基于信息發(fā)布的城市道路積水預(yù)警系統(tǒng)的構(gòu)建

【摘 要】近年來我國由暴雨引發(fā)的城市道路積水現(xiàn)象嚴重且頻繁發(fā)生，對城市交通、出行者安全和社會經(jīng)濟造成了很大危害。為了能夠盡快減輕或避免道路積水對人民生命財產(chǎn)造成的損失，及時為出行者提供道路積水信息并進行警告不失為一種短期解決問題的辦法。然而，現(xiàn)有城市道路積水預(yù)警系統(tǒng)的使用效果卻并不理想，影響了出行者對預(yù)警系統(tǒng)的信任，阻礙了出行者及時獲得積水信息并采取繞行措施。因此，城市道路積水預(yù)警系統(tǒng)亟需改進與優(yōu)化。

【關(guān)鍵詞】城市道路積水；預(yù)警；信息發(fā)布

1.研究背景

近年來，我國暴雨導致的城市道路積水問題嚴重。據(jù)國家住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部對全國351個城市進行的專項調(diào)研，2008年至2010年，有62%的城市發(fā)生過不同程度的內(nèi)澇，積水深度超過50厘米的占74.6%，積水時間超過半小時的城市占78.9%。

1.1 問題的提出

城市道路積水對交通危害很大，易引起車輛熄火，引發(fā)交通擁堵和出行困難，如果處置不當或救助不及時還可能造成人員傷亡。近年來，眾多城市均發(fā)生過多次車輛誤入水中造成車輛損壞和人員傷亡的事故，社會經(jīng)濟損失嚴重。

然而，不管是保護環(huán)境還是升級改造排水網(wǎng)絡(luò)，都是浩大的工程，短時間內(nèi)難以見效。另外，受城市空間的限制，防洪標準也不可能無限制地提高。因此，在城市出現(xiàn)災(zāi)害性天氣時，加強應(yīng)急預(yù)案和搶險救災(zāi)更為重要。為了能夠盡快減輕或避免道路積水對人民生命財產(chǎn)造成的損失，及時為出行者提供道路積水信息并進行警告不失為一種近期解決問題的辦法。

1.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀

由于國情的不同，城市道路積水問題在我國較為嚴峻，經(jīng)分析，造成現(xiàn)有城市道路積水預(yù)警系統(tǒng)的使用效果的不理想主要是由于以下四方面問題：

（1）有的系統(tǒng)選擇的積水測量設(shè)備不適用于城市道路積水的特點。如當使用觸點感應(yīng)的電子水尺時，當車輛行駛將積水濺到水池上時，會造成測量不準確。

（2）有的系統(tǒng)運行效率不高，系統(tǒng)通訊昂貴。這些系統(tǒng)不直接在路段現(xiàn)場提供實時積水信息，而是把信息發(fā)往控制中心，再由工作人員進行信息發(fā)布或現(xiàn)場調(diào)控。

（3）有的系統(tǒng)提供積水信息的形式并不有效。有的系統(tǒng)當積水深度超過規(guī)定深度時就報警，沒有考慮到不同車輛之間的差別。

（4）現(xiàn)有大部分積水報警系統(tǒng)成本較高、設(shè)備復(fù)雜，容易被盜，不利于安裝維護。

綜上所述，隨著我國對道路交通安全和可持續(xù)發(fā)展的重視，從城市道路積水信息獲取手段和發(fā)布方式入手，研發(fā)一種適合我國國情的精確、可靠、簡便、經(jīng)濟的城市道路積水預(yù)警系統(tǒng)是十分必要和迫切的。

2.設(shè)計原理

提供道路積水信息并進行警告這一方法的關(guān)鍵在于道路積水信息的及時獲取和發(fā)布，這就需要能夠?qū)崟r監(jiān)測積水信息并及時提醒出行者。因此我們從積水信息的獲取、積水信息的發(fā)布以及其內(nèi)部的通信方式入手，構(gòu)建出基于信息發(fā)布的城市道路積水預(yù)警系統(tǒng)。

（1）積水信息獲取手段

在積水信息獲取手段方面，著重從精確度和可靠性出發(fā)。雖然現(xiàn)今能夠?qū)崟r測量水深的液位傳感器已經(jīng)比較發(fā)達，然而卻不一定適用于測量城市道路積水。城市道路積水受車輛運行的影響，水位不停劇烈變化；受雨水沖刷的影響，道路積水中含有大量泥沙、樹枝、紙屑等雜物。因此，我們根據(jù)城市道路積水的特點，選擇了可靠性高、防腐蝕、防堵塞的投入式液位變送器。

（2）積水信息發(fā)布方式

在積水信息發(fā)布方式方面，著重從有效性和及時性出發(fā)。雖然一些預(yù)警系統(tǒng)中提到在路段現(xiàn)場的顯示屏上實時顯示道路積水信息，但是對于顯示屏的設(shè)置位置和提示內(nèi)容卻并沒有做出太多研究。然而這兩者其實是非常重要的：提示內(nèi)容是否恰當將決定出行者的心理判斷和行動結(jié)果之間的一致性，從而影響出行者對預(yù)警系統(tǒng)的信任度；設(shè)置位置是否恰當將決定出行者是否能夠及時發(fā)現(xiàn)信息并繞行其他道路。因此，我們在對駕駛員的行為選擇心理進行分析的基礎(chǔ)上，將可變信息板顯示內(nèi)容確定為“具體水位信息+建議警示信息”；在對駕駛員繞行需求和反應(yīng)時間進行分析計算的基礎(chǔ)上，本作品確定了可變信息板的設(shè)置位置，經(jīng)查閱城市道路設(shè)計規(guī)范等相關(guān)資料，一般城市道路的最高設(shè)計速度不超過90km/h，駕駛員的反應(yīng)判斷時間一般最少取3秒。由此按最不利情況計算，可變信息板的設(shè)置位置應(yīng)在易積水路段的交叉口之前L=90×3÷3.6=75m處。

（3）系統(tǒng)內(nèi)部通信方式

在系統(tǒng)內(nèi)部通信方式方面，著重從系統(tǒng)安裝簡便性出發(fā)。由于測量到的積水深度信息需要發(fā)送給可變信息板，而積水深度測量傳感器與可變信息板之間存在一定距離，如果采用線纜傳輸信號，那么就需要開挖路面布設(shè)管線或者高空架設(shè)線纜，不但增加附加成本，施工階段也難免影響道路通行。因此，本團隊對信號傳輸內(nèi)容和距離進行了分析，確定了本作品系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)備采用無線射頻模塊。

3.創(chuàng)新特色

本作品集精確性、可靠性、低能耗于一身，同時又具備成本低、安裝簡便等特點。

（1）道路積水深度測量精確、可靠。采用投入式液位變送器測量道路積水深度，不受水位劇烈變化和水中泥沙等雜物的影響，測量結(jié)果精確可靠。

（2）可變信息板設(shè)置位置合理。本作品根據(jù)駕駛員的繞行需求和反應(yīng)時間確定了可變信息板與易積水路段相對位置，為駕駛員及時發(fā)現(xiàn)信息并繞行其他道路提供了足夠的時間。

（3）系統(tǒng)全壽命周期成本低。本作品系統(tǒng)設(shè)備成本和功耗均較低，且設(shè)備經(jīng)久耐用。

4.應(yīng)用前景

從作用來看，本作品的使用可以預(yù)防入水事故和交通擁堵的發(fā)生，可有效地降低暴雨危害，減少社會和經(jīng)濟損失，相當于增加了社會經(jīng)濟效益。

從推廣角度看，本作品可廣泛應(yīng)用于城市中地道橋和通道等高程較低路段的積水預(yù)警。適當調(diào)整可變信息板的設(shè)置位置，本作品還可應(yīng)用于公路上的易積水路段。通過程序擴展后還可與交通管理部門的信息管理和發(fā)布系統(tǒng)結(jié)合，可持續(xù)發(fā)展性強，有利于其縱深方向的推廣應(yīng)用。

參考文獻：

[1]王權(quán)平，王莉.Zigbee技術(shù)及其應(yīng)用[J].現(xiàn)代電信技術(shù)2004（1）：33-37.

[2]張廣遠，孫書鷹，魏震生.高精度AD轉(zhuǎn)換器HI-7159A應(yīng)用（J）.電子測量與儀器學報2004，18（z2）：1198-1202.

[3]韓文元，崔曉飛，蔣海峰，楊豐艷.公路LED 可變信息標志光度指標靜態(tài)試驗研究（J）.公路交通科技2009，26（7）：110-120.

[4]吳可倫.關(guān)于立交排水分析研究[J].城市建設(shè)2010（19）：104-105.

[5]杜新宇.路塹式道路立交排水設(shè)計探析[J].中國給水排水2009，25（16）：62-64.

[6]鮑君昌.氣泡式水位計的應(yīng)用[J].黑龍江水利科技2009，37（1）：69-70.

[7]王吉星，馬湛.氣泡式水文計在水文自動測報系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].水文2005，25（6）：54-55.

[8]王玉兵.壓阻式液位變送器在水情自動測報系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].水電自動化與大壩監(jiān)測2005，29（4）：75-77.

[9]邵堯明，邵丹娜.城市暴雨積水過程的計算方法[J].中國給水排水2008，24（6）：53-55.

[10]范君，崔紅梅.城市下立交雨水排水系統(tǒng)設(shè)計[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品2009（12）：88.

[11]王倫.基于Zigbee技術(shù)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)及其應(yīng)用[N].科技創(chuàng)新導報，2011-10 -6（6）.