基于NB-IOT的城市道路積水預(yù)警裝置

羅金周 李克勤 張仁永 樊業(yè)雙 吳夢瑤

摘 要：針對低洼道路積水帶來的災(zāi)害的問題，設(shè)計了一款城市道路積水預(yù)警系統(tǒng)對積水深度進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、實時監(jiān)控預(yù)警、閥值預(yù)警。系統(tǒng)采用超聲波實時監(jiān)測水位的高度，當(dāng)水位達(dá)到車輛和行人無法通過的高度時啟動報警裝置，將數(shù)據(jù)顯示在前方路口的前置報警顯示屏上，并借助NB-IOT技術(shù)把積水深度傳輸?shù)交荆盟{(lán)牙裝置鎖定當(dāng)前積水坐標(biāo)經(jīng)緯度，通過NB-IOT通訊傳送到OneNET地圖平臺，用戶根據(jù)地圖顯示能提前預(yù)知此地積水深度，根據(jù)積水深度決定是否需要改變行程。以此達(dá)到對用戶示警的目的。

關(guān)鍵詞：城市低洼路段積水;預(yù)警;NB-IOT

中圖分類號：U495 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

0 引言

隨著我國城市化進(jìn)程的加快，交通運輸業(yè)不斷發(fā)展，城市交通道路建設(shè)得到了快速的發(fā)展。為了緩解交通壓力，保證出行暢通，許多城市建設(shè)了不少的立交橋和下穿隧道。每當(dāng)暴雨時節(jié)，立交橋、下穿道等低洼地段，都會因地勢較低、排水不暢或其它原因造成嚴(yán)重的積水，有過往車輛冒險涉水穿行被困，也有車中乘員，因未及時逃離，窒息而亡的案例！因此，如何有效防止城市低洼道路積水帶來的災(zāi)害成為了政府部門關(guān)注的重點問題。目前，城市低洼路段積水給市民出行帶來的安全問題并沒有得到有效的解決。

1 硬件電路的設(shè)計與實現(xiàn)

首先是通過監(jiān)測模塊給CPU輸入信號，藍(lán)牙模塊定位監(jiān)測樁，在OneNET平臺地圖上顯示積水點，CPU再對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，儲存在flash儲存器中;通過NB-IOT傳輸?shù)皆品?wù)器數(shù)據(jù)庫中，可以在終端上查看數(shù)據(jù)，了解到積水情況;同時根據(jù)實際情況判斷是否需要通過LORA無線傳輸?shù)角爸脠缶@示屏顯示，監(jiān)測樁報警器報警。

由超聲波傳感器、藍(lán)牙、flash儲存器、報警器、LORA、NB-IOT、電源、繼電器八大模塊為CPU服務(wù)，電源、LORA、LED條屏組成前置報警顯示屏。兩者共同構(gòu)成NB-IOT城市報警監(jiān)測樁的硬件，來實現(xiàn)海量連接，遠(yuǎn)距離傳輸、顯示，并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆品?wù)器，通過終端查看數(shù)據(jù)。

2 軟件設(shè)計

城市積水監(jiān)測報警系統(tǒng)全過程采用TCP/IP通信協(xié)議，客戶端采用HTML超文本標(biāo)記語言服務(wù)器;使用Apache、IIS等作為web服務(wù)器軟件，其次通過PHP模塊執(zhí)行，最后利用MYSQL作為數(shù)據(jù)庫。

超聲波傳感器實時監(jiān)測道路低洼處、下穿式立交橋和隧道的積水水位，并通過NB-IOT網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程傳送至基站。

立交橋、隧道監(jiān)測點可通過LORA無線傳輸至前置LED條屏上，顯示當(dāng)前積水水位高度，提示車主謹(jǐn)慎通行。

水位過高、設(shè)備異常時系統(tǒng)自動報警，并自動向開啟藍(lán)牙裝置顯示當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)經(jīng)緯度，在地圖上顯示此地水位過高不宜車輛通行。

通信網(wǎng)絡(luò)：NB-IOT、LORA、藍(lán)牙通訊。

開始對系統(tǒng)和各個模塊進(jìn)行初始化，其次設(shè)置傳感參數(shù)的值，當(dāng)超聲波監(jiān)測水位大于等于0.2 m時前置報警顯示屏顯示水位深度，否則超聲波監(jiān)測器休眠。如果當(dāng)超聲波監(jiān)測水位大于等于0.4 m時前置報警顯示屏顯示水位深度，同時報警器報警（水位每2 s監(jiān)測一次，每10 s處理一次）。最后將數(shù)據(jù)上傳平臺，下一步繼續(xù)監(jiān)測相關(guān)數(shù)據(jù)的一個循環(huán)流程。

3 系統(tǒng)調(diào)試

3.1 模塊性能調(diào)試

超聲波傳感器對透明或有色物體，金屬或非金屬物體，固體、液體、粉狀物質(zhì)均能監(jiān)測。我們在RTU采集水位數(shù)據(jù)時增加了濾波處理，在極短時間內(nèi)水位數(shù)據(jù)超過設(shè)定值的數(shù)據(jù)，能夠很好的解決模塊的專一監(jiān)測。

NB-IOT模塊使用License頻段，可取帶內(nèi)、保護(hù)帶或獨立載波等三種部署方式，與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)共存，功耗低、在同樣的頻段下，NB-IoT比現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)增益20 dB，提升覆蓋區(qū)域的能力。

3.2 動態(tài)調(diào)試

本設(shè)計將核心CPU與各個模塊相連接，接通電源后進(jìn)行動態(tài)調(diào)試，通過超聲波傳感器將監(jiān)測到的積水信號傳輸至核心CPU，核心CPU把監(jiān)測到的積水信號通過NB-IoT平臺上進(jìn)行顯示。

通過硬件將傳感器模塊、核心CPU模塊、NB-IoT模塊等進(jìn)行連接通訊，經(jīng)測試后發(fā)現(xiàn)該軟件不存在錯誤，并通過調(diào)試證明軟件開發(fā)的正確性?？头瞬捎肏TML超文本標(biāo)記語言服務(wù)器;使用Apache、IIS等作為web服務(wù)器軟件，其次通過PHP模塊執(zhí)行，最后利用MYSQL作為數(shù)據(jù)庫，最終實現(xiàn)城市交通道路積水預(yù)警系統(tǒng)。

4 結(jié)論

本設(shè)計是針對立交橋、下穿道、低洼地段等積水路段道路暢通、安全等設(shè)計出的城市交通積水預(yù)警系統(tǒng)，系統(tǒng)通過在線監(jiān)測城市道路積水深度，實時LED屏提醒過往車輛，水深極度危險時及時發(fā)出報警，通過NB-IOT上傳云服務(wù)及時推送服務(wù)為預(yù)過往車輛提供積水地圖（OneNET平臺）輔助導(dǎo)航。提高了道路的通暢能力，設(shè)計更方便、高效、節(jié)能、信息、安全的道路積水預(yù)警系統(tǒng)。

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