一种基于WSN的城市内涝预警系统技术方案

本实用新型专利技术一种基于WSN的城市内涝预警系统，属于城市灾害预防和防洪防涝技术领域；多年来我国城市地下给排水管道信息及动态变化情况一直依靠人工统计汇总管理，精确性较差，与防治城市内涝精细化管理存在较大差距，城市内涝预警信息化投入不足，业务规范化、流程化程度较低，信息化水平难以满足城市内涝现代化管控的发展需求；本实用新型专利技术提供一种基于WSN的城市内涝预警系统，利用太阳能板、风力、水力进行自发电，适用于各种不同的检测环境，水位监测器监测井下水位信息并能够进行信息的无线传输，与井上监测相结合，达到超限报警阈值启动报警系统，实现实时查看测量点水位信息及变化，提高了城市内涝现代化管控的信息化水平。

An early warning system of urban waterlogging based on WSN

【技术实现步骤摘要】
一种基于WSN的城市内涝预警系统
本技术涉及城市灾害预防和防洪防涝
，更具体的说，它涉及一种基于WSN的城市内涝预警系统。
技术介绍
随着城市规模越来越大，利用传统的手段难以管理日益庞大与复杂的城市排水管网，暴雨时的城市内涝成为我国各大城市的通病。近年来，我国多个大中城市频繁遭遇内涝灾害袭击，造成了惨重的人员伤亡和财产损失。近5年来，我国300多个城市均发生了不同程度的内涝灾害，其特征表现为发生范围广、积水时间长、对城市发展及管理的后续影响严重、生命财产损失巨大。内涝灾害已成为我国政府和社会公众普遍关注的问题，我国大中城市近些年的快速建设，地下给排水管道分散，不同地区的水道条件、工程与类型、管理维护制度等有着较大的差异。而且，多年以来我国城市地下给排水管道信息及动态变化情况等数据一直依靠人工统计汇总管理，存在随意性较大、精确性较差的缺点，有时甚至处于模糊状态，与防治城市内涝精细化管理存在较大差距。城市内涝预警的信息化投入不足，业务规范化、流程化程度较低，信息化水平难以满足城市内涝现代化管控的发展需求。如何有效管理排水系统，充分发挥排水系统效率，防止城市内涝，是目前研究的重点课题。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足，本技术的目的在于提供一种基于WSN的城市内涝预警系统，无线传感器网络(WirelessSensorNetworks,WSN)是一种分布式传感网络，它的末梢是可以感知和检查外部世界的传感器，WSN中的传感器通过无线方式通信，网络设置灵活，设备位置能够随时更改，还能够与互联网进行连接，该技术主要用于城市排水网络自动采集水位信息，并对排水管网的各个采集节点、汇聚节点和网关节点实施自动监控。为实现上述目的，本技术提供了如下技术方案：一种基于WSN的城市内涝预警系统，包括井下水位信息采集系统和井上监测系统，井下水位采集系统包括若干放置在排水管网入河口的水位监测器，水位监测器包括舱体，舱体的顶端设有太阳能板，舱体的侧面设有锚环，舱体的底部设有超声波液位计和温度传感器，舱体内设有蓄电池、窄带物联网模块、定位模块和控制单元，蓄电池的充电口与太阳能板相连，控制单元的输入端分别与定位模块、温度传感器和超声波液位计相连，控制单元的输出端与窄带物联网模块相连，水位监测器利用定位模块和窄带物联网模块通过无线通信方式进行信息传输。井上监测系统包括水位信息分析系统和报警系统，水位信息分析系统接收井下水位信息采集系统传输的采集节点和汇聚节点的水位监测器的信息，实时监测水位信息，设定基本阈值和超限报警阈值；报警系统的启动器与水位信息分析系统连接。进一步，水位监测器还包括指示灯，指示灯设在太阳能板的支架上，指示灯与蓄电池相连。进一步，水位监测器还包括天线，天线设在舱体的顶部，天线与窄带物联网模块相连。进一步，定位模块为GPS芯片或北斗导航芯片。进一步，报警系统还包括报警器和显示屏。综上所述，本技术具有以下有益效果：本技术中的水位监测器能够利用太阳能板充电，适用于各种不同的检测环境，将水位监测器布置在需要监测的排水管网入河口，进行水位、水温的测量，所有监测点的水位信息利用无线网络传输至井上监测系统，中控人员可以实时查看各个测量点的水位信息及动态变化，进行自动汇总，在水位达到超限报警阈值时启动预警系统，提高了城市内涝现代化管控的信息化水平。附图说明图1为本技术的水位监测器结构示意图；图2为本技术的系统结构示意图。图中：1-太阳能板，2-温度传感器，3-指示灯，4-天线，5-舱体，6-锚环，7-超声波液位计，8-控制单元，9-蓄电池，10-窄带物联网模块，11-定位模块，31-采集节点，32-汇聚节点，33-水位信息分析系统，34-报警系统。具体实施方式下面结合附图对本技术作进一步详细说明。实施例：如图1~2所示，一种基于WSN的城市内涝预警系统，包括井下水位信息采集系统和井上监测系统，由井下的不同区域的采集节点31和汇聚节点32构成无线传感器网络的下层，井下水位采集系统包括若干放置在排水管网的水位监测器，水位监测器包括舱体5，舱体5整体为圆柱形，舱体5的顶部设有太阳能板1，舱体5的侧面设有锚环6，舱体5的底部设有超声波液位计7和温度传感器2，舱体5内设有蓄电池9、窄带物联网模块10、定位模块11和控制单元8，蓄电池9的充电口与太阳能板1相连，蓄电池9选用太阳能板1充电，适用于各种不同的检测环境，为减轻水位监测器的重量，蓄电池9选用锂电池；控制单元8选用STM32单片机，其输入端分别与定位模块11、温度传感器2和超声波液位计7相连，控制单元8的输出端与窄带物联网模块10相连，水位监测器通过无线通信方式进行信息传输，并能够与互联网进行连接，本实施例中，温度传感器2选用的型号为PT100。为便于进行信号指示，水位监测器还包括指示灯3，指示灯3设在太阳能板1的支架上，指示灯3与蓄电池9相连。为提高通信质量，水位监测器还包括天线4，天线4设在舱体5的顶部，天线4与窄带物联网模块10相连，在本实施例中，窄带物联网模块10选用中国移动OneMOOCNB-IOT/GSM物联网模块M5313，NB-IOT数据传输模块物联网模块内嵌华为海思芯片NB75v2，NB-IOTDTU串口NBIOT模块模组数据传输终端物联网可选用NB700v2。定位模块11为GPS芯片或北斗导航芯片，可选用型号为ATK1218-BD，GPS北斗双定位模块。井上监测系统包括水位信息分析系统33和报警系统34，属于无线传感器网络的上层，水位信息分析系统33接收下层的井下水位信息采集系统传输的采集节点31和汇聚节点32的水位监测器的信息，实时监测水位信息，根据水位监测器放置的实际环境设定基本阈值和超限报警阈值；报警系统34的启动器与水位信息分析系统34连接，水位信息达到超限报警阈值启动报警系统。报警系统34还包括报警器和显示屏，由超限报警阈值触发并启动报警系统，报警器报警并在显示屏上显示超限报警采集节点31的位置信息。对本技术的工作过程和原理进一步说明：将排水管网入河口的水位监测器利用锚环6固定在河提旁，舱体5浮在河面上，太阳能板1利用太阳能发电，所有电能储存到蓄电池9中，蓄电池9对耗能设备进行供电；窄带物联网模块10将水位、水流、位置数据实时的传输至井上监测系统，由水位信息分析系统33接收采集节点31和汇聚节点32的水位信息，并与预设的基本阈值和超限报警阈值进行对比，如果达到超限报警阈值，启动报警系统，开启报警器并在显示屏上显示相应位置信息，未达到超限报警阈值则保持监测常态。监控人员利用本技术进行数据分析、汇总，这样就可以辅助水利工作者对水利信息进行管理、分析与共享，节省开支，提高办公效率，提高城市内涝现代化管控的信息化水平。以上所述仅是本技术的优选实施方式，本技术的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本技术思路下的技术方案均属于本技术的保护范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于WSN的城市内涝预警系统，其特征在于：包括井下水位信息采集系统和井上监测系统，所述井下水位采集系统包括若干放置在排水管网的水位监测器，所述水位监测器包括舱体（5），舱体（5）的顶部设有太阳能板（1），舱体（5）的侧面设有锚环（6），舱体（5）的底部设有超声波液位计（7）和温度传感器（2），舱体（5）内设有蓄电池（9）、窄带物联网模块（10）、定位模块（11）和控制单元（8），蓄电池（9）的充电口与太阳能板（1）相连，控制单元（8）的输入端分别与定位模块（11）、温度传感器（2）和超声波液位计（7）相连，控制单元（8）的输出端与窄带物联网模块（10）相连，水位监测器利用定位模块（11）和窄带物联网模块（10）通过无线通信方式进行信息传输；/n所述井上监测系统包括水位信息分析系统（33）和报警系统（34），水位信息分析系统（33）接收井下水位信息采集系统传输的采集节点（31）和汇聚节点（32）的水位监测器的信息，报警系统（34）的启动器与水位信息分析系统（33）连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于WSN的城市内涝预警系统，其特征在于：包括井下水位信息采集系统和井上监测系统，所述井下水位采集系统包括若干放置在排水管网的水位监测器，所述水位监测器包括舱体（5），舱体（5）的顶部设有太阳能板（1），舱体（5）的侧面设有锚环（6），舱体（5）的底部设有超声波液位计（7）和温度传感器（2），舱体（5）内设有蓄电池（9）、窄带物联网模块（10）、定位模块（11）和控制单元（8），蓄电池（9）的充电口与太阳能板（1）相连，控制单元（8）的输入端分别与定位模块（11）、温度传感器（2）和超声波液位计（7）相连，控制单元（8）的输出端与窄带物联网模块（10）相连，水位监测器利用定位模块（11）和窄带物联网模块（10）通过无线通信方式进行信息传输；
所述井上监测系统包括水位信息分析系统（33）和报警系统（34），水位信息分析系统（33）接收井下水位信息采集系统传输的...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁春娣，柴锐，尹宏伟，毕远杰，赵洁琳，成一雄，侯静华，吕棚棚，褚桂红，田丰，
申请(专利权)人：山西省水利水电科学研究院，
类型：新型
国别省市：山西;14