基于NB-IOT的城市道路積水預警裝置

羅金周 李克勤 張仁永 樊業雙 吳夢瑤

摘 要：針對低洼道路積水帶來的災害的問題，設計了一款城市道路積水預警系統對積水深度進行數據分析、實時監控預警、閥值預警。系統采用超聲波實時監測水位的高度，當水位達到車輛和行人無法通過的高度時啟動報警裝置，將數據顯示在前方路口的前置報警顯示屏上，并借助NB-IOT技術把積水深度傳輸到基站，用藍牙裝置鎖定當前積水坐標經緯度，通過NB-IOT通訊傳送到OneNET地圖平臺，用戶根據地圖顯示能提前預知此地積水深度，根據積水深度決定是否需要改變行程。以此達到對用戶示警的目的。

關鍵詞：城市低洼路段積水;預警;NB-IOT

中圖分類號：U495 文獻標識碼：A

0 引言

隨著我國城市化進程的加快，交通運輸業不斷發展，城市交通道路建設得到了快速的發展。為了緩解交通壓力，保證出行暢通，許多城市建設了不少的立交橋和下穿隧道。每當暴雨時節，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害成為了政府部門關注的重點問題。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 硬件電路的設計與實現

首先是通過監測模塊給CPU輸入信號，藍牙模塊定位監測樁，在OneNET平臺地圖上顯示積水點，CPU再對采集到的數據進行分析處理，儲存在flash儲存器中;通過NB-IOT傳輸到云服務器數據庫中，可以在終端上查看數據，了解到積水情況;同時根據實際情況判斷是否需要通過LORA無線傳輸到前置報警顯示屏顯示，監測樁報警器報警。

由超聲波傳感器、藍牙、flash儲存器、報警器、LORA、NB-IOT、電源、繼電器八大模塊為CPU服務，電源、LORA、LED條屏組成前置報警顯示屏。兩者共同構成NB-IOT城市報警監測樁的硬件，來實現海量連接，遠距離傳輸、顯示，并將數據傳輸到云服務器，通過終端查看數據。

2 軟件設計

城市積水監測報警系統全過程采用TCP/IP通信協議，客戶端采用HTML超文本標記語言服務器;使用Apache、IIS等作為web服務器軟件，其次通過PHP模塊執行，最后利用MYSQL作為數據庫。

超聲波傳感器實時監測道路低洼處、下穿式立交橋和隧道的積水水位，并通過NB-IOT網絡遠程傳送至基站。

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

水位過高、設備異常時系統自動報警，并自動向開啟藍牙裝置顯示當地坐標經緯度，在地圖上顯示此地水位過高不宜車輛通行。

通信網絡：NB-IOT、LORA、藍牙通訊。

開始對系統和各個模塊進行初始化，其次設置傳感參數的值，當超聲波監測水位大于等于0.2 m時前置報警顯示屏顯示水位深度，否則超聲波監測器休眠。如果當超聲波監測水位大于等于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監測一次，每10 s處理一次）。最后將數據上傳平臺，下一步繼續監測相關數據的一個循環流程。

3 系統調試

3.1 模塊性能調試

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、粉狀物質均能監測。我們在RTU采集水位數據時增加了濾波處理，在極短時間內水位數據超過設定值的數據，能夠很好的解決模塊的專一監測。

NB-IOT模塊使用License頻段，可取帶內、保護帶或獨立載波等三種部署方式，與現有網絡共存，功耗低、在同樣的頻段下，NB-IoT比現有的網絡增益20 dB，提升覆蓋區域的能力。

3.2 動態調試

本設計將核心CPU與各個模塊相連接，接通電源后進行動態調試，通過超聲波傳感器將監測到的積水信號傳輸至核心CPU，核心CPU把監測到的積水信號通過NB-IoT平臺上進行顯示。

通過硬件將傳感器模塊、核心CPU模塊、NB-IoT模塊等進行連接通訊，經測試后發現該軟件不存在錯誤，并通過調試證明軟件開發的正確性。客服端采用HTML超文本標記語言服務器;使用Apache、IIS等作為web服務器軟件，其次通過PHP模塊執行，最后利用MYSQL作為數據庫，最終實現城市交通道路積水預警系統。

4 結論

本設計是針對立交橋、下穿道、低洼地段等積水路段道路暢通、安全等設計出的城市交通積水預警系統，系統通過在線監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出報警，通過NB-IOT上傳云服務及時推送服務為預過往車輛提供積水地圖（OneNET平臺）輔助導航。提高了道路的通暢能力，設計更方便、高效、節能、信息、安全的道路積水預警系統。

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