基于流速測(cè)量的站前廣場(chǎng)智能排水系統(tǒng)模型的設(shè)計(jì)

曹寅

CAO Yin

（北京市市政工程設(shè)計(jì)研究總院有限公司）

(Beijing Municipal Engineering Design & Research Institute Co. Ltd)

基于流速測(cè)量的站前廣場(chǎng)智能排水系統(tǒng)模型的設(shè)計(jì)

曹寅

CAO Yin

（北京市市政工程設(shè)計(jì)研究總院有限公司）

(Beijing Municipal Engineering Design & Research Institute Co. Ltd)

地鐵車站站前廣場(chǎng)是城市之中一種比較特殊的廣場(chǎng)類型，同時(shí)也是交通樞紐的重要組成部分，有著區(qū)分于其他普通廣場(chǎng)的獨(dú)特之處。站前廣場(chǎng)的智能排水系統(tǒng)不僅僅是智能監(jiān)控系統(tǒng)的重要構(gòu)成部分，還是站前廣場(chǎng)智能監(jiān)控系統(tǒng)中的一個(gè)難點(diǎn)問(wèn)題。

流速測(cè)量；站前廣場(chǎng)；智能排水系統(tǒng)；模型設(shè)計(jì)

1 引言

長(zhǎng)期以來(lái)，經(jīng)常會(huì)有一些關(guān)于地鐵車站站前廣場(chǎng)形成積水的原因和排除積水的措施的研究成果報(bào)道，但是究其根本，還不能夠?qū)π纬煞e水的現(xiàn)象進(jìn)行實(shí)際解決?；赟TW32f103微處理器，設(shè)計(jì)了站前廣場(chǎng)智能排水系統(tǒng)模型，實(shí)現(xiàn)了低成本、容易維護(hù)和極度穩(wěn)定的站前廣場(chǎng)水位實(shí)時(shí)監(jiān)控與預(yù)警技術(shù)。

2 站前廣場(chǎng)智能排水系統(tǒng)

2.1 站前廣場(chǎng)智能排水系統(tǒng)的重要性

近年來(lái)，我國(guó)的地鐵正處于高效、快速發(fā)展的時(shí)期，站前廣場(chǎng)作為城市最重要的交通樞紐，為旅客們提供了一個(gè)換乘、集散、休息的場(chǎng)所。但是，站前廣場(chǎng)的排水問(wèn)題仍是一個(gè)難題。通常排水的對(duì)象形成過(guò)程具有不確定性，比如：降雨、地貌地勢(shì)和下墊層等客觀條件的不確定決定了排水對(duì)象的模糊性和隨機(jī)性。這樣的情況就會(huì)導(dǎo)致計(jì)算模型、計(jì)算參數(shù)選定、計(jì)算的假定、計(jì)算簡(jiǎn)化、計(jì)算圖式、信息的描述和精度的測(cè)量等很多問(wèn)題發(fā)生[1]。因此，站前廣場(chǎng)的智能排水十分重要，基于流速測(cè)量的站前廣場(chǎng)智能排水系統(tǒng)模型的設(shè)計(jì)必須有更強(qiáng)的實(shí)用性和科學(xué)性。

2.2 傳統(tǒng)的站前廣場(chǎng)智能排水系統(tǒng)存在的問(wèn)題

隨著工業(yè)化的不斷發(fā)展，我國(guó)的工業(yè)生產(chǎn)、電子軟件科技技術(shù)、電力控制技術(shù)都以蓬勃的姿態(tài)發(fā)展，與此同時(shí)帶來(lái)的是不可再生資源的浪費(fèi)。根據(jù)相關(guān)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)的水泵總量和水泵裝機(jī)的容量規(guī)模很大，實(shí)際的運(yùn)行效率卻非常低，根本不能夠達(dá)到總量的45%，由此可見(jiàn)，其余55%的能源都被浪費(fèi)了。對(duì)于站前廣場(chǎng)的排水系統(tǒng)，沒(méi)有根據(jù)實(shí)際的具體情況來(lái)調(diào)節(jié)電機(jī)的運(yùn)行情況，所排出的水流量一直都處在變工狀況的運(yùn)行，使得排水方案不合理、不科學(xué)，水泵裝機(jī)功率的選擇過(guò)大，浪費(fèi)了能源。因此，在整個(gè)的排水系統(tǒng)中，水泵的節(jié)能工作也得給予一定的重視，可對(duì)倡導(dǎo)低碳的經(jīng)濟(jì)發(fā)展起到積極的作用。

3 排水系統(tǒng)模型設(shè)計(jì)

3.1 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

基于流速測(cè)量的站前廣場(chǎng)智能排水系統(tǒng)模型的設(shè)計(jì)包括4大點(diǎn)：利用雙流流速傳感器的裝置來(lái)進(jìn)行流速測(cè)量；采用采用超聲波測(cè)距模塊對(duì)水位進(jìn)行測(cè)量；利用TFT液晶顯示器來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理和顯示；由水泵抽水和電機(jī)控制護(hù)欄組成的自動(dòng)防護(hù)模塊。

1）流速測(cè)量采集模塊。要根據(jù)降雨大小的實(shí)際情況，用一個(gè)傳感器在會(huì)導(dǎo)致大雨和小雨的測(cè)量精度差別較大的情況下，設(shè)計(jì)了雙傳感器的特殊結(jié)構(gòu)，這種裝置會(huì)保證了在測(cè)量暴雨和中雨是的流速精確度。流速傳感器1用于中到大雨的流速測(cè)量，流速傳感器2用于測(cè)量小雨和暴雨是流速的測(cè)量。通過(guò)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果表明，這種裝置每一次倒出的液體體積值十分的穩(wěn)定。

2）利用超聲波模塊來(lái)確定站前廣場(chǎng)的水位，只需要提供一個(gè)10uS以上的脈沖的接觸信號(hào)，該模塊就能在內(nèi)部發(fā)出9個(gè)30kHz周期的電頻并檢測(cè)回波。只要檢測(cè)出來(lái)回波的信號(hào)就會(huì)輸出回響信號(hào)。由此，經(jīng)過(guò)發(fā)射信號(hào)到收到回響信號(hào)時(shí)的時(shí)間隔點(diǎn)就可以計(jì)算出距離，距離=高電頻時(shí)間[3]。

3）顯示的模塊。這個(gè)系統(tǒng)所使用的是TFT液晶顯示器，分辨率為240×400。

4）自動(dòng)防護(hù)的模塊。用水泵來(lái)實(shí)現(xiàn)積水的抽水功能，工作的電壓是AC 220V，抽水的高度是0.5～2.0m，最大的流量為200L/h。電機(jī)用來(lái)控制防護(hù)欄的升降，工作電壓DC5V，護(hù)欄轉(zhuǎn)角0°～90°[4]。

3.2 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

基于流速測(cè)量的地鐵車站站前廣場(chǎng)智能排水系統(tǒng)模型的設(shè)計(jì)，不僅有硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，還有軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。軟件系統(tǒng)從系統(tǒng)的初始化開(kāi)始經(jīng)過(guò)到達(dá)流速傳感器超過(guò)5min的無(wú)脈沖信號(hào)，進(jìn)行待機(jī)低功耗的模式。當(dāng)流速傳感器有脈沖信號(hào)的情況下，軟件系統(tǒng)就會(huì)被及時(shí)喚醒，獲取時(shí)間，并且計(jì)算出1min之內(nèi)的平均流速的大小、儲(chǔ)存雨水的信息情況，實(shí)時(shí)地繪制降雨檢測(cè)圖示。再通過(guò)超聲波測(cè)量獲取積水的深度，當(dāng)積水的深度超過(guò)4cm的時(shí)候，就會(huì)自動(dòng)打開(kāi)繼電器進(jìn)行抽水作業(yè)；當(dāng)積水深度小于4cm的時(shí)候，則會(huì)自動(dòng)關(guān)閉繼電器，停止抽水作業(yè)。其還可以根據(jù)降雨的大小以及積水的深度開(kāi)啟和關(guān)閉道路，整個(gè)的體系是逐步進(jìn)行可循環(huán)的一個(gè)系統(tǒng)。

表1 測(cè)試實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表

4 實(shí)驗(yàn)測(cè)試以及數(shù)據(jù)分析

根據(jù)上述的模型設(shè)計(jì)，搭建了實(shí)物的系統(tǒng)，通過(guò)電流的測(cè)試，系統(tǒng)工作十分正常。站前廣場(chǎng)降雨量流速測(cè)量，目前的流速：1.98mm/min，目前的流量：10998.08mL/h，目前積水深度：16.06mm，日累計(jì)降雨量：8.50mL。

考慮到測(cè)試水溫時(shí)，水溫對(duì)傳感器的數(shù)據(jù)會(huì)有一定的影響，就分別在不同的水溫下對(duì)上述的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了測(cè)試實(shí)驗(yàn)，測(cè)試的數(shù)據(jù)如表1所示。

根據(jù)表中的結(jié)果可見(jiàn)，不同的測(cè)試溫度和不同水深值會(huì)對(duì)測(cè)試的結(jié)果產(chǎn)生一定的影響，使得結(jié)果值有所不同。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，本文簡(jiǎn)單闡述了基于流速測(cè)量的地鐵車站站前廣場(chǎng)的智能排水系統(tǒng)模型的設(shè)計(jì)，采用了STW32f103微處理器來(lái)進(jìn)行監(jiān)控，利用了流速傳感器測(cè)量降雨所形成的水流流速，確保了流速測(cè)量的精確程度，還利用超聲波模塊判斷了積水的高度。完整地實(shí)現(xiàn)了站前廣場(chǎng)降雨流量以及積水的監(jiān)控和測(cè)量系統(tǒng)，在此基礎(chǔ)上還進(jìn)行了相關(guān)的測(cè)試和

實(shí)驗(yàn)，能夠行之有效地做到站前廣場(chǎng)積水的監(jiān)控、測(cè)量與報(bào)警，取得了十分顯著的效果。

[1]周華堂，姚平，張慧君，等.基于流速測(cè)量的涵洞橋智能排水系統(tǒng)模型的設(shè)計(jì)[J].電子制作，2014(7):10-11.

[2]馬志敏，蘇姍，胡文斌.多路水深流速自動(dòng)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].長(zhǎng)江科學(xué)院院報(bào)，2014，31(5):97-101.

[3]董海洲，寇丁文，彭虎躍.基于分布式光纖溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的集中滲漏通道流速計(jì)算模型[J].巖土工程學(xué)報(bào)，2013，35(9):1717-1721.

[4]賈良權(quán)，劉文清，闞瑞峰，等.波長(zhǎng)調(diào)制-TDLAS技術(shù)測(cè)量風(fēng)洞中氧氣流速方法研究[J].中國(guó)激光，2015，42(7):304-311.

[5]孫新新，翟媛媛，?，?基于多普勒原理的管道流量測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].儀表技術(shù)與傳感器，2013(7):92-94.

The Design of Intelligent Drainage System Model Based on Flow Velocity Measurement

The subway station square is a special type of city square, is also an important part of the transportation hub, with a unique distinction from other ordinary square. Intelligent drainage system is not only the square in front of the intelligent monitoring system to constitute the part, but also the intelligent monitoring system in the station square a difficult problem.

velocity measurement; station square; intelligent drainage system; model design