城市内涝预警系统方案

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1、城市内涝预警系统方案深圳市宝安区污水设施管理中心哈尔滨工业大学深圳研究生院2013-03-2013目录一、研究背景3（一）城市内涝（waterlogging）3（二）预警系统4二、技术路线4（一）功能描述4（二）总体设计5三、关键技术10四、经费预算11五、项目实施工作计划1213一、研究背景（一）城市内涝（waterlogging）深圳属亚热带海洋性气候，雨量充沛。据三防部门介绍，深圳市有260多处内涝点，内涝面积180多平方公里，影响人口约280万人。城市内涝频发，不仅对居民生命财产安全造成威胁，也严重影

2、响城市的正常运转（见图1）。图1城市内涝破坏交通在经济高速发展时期，人类活动对城市内涝灾害的影响日趋显著。首先城市化改变了城市的地形/地貌，进而影响降水产汇流条件。随着市区的扩张，房屋建筑更加密集，混凝土铺盖的不透水面积不断增加，而地表植被和坑塘日益减少，致使地表的持水、滞水及渗透能力减弱。暴雨时产汇流时间缩短，地表及河道径流量猛增，内涝灾害加剧[1,2]。同时，城市空间立体开发。如地下室、地下停车场、地铁、道路的下挖式立交通道等的大量修建，一旦进水积涝，其损失也是巨大。13（二）预警系统目前，城市尚无专门的

3、内涝实时监测系统，暴雨发生时往往不能给出及时、准确内涝情况，难以采取合理地应对措施。从技术上讲，对既定的城市排水网络，可用明确的解析函数描述:城市内涝区域的积水模型;积涝模型，涉及的参数包括管道流量、暴雨强度、汇水面积、径流系数等[2,3]；城市积涝风险分析模型[5]。城市内涝可以实时测量并预警。本案提出的内涝预警系统设计，根据先验知识实时监测内涝灾害最直观的表现因素-排水井/检查井（manhole）的水位变化。在关键节点安装水位监测装置，并与监控系统通信，实时监测观测区域内水位的变化情况，并根据模糊逻辑为工

4、作人员提供预警决策。二、技术路线（一）功能描述针对实际问题，城市内涝预警系统应具备如下指标：（1）实时水位监控水位监测是本系统应要求的主要功能。要求该系统能够快速有效地实现关键节点的水位检测，并通过无线通信完成可靠的数据传输。（2）低功耗本试验系统的观测节点可以采用两种方式供电：（a）直接利用下水井周边市电；（b）拟采用小型蓄电池13配合太阳能电池独立供电。无论采用哪种供电方式，低功耗都是系统的考虑要素。（3）低成本考虑到一个实用的监测系统必然是一个大规模的城市网络，只有控制观测节点的成本才能保证网络构建的可

5、扩展性。（4）良好的环境适应性排水井/下水道环境恶劣，这就要求观测节点须具有良好的环境适应性，基本的环境适应性指标包括：-防泥沙、灰尘，防水，防潮（5）应用方便监控中心（如图2所示）具有友好的人机界面，监控软件：A、能够近实时绘制排水井水位曲线；B、能够根据用户需要查询任意节点任意时间段的水位监测数据，为数据分析和挖掘提供可靠的数据支持。（二）总体设计（1）系统构成整个系统由两大部分组成：监控中心和位于现场的一系列观测节点。监控中心：如图2（a）所示，负责现场监测的所有观测节点。监控中心与观测节点之间通过GP

6、RS的无线无线通信互传数据。图2（b）为监控软件的模拟图，主要功能是为工作人员提供一目了然的水位、涨速以及预警系数（预警级别）。13图2（a）系统总体构成图2（b）软件功能模拟图（2）观测节点观测节点：如图3所示，主要包括三部分：低功耗控制器、水位采集模块和通信模块。此外，为了维持观测节点的稳定工作，微控制器还要执行一些其他辅助功能，例如，对于独立供电的节点，需要检测蓄电池的电量，并在低电量时向监控中心发出低电量警告。为了尽可能降低系统功耗，采用如下措施：A、观测节点采用低功耗单片机，如MSP430系列或C8

7、051F13的低功耗系列单片机，如C8051F985在20MHz时钟工作时电流仅为3mA，消耗功率10mW。B、根据水位变化率调节观测节点的工作能耗：-水位变化率小，采用较长时间间隔观测水位，如每1分钟或每5分钟观测一次。-水位变化率较大时，实时观测，适时预警。观测节点的详细功能框图如图7所示。系统基本组件包括：蓄电池、微控制器、水位测量模块、GPRS通信模块。水位水位监测采集模块图3观测节点的功能框图（3）预警决策：利用模糊逻辑实现决策，输入量为水位及其涨速，输出量为预警级别。预警级别具体表征观测节点处发生

8、溢水的可能性。表1利用模糊逻辑计算预警级别涨速水位极低低中高极高13负低低低中中低低低中高高中低中中高高高中中高高高（4）水位采集模块水位采集模块要完成水位测量以及水位信息转化为可传输的数据。本项目采用液位传感器来实现水位的自动测量。液位传感器采用PTH-RS485数字压力变送器技术实现，具有高精度、高可靠性、使用和安装方便等特点。同时，传感器采用低功耗、宽电压设计。在不进行数字通讯的情况下，功耗