一种低功耗的道路浸水检测系统

技术领域

本发明专利涉及智慧水利、水务、城市排水治理领域，具体涉及一种低功耗的道路浸水检测系统。

背景技术

城市内涝在中国比较普遍；从发生的区域来看，一些地势比较低的沿海地区，降水量大的内陆城市；过去城市建设用地面积小，可选择的区域比较大；城市建设一般都选择地势比较高的地区，但是现今城市用地十分紧张，可选择的余地少；

城市的某些特定地点的发生率较高，例如立交桥；随着现代城市的建设排水内涝方面也出现许多新问题，很多地方的立交桥下，降雨后会积水；过街的地下通道、铁路桥、公路桥也存在类似情况；

因此我们提出一种低功耗的道路浸水检测系统，本系统是针对城市内涝积水的特点而研发设计的一款道路及低洼区域积水数据采集传输设备；该设备外观小巧，施工简单，解决了城市施工繁杂的问题，可跟道路、桥梁等工程融为一体，特别适用于城市道路积水监测。

发明内容

本发明专利提供了一种低功耗的道路浸水检测系统，用以解决现有施工困难、监测巡查不便、成本高的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种低功耗的道路浸水检测系统，包括：

前端传感采集模块，所述前端传感采集模块安装于道路低洼路面，所述前端传感采集模块包括：

金属探针、压力传感器和采集单元，路面积水时，通过所述前端采集器上的金属探针激活采集单元，此时压力传感器开始工作，根据设定的间隔时间对压力数据进行若干次采集；

所述前端传感采集模块还包括：

声光告警设备，所述内置集成电路板的输出端与所述声光告警设备的控制端电性连接，通过联动声光告警设备，当水位超过预设高度激活声光告警设备，进行报警；

通信中继器，所述通信中继器通过LORA通信模组采集所述前端传感采集模块信号并利用RTU通过4G网络将数据进行远传；

LED显示模块，所述LED显示模块用于对前端传感采集模块采集到的积水数据进行实时播报和提示；

安装于管理单位机房的云服务器，所述云服务器包括：

终端应用管理平台，所述终端应用管理平台具体应用为：

数据处理、智慧终端服务，提供实时、历史数据服务，智慧终端采集及部署管理，协助人员排水执法管理。

优选的，所述前端传感采集模块还包括：

内置集成线路板和锂亚电池，所述内置集成电路板利用压力与水位的换算关系计算积水深度，所述锂亚电池用于对所述前端传感采集模块中的电元件进行供电。

优选的，所述金属探针判断积水情况，有积水则激活采集单元以及压力传感器开始工作，路面不积水时，所述前端传感采集模块处于休眠状态。

优选的，所述压力传感器采集积水对传感器的压力数据，每五秒采集一次压力数据并将数据传输给内置集成电路板。

优选的，所述锂亚电池为一次性锂亚电池，所述锂亚电池以锂为阳极，碳作阴极载体，无水四氯铝酸锂的亚硫酰氯溶液作电解液，电池的活性物质中含有钙金属卤化物。

优选的，所述通信中继器内置LORA通信模组和4G通信模组，所述LORA通信模组用于前端传感采集模块接收前端传感器数据，所述4G通信模组实现将接收来的数据通过4G信号遵循水文监测数据通信规约远传至云服务器，同时通信中继器支持远程参数设置，远程数据提取，远程升级，数据定时报送，支持太阳能及市电进行供电。

优选的，所述LORA通信模组包括：

第一射频芯片和第二射频芯片，第一射频芯片具有预定的第一通信参数，响应于接收到LoRa节点以第一通信参数发送的第一上行消息，LoRa网关利用第一射频芯片向LoRa节点发送第一下行消息，第一下行消息包括第二射频芯片的第二通信参数。

优选的，所述终端应用管理平台包括：

数据处理部分，所述数据处理部分包括数据汇聚融合以及智能计算，所述智能计算通过内置在终端应用管理平台内的智能算法组件进行计算。

优选的，所述终端应用管理平台还包括：

管理终端部分，所述管理终端部分包括管理主机，所述管理主机用于储存和提供实时、历史数据服务，并且所述管理主机还用于对前端传感采集模块的部署和管理；

报警联动手机，所述报警联动手机用于进行语音消息、电子地图定位信息综合展示，传输实时、历史数据，协助人员排水执法管理。

综上所述，由于采用了上述技术，本发明的有益效果是：

本发明根据城市内涝积水的特点而研发设计的一款道路及低洼区域积水数据智能监测及应用系统；

该系统前端传感采集模块外观小巧，施工简单，解决了城市施工繁杂的问题，可跟道路、桥梁等工程融为一体，特别适用于城市道路积水监测，整体设计功耗低，可靠性高，误报率低，适用于恶劣环境，可长期免维护，电池最长工作时间可达5年；

后端云服务器可实现与现场联动管理，做到预警、预报、及时处理。

附图说明

图1为本发明道路浸水监测系统的系统框图；

图2为本发明前端传感采集模块的结构示意图；

图3为本发明终端应用管理平台的系统框图。

图中：11、金属探针；12、压力传感器；13、内置集成线路板13；14、锂亚电池14。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了如图1-3所示的一种低功耗的道路浸水检测系统，其特征在于，包括：

前端传感采集模块，所述前端传感采集模块安装于道路低洼路面，所述前端传感采集模块包括：

金属探针11、压力传感器12和采集单元，路面积水时，通过所述前端采集器上的金属探针11激活采集单元，此时压力传感器12开始工作，根据设定的间隔时间对压力数据进行若干次采集；所述金属探针11判断积水情况，有积水则激活采集单元以及压力传感器12开始工作，路面不积水时，所述前端传感采集模块处于休眠状态，所述压力传感器12采集积水对传感器的压力数据，每五秒采集一次压力数据并将数据传输给内置集成电路板；

所述前端传感采集模块还包括：

声光告警设备，所述内置集成电路板的输出端与所述声光告警设备的控制端电性连接，通过联动声光告警设备，当水位超过预设高度激活声光告警设备，进行报警；

所述前端传感采集模块还包括：

内置集成线路板和锂亚电池，所述内置集成电路板利用压力与水位的换算关系计算积水深度，所述锂亚电池用于对所述前端传感采集模块中的电元件进行供电，所述锂亚电池为一次性锂亚电池，所述锂亚电池以锂为阳极，碳作阴极载体，无水四氯铝酸锂的亚硫酰氯溶液作电解液，电池的活性物质中含有钙金属卤化物；

前端传感采集模块外观小巧，施工简单，解决了城市施工繁杂的问题，可跟道路、桥梁等工程融为一体，特别适用于城市道路积水监测，整体设计功耗低，可靠性高，误报率低，适用于恶劣环境，可长期免维护，电池最长工作时间可达5年；

通信中继器，所述通信中继器通过LORA通信模组采集所述前端传感采集模块信号并利用RTU通过4G网络将数据进行远传，所述通信中继器内置LORA通信模组和4G通信模组，所述LORA通信模组用于前端传感采集模块接收前端传感器数据，所述4G通信模组实现将接收来的数据通过4G信号遵循水文监测数据通信规约远传至云服务器，同时通信中继器支持远程参数设置，远程数据提取，远程升级，数据定时报送，支持太阳能及市电进行供电；

所述LORA通信模组包括：

第一射频芯片和第二射频芯片，第一射频芯片具有预定的第一通信参数，响应于接收到LoRa节点以第一通信参数发送的第一上行消息，LoRa网关利用第一射频芯片向LoRa节点发送第一下行消息，第一下行消息包括第二射频芯片的第二通信参数；

具体的，LoRa网关还包括：

检测模块，用于检测所述第二射频芯片当前设置的第二通信参数的性能指标；

修改模块，用于在所述性能指标低于第一阈值的情况下，修改所述第二通信参数；

所述LoRa网关对应一个或多个目标LoRa节点，所述性能指标用于反映所述LoRa网关所在LoRa网络与其他LoRa网络的数据包碰撞概率，所述检测模块检测所述第二射频芯片接收到的上行消息所对应的LoRa节点为非目标LoRa节点的概率，所述修改模块在所述概率大于第二预定阈值的情况下，修改所述第二通信参数；

所述LoRa网关还利用所述第一射频芯片向所述LoRa节点发送第二下行消息，所述第二下行消息包括修改后的第二通信参数；

所述LoRa网关响应于再次接收到所述LoRa节点发送的上行消息，利用所述第一射频芯片发送所述第二下行消息；

所述第一通信参数包括第一频点和第一扩频因子，并且/或者所述第二通信参数包括第二频点和第二扩频因子；

响应于接收到所述LoRa节点以所述第二通信参数周期性发送的需要应答的第二上行消息，向所述LoRa节点发送用于应答的第三下行消息；

作为可选的，所述4G通信模组至少支持一路USB，所述预认证4G通信模块还包括一个MCU，所述MCU至少支持两路USB，MCU和所述内置4G通信模组集成在一个PCB上，MCU的第一USB和内置4G通信模组通过USB总线连接，互相收发数据和指令；MCU的第二USB作为所述预认证4G通信模块与外部设备端连接的USB接口，与设备端互相收发数据和指令；

LED显示模块，所述LED显示模块用于对前端传感采集模块采集到的积水数据进行实时播报和提示；

安装于管理单位机房的云服务器，所述云服务器包括：

终端应用管理平台，所述终端应用管理平台具体应用为：

数据处理、智慧终端服务，提供实时、历史数据服务，智慧终端采集及部署管理，协助人员排水执法管理，所述终端应用管理平台包括：

数据处理部分，所述数据处理部分包括数据汇聚融合以及智能计算，所述智能计算通过内置在终端应用管理平台内的智能算法组件进行计算；

所述终端应用管理平台还包括：

管理终端部分，所述管理终端部分包括管理主机，所述管理主机用于储存和提供实时、历史数据服务，并且所述管理主机还用于对前端传感采集模块的部署和管理，后端云服务器可实现与现场联动管理，做到预警、预报、及时处理。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。