基于NB-IOT的城市道路积水预警装置

罗金周 李克勤 张仁永 樊业双 吴梦瑶

摘 要：针对低洼道路积水带来的灾害的问题，设计了一款城市道路积水预警系统对积水深度进行数据分析、实时监控预警、阀值预警。系统采用超声波实时监测水位的高度，当水位达到车辆和行人无法通过的高度时启动报警装置，将数据显示在前方路口的前置报警显示屏上，并借助NB-IOT技术把积水深度传输到基站，用蓝牙装置锁定当前积水坐标经纬度，通过NB-IOT通讯传送到OneNET地图平台，用户根据地图显示能提前预知此地积水深度，根据积水深度决定是否需要改变行程。以此达到对用户示警的目的。

关键词：城市低洼路段积水;预警;NB-IOT

中图分类号：U495 文献标识码：A

0 引言

随着我国城市化进程的加快，交通运输业不断发展，城市交通道路建设得到了快速的发展。为了缓解交通压力，保证出行畅通，许多城市建设了不少的立交桥和下穿隧道。每当暴雨时节，立交桥、下穿道等低洼地段，都会因地势较低、排水不畅或其它原因造成严重的积水，有过往车辆冒险涉水穿行被困，也有车中乘员，因未及时逃离，窒息而亡的案例！因此，如何有效防止城市低洼道路积水带来的灾害成为了政府部门关注的重点问题。目前，城市低洼路段积水给市民出行带来的安全问题并没有得到有效的解决。

1 硬件电路的设计与实现

首先是通过监测模块给CPU输入信号，蓝牙模块定位监测桩，在OneNET平台地图上显示积水点，CPU再对采集到的数据进行分析处理，储存在flash储存器中;通过NB-IOT传输到云服务器数据库中，可以在终端上查看数据，了解到积水情况;同时根据实际情况判断是否需要通过LORA无线传输到前置报警显示屏显示，监测桩报警器报警。

由超声波传感器、蓝牙、flash储存器、报警器、LORA、NB-IOT、电源、继电器八大模块为CPU服务，电源、LORA、LED条屏组成前置报警显示屏。两者共同构成NB-IOT城市报警监测桩的硬件，来实现海量连接，远距离传输、显示，并将数据传输到云服务器，通过终端查看数据。

2 软件设计

城市积水监测报警系统全过程采用TCP/IP通信协议，客户端采用HTML超文本标记语言服务器;使用Apache、IIS等作为web服务器软件，其次通过PHP模块执行，最后利用MYSQL作为数据库。

超声波传感器实时监测道路低洼处、下穿式立交桥和隧道的积水水位，并通过NB-IOT网络远程传送至基站。

立交桥、隧道监测点可通过LORA无线传输至前置LED条屏上，显示当前积水水位高度，提示车主谨慎通行。

水位过高、设备异常时系统自动报警，并自动向开启蓝牙装置显示当地坐标经纬度，在地图上显示此地水位过高不宜车辆通行。

通信网络：NB-IOT、LORA、蓝牙通讯。

开始对系统和各个模块进行初始化，其次设置传感参数的值，当超声波监测水位大于等于0.2 m时前置报警显示屏显示水位深度，否则超声波监测器休眠。如果当超声波监测水位大于等于0.4 m时前置报警显示屏显示水位深度，同时报警器报警（水位每2 s监测一次，每10 s处理一次）。最后將数据上传平台，下一步继续监测相关数据的一个循环流程。

3 系统调试

3.1 模块性能调试

超声波传感器对透明或有色物体，金属或非金属物体，固体、液体、粉状物质均能监测。我们在RTU采集水位数据时增加了滤波处理，在极短时间内水位数据超过设定值的数据，能够很好的解决模块的专一监测。

NB-IOT模块使用License频段，可取带内、保护带或独立载波等三种部署方式，与现有网络共存，功耗低、在同样的频段下，NB-IoT比现有的网络增益20 dB，提升覆盖区域的能力。

3.2 动态调试

本设计将核心CPU与各个模块相连接，接通电源后进行动态调试，通过超声波传感器将监测到的积水信号传输至核心CPU，核心CPU把监测到的积水信号通过NB-IoT平台上进行显示。

通过硬件将传感器模块、核心CPU模块、NB-IoT模块等进行连接通讯，经测试后发现该软件不存在错误，并通过调试证明软件开发的正确性。客服端采用HTML超文本标记语言服务器;使用Apache、IIS等作为web服务器软件，其次通过PHP模块执行，最后利用MYSQL作为数据库，最终实现城市交通道路积水预警系统。

4 结论

本设计是针对立交桥、下穿道、低洼地段等积水路段道路畅通、安全等设计出的城市交通积水预警系统，系统通过在线监测城市道路积水深度，实时LED屏提醒过往车辆，水深极度危险时及时发出报警，通过NB-IOT上传云服务及时推送服务为预过往车辆提供积水地图（OneNET平台）辅助导航。提高了道路的通畅能力，设计更方便、高效、节能、信息、安全的道路积水预警系统。

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