本發(fā)明涉及一種基于4G網絡的防雷擊隧道積水警示系統(tǒng)及方法。

背景技術：

隨著社會經濟的發(fā)展，人們生活水平的提高，購買私家車的市民越來越多，城市中也修建了大量城市道路立交橋和下穿隧道。近幾年來，城市內澇現象愈演愈烈，下穿隧道低洼處就會有大量積水。這些積水不僅可能造成車輛熄火、交通堵塞，甚至有可能對市民的生命財產安全造成嚴重危害，為了解決這一問題，人們發(fā)明了各式各樣的隧道水位監(jiān)視系統(tǒng)。

現有的一些隧道水位監(jiān)視系統(tǒng)，大多具備水位檢測和顯示能力，能夠在隧道出入口處顯示隧道內當前積水狀況，以提示行人和車輛謹慎進入。即便如此，當前這些系統(tǒng)依舊有諸多缺陷：基本不能實現數據共享，某隧道的積水數據只能供其自己使用，無法上傳至交通指揮單元，因此只能對該隧道附近的局部車流量進行調整；如果遭遇暴雨天氣，系統(tǒng)有可能遭遇雷擊而癱瘓，無法發(fā)揮其作用。

技術實現要素：

本發(fā)明的目的是為了解決現有的隧道水位監(jiān)視系統(tǒng)不能實現監(jiān)測數據共享，發(fā)生積水時只能局部調整的問題，而提出一種基于4G網絡的防雷擊隧道積水警示系統(tǒng)及方法。

一種基于4G網絡的防雷擊隧道積水警示系統(tǒng)，其組成包括信息處理傳送單元、水位檢測單元、警示單元、指揮單元、避雷單元和供電單元，信息處理傳送單元與水位檢測單元之間通過供電及信息傳輸纜線雙向傳輸，信息處理傳送單元與警示單元之間雙向傳輸，信息處理傳送單元與指揮單元之間通過4G網絡雙向傳輸；信息處理傳送單元和供電單元上分別安裝避雷單元，水位檢測單元、信息處理傳送單元、警示單元和避雷單元都與供電單元連接。

一種基于4G網絡的防雷擊隧道積水警示方法，

步驟一、將水位檢測單元設置為初始的值班狀態(tài)，以時間間隔t₁為周期，水位檢測單元檢測安裝位置的水位信息，水位檢測單元內部的微功耗檢測模塊處于工作狀態(tài)，液位傳感器和水密接插件處于下電狀態(tài)；

步驟二、水位檢測單元仍然處于工作狀態(tài)，微功耗檢測模塊對液位傳感器上電，液位傳感器進行水位高度檢測，若未檢測到水位結果，則斷電等待t₁時間后重復上電、水位高度檢測動作，直到檢測到水位高度的值后水位檢測單元轉入工作狀態(tài)；

步驟三、水位檢測單元處于工作狀態(tài)，以時間間隔t₂為周期，水位檢測單元檢測水位高度信息；其中，t₁>t₂；

步驟四、水位檢測單元將檢測到的水位高度信息后，發(fā)送給信息處理傳送單元的信息處理模塊進行編碼，之后上傳給收發(fā)傳送模塊，收發(fā)傳送模塊存儲水位高度信息并通過4G網絡將其發(fā)往指揮單元；

步驟五、指揮單元接到水位高度信息后給出處理信息，處理信息下傳到信息處理傳送單元的收發(fā)傳送模塊，收發(fā)傳送模塊發(fā)送給信息處理模塊進行解碼，然后才能傳送給水位檢測單元；

步驟六、水位檢測單元返回步驟一。

本發(fā)明的有益效果為：

本發(fā)明將水位檢測單元安裝于隧道內最低洼處，警示單元安裝于隧道兩側進出通道最醒目位置，供電單元安裝于隧道上方采光最好的位置，信息處理與傳送裝置安裝于隧道上方4G通信質量好的位置，避雷單元安裝于信息處理與傳送裝置和供電單元的上方。利用信息處理模塊進行信息編解碼和信息存儲功能，水位檢測模塊上報信息時，須在此進行編碼后才能上傳給收發(fā)傳送模塊，進而將數據發(fā)往指揮單元；指揮單元下傳的信息經收發(fā)傳送模塊后，在信息處理模塊處進行解碼，然后才能傳送給水位檢測單元。信息處理模塊具備對雙向的信息進行數據存儲的能力，能夠對數據進行滾動式存儲，正常工作狀態(tài)下，累計最長存儲周期至一年。

在避雷裝置的保護下，系統(tǒng)可以對隧道內的積水深度進行測量和存儲，并把隧道內的積水狀況通過入口處的電子顯示屏和警示燈實時顯示，及時提醒駕駛員是否可以順利通過隧道。與此同時，本發(fā)明還能將數據通過4G網絡上傳至遠程指揮中心，便于指揮中心進行相關調度，調整經過各隧道的車流量，進而較大程度地緩解交通壓力。

附圖說明

圖1是本發(fā)明涉及的系統(tǒng)硬件整體框圖；

圖2是本發(fā)明涉及的水位檢測單元的硬件結構示意圖。

具體實施方式

具體實施方式一：

本實施方式的基于4G網絡的防雷擊隧道積水警示系統(tǒng)，結合圖1所示，其組成包括信息處理傳送單元1、水位檢測單元2、警示單元3、指揮單元4、避雷單元5和供電單元6，信息處理傳送單元1與水位檢測單元2之間通過供電及信息傳輸纜線7雙向傳輸，信息處理傳送單元1與警示單元3之間雙向傳輸，信息處理傳送單元1與指揮單元4之間通過4G網絡雙向傳輸；信息處理傳送單元1和供電單元6上分別安裝避雷單元5，水位檢測單元2、信息處理傳送單元1、警示單元3和避雷單元5都與供電單元6連接。

其中，交通指揮單元4包括信息顯控與傳送裝置，信息顯控與傳送裝置可以控制和管理水位檢測單元2的工作狀態(tài)并進行工作參數設置。

具體實施方式二：

與具體實施方式一不同的是，本實施方式的基于4G網絡的防雷擊隧道積水警示系統(tǒng)，所述的信息處理傳送單元1包括信息處理模塊8和收發(fā)傳送模塊9，其中，信息處理模塊8包括Flash存儲器10和ARM處理器11，ARM處理器11的第一GPIO接口組12與Flash存儲器10雙向傳輸，ARM處理器11的第二GPIO接口組13與所述水位檢測單元2雙向傳輸，ARM處理器11的UART接口14與收發(fā)傳送模塊9雙向傳輸。

信息處理傳送單元1主要用于實現信息的上傳、下達和存儲功能，即與交通指揮單元4的信息顯控與傳送裝置完成信息的交換，并存儲信息。

具體實施方式三：

與具體實施方式一或二不同的是，本實施方式的基于4G網絡的防雷擊隧道積水警示系統(tǒng)，如圖2所示，所述的水位檢測單元2包括液位傳感器15、檢測模塊16、水密接插件17和水密艙18，水密艙18內部底面上安裝水密接插件17，水密艙18內部安裝檢測模塊16，水密艙18上蓋上安裝液位傳感器15，液位傳感器15的主體位于水密艙18內，液位傳感器15的探頭19漏出水密艙18上蓋外，且安裝探頭19處進行水密處理；

其中，液位傳感器15的探頭19外部扣裝固定于水密艙18上蓋上保護籠，用于保護探頭19不受外物損傷。水密艙18底部安裝水密接插件17，連接供電及信息傳輸纜線7。檢測模塊16控制液位傳感器15，采集液位信息，通過供電及信息傳輸纜線7上傳給信息處理與傳輸裝置，其中，檢測模塊16的檢測精度能達到毫米量級。

具體實施方式四：

與具體實施方式三不同的是，本實施方式的基于4G網絡的防雷擊隧道積水警示系統(tǒng)，所述警示單元3包括LED顯示屏20、警示燈21和驅動電路22，驅動電路22連接分別連接LED顯示屏20和警示燈21，且警示單元3通過驅動電路22連接信息處理傳輸裝置的Flash存儲器10和第一GPIO接口組12。

具體實施方式五：

與具體實施方式一、二或四不同的是，本實施方式的基于4G網絡的防雷擊隧道積水警示系統(tǒng)，所述的供電單元6包括太陽能儲能板23和蓄電池24，太陽能儲能板23連接蓄電池24，供電單元6通過蓄電池24與水位檢測單元2、信息處理傳送單元1、警示單元3和避雷單元5連接并為其供電，太陽能儲能板23把太陽能轉換成電能，并儲存在蓄電池24中，由蓄電池24為系統(tǒng)的各部分進行供電。本發(fā)明是基于清潔環(huán)保能源的自容式系統(tǒng)，無需更改現有土建，安裝和使用過程便捷。

具體實施方式六：

與具體實施方式五不同的是，本實施方式的基于4G網絡的防雷擊隧道積水警示系統(tǒng)，所述的供電及信息傳輸纜線7的外皮內包裹一根電源芯線、一根接地線和四根RS485數據線，其中，所述的接地線的直流通路電阻為10-50歐姆，該供電及信息傳輸纜線7內為縱向水密，外皮為防腐蝕橡膠材質，可長期埋藏于地下。

具體實施方式七：

與具體實施方式二、四或六不同的是，本實施方式的基于4G網絡的防雷擊隧道積水警示系統(tǒng)，所述的信息處理模塊8采用飛思卡爾公司的Kinetis L系列的KL26Z128V4單片機，它內嵌Cortex^TM-M0+內核，主頻為48MHZ，主要用于實現信息的上傳、下達和存儲功能，即與交通指揮單元4的信息顯控與傳送裝置完成信息的交換，并存儲信息。

具體實施方式八：

與具體實施方式七不同的是，本實施方式的基于4G網絡的防雷擊隧道積水警示系統(tǒng)，所述收發(fā)傳送模塊9選為芯訊通無線科技有限公司的SIM7100C型號4G網絡通信芯片，是一種基于LTE制式無線SIM卡，基于LTE制式的無線SIM卡模塊的4G網絡通信裝置，無須連接WIFI熱點就能夠接入4G網絡進行數據交換，且支持UART連接方式。

具體實施方式九：

本實施方式的基于4G網絡的防雷擊隧道積水警示方法：

步驟一、將水位檢測單元2設置為初始的值班狀態(tài)，以時間間隔t₁為周期，水位檢測單元2檢測安裝位置的水位信息，水位檢測單元2內部的微功耗檢測模塊16處于工作狀態(tài)，液位傳感器15和水密接插件17處于下電狀態(tài)；

步驟二、水位檢測單元2仍然處于工作狀態(tài)，微功耗檢測模塊16對液位傳感器15和水密接插件17上電，液位傳感器15進行水位高度檢測，若未檢測到水位結果，則斷電等待t₁時間后重復上電、水位高度檢測動作，直到檢測到水位高度的值后水位檢測單元2轉入工作狀態(tài)；

步驟三、水位檢測單元2處于工作狀態(tài)，以時間間隔t₂為周期，水位檢測單元2檢測水位高度信息；其中，t₁>t₂，t₁、t₂兩個參數依據具體情況分別進行設置；

步驟四、水位檢測單元2將檢測到的水位高度信息后，發(fā)送給信息處理傳送單元1的信息處理模塊8進行編碼，之后上傳給收發(fā)傳送模塊9，收發(fā)傳送模塊9存儲水位高度信息并通過4G網絡將其發(fā)往指揮單元4，便于統(tǒng)一調度和交通指揮；

步驟五、指揮單元4接到水位高度信息后給出處理信息，處理信息下傳到信息處理傳送單元1的收發(fā)傳送模塊9，收發(fā)傳送模塊9發(fā)送給信息處理模塊8進行解碼，然后才能傳送給水位檢測單元2；

步驟六、水位檢測單元2返回步驟一。

具體實施方式十：

本實施方式的基于4G網絡的防雷擊隧道積水警示方法，所述的水位檢測單元2的工作狀態(tài)下水位高度信息的檢測和上傳采用自適應調節(jié)方式，根據中國氣象上規(guī)定，每小時降雨量16毫米以上、或連續(xù)12小時降雨量30毫米以上、24小時降水量為50毫米或以上的雨稱為“暴雨”。按其降水強度大小又分為三個等級，即24小時降水量為50-99.9毫米稱“暴雨”、100-249.9毫米之間為“大暴雨”、250毫米以上稱“特大暴雨”，則水位高度變化速度小于10cm/h時，時間間隔t₂為比較長的1～2小時，當水位變化速度大于等于10cm/h時，時間間隔t₂自適應的變?yōu)檩^短的10～20min，檢測和上傳頻率加快，這種設計適于應對極端暴雨天氣。

工作原理：水位檢測單元2安裝于隧道內最低洼處，警示單元3安裝于隧道兩側進出通道最醒目位置，供電單元6安裝于隧道上方采光最好的位置，信息處理與傳送裝置安裝于隧道上方4G通信質量好的位置，避雷單元5安裝于信息處理與傳送裝置和供電單元6的上方。

所述的避雷單元5所采用的避雷針是提前放電主動式的防雷裝置，避雷針分別安裝在高于太陽能儲能板23和4G通信天線尖端數米且與之有一定的間隔的位置。

本系統(tǒng)具有隧道內部積水深度檢測能力，并且可以通過設置于隧道口的警示單元3對過往行人和車輛進行提示，在存儲當前數據的同時，通過4G網絡將積水狀況及時報送給交通指揮單元4，便于統(tǒng)一調度和交通指揮。本系統(tǒng)的供電單元6為太陽能發(fā)電裝置，可避免長距離鋪設供電線路，且配有避雷單元5，可防止雷擊。指揮單元4通過信息顯控與傳送裝置可以控制和顯示水位檢測單元的工作狀態(tài)并進行工作參數設置。

本發(fā)明還可有其它多種實施例，在不背離本發(fā)明精神及其實質的情況下，本領域技術人員當可根據本發(fā)明作出各種相應的改變和變形，但這些相應的改變和變形都應屬于本發(fā)明所附的權利要求的保護范圍。