯亮表示积水处于安全深度可以正常通行，当 A<X<B 黄灯亮表示水深可能会危及汽车底盘，但底盘较高时可以通行。当 B<X<C 时红灯亮起表示水深可能会危及汽车导致汽车进水，不建议通行但不封路，主要是考虑到有特别车辆可以涉水通行，当 X>C时红黄灯闪表示禁止通行，此时电动路桩升起封路，禁止任何车辆通过确保生命安全。同时有水深超过 A 时每隔10 分钟会发送一次水深数据到预先设置的手机上，及时通知相关管理人员。程序流程图如图 9 所示。

 

4 总结

本设计的易涝点通行控制系统通过水位开关和液位变 送器实现水深测量硬件冗余，确保其中一种测量手段失效后能及时报修并正常工作，同时根据积水深度调整红绿灯状态，当积水深度达危险级别时能实时升起路桩实现自动封路，使城市基础建设更加智能化，为智慧城市建设提供一个方案。