一种城市基础设施内涝灾害监测系统和方法与流程

1.本发明涉及城市内涝灾害监测技术领域，具体涉及一种城市基础设施内涝灾害监测系统和方法。


背景技术：

2.随着近年来极端天气的增多，城市内涝问题日趋严重，内涝不但淹没道路，而且对城市的基础设施带来巨大考验，出现高压天然气场站被淹、路面塌陷压断地下管线、地铁倒灌等现象。如2021年7月，大雨导致郑州地铁被淹。
3.为了给城市正常运行和市民正常生产生活提供基础保障，为了提升首都风险管理能力和应急保障水平，需要针对近年来频繁发生的暴雨内涝灾害进行研究。对暴雨引发的城市内涝进行风险评估，从而有针对性地进行预防和治理，是降低城市内涝灾害损失的有效途径。


技术实现要素：

4.本发明旨在通过构建内涝情境下城市基础设施的灾害防控评估系统，并在此基础上进行灾害分析、风险评估、应急演练，从而有针对性地进行预防和治理，降低城市内涝灾害损失。
5.本发明提供一种城市基础设施内涝灾害监测系统，包括：布设在若干城市基础设施出入口的监测站点和远端控制中心；所述每个监测站点包括：气象自动监测点，采集所述监测站点的降雨量、风速、风向、温度和湿度；地面积水监测点，采集所述监测站点的地面积水深度；排水设施监测点，采集所述监测站点的集水池水位深度和排水量；周边水位监测点，采集所述监测站点周边的排水管道水位深度；视频远程监控点，采集所述监测站点的影像；所述远端控制中心，接收所述监测站点上传的采集数据并进行分析处理。
6.在一些实施方式中，所述气象自动监测点包括遥测终端设备、雨量传感器、风速风向传感器和温湿度传感器；所述地面积水监测点包括遥测终端设备和地面水位监测传感器；所述排水设施监测点，包括遥测终端设备、集水池水位监测传感器和排水量监测传感器；所述周边水位监测点包括遥测终端设备和排水管道水位监测传感器；所述视频远程监测点包括遥测终端设备和摄像机。
7.在一些实施方式中，所述气象自动监测点还包括安装座和立柱，用于支撑所述遥测终端设备、雨量传感器、风速风向传感器和温湿度传感器。
8.在一些实施方式中，所述地面积水监测点还包括第一设备箱，长
×
宽
×
高400mm*300mm*850mm，固定于地面，用于收纳遥测终端设备和地面水位监测传感器。
9.在一些实施方式中，所述排水设施监测点还包括第二设备箱，挂于集水池内壁合适位置，用于收纳遥测终端设备、集水池水位监测传感器和排水量监测传感器。
10.在一些实施方式中，所述周边水位监测点还包括第三设备箱，挂于排水管道检查井内壁合适位置，用于收纳数据遥测终端设备和排水管道水位监测传感器。
11.在一些实施方式中，所述摄像机为7吋智能球型摄像机，像素为300w。
12.在一些实施方式中，所述地面水位监测传感器为电子水尺，测量范围为0-0.8m。
13.在一些实施方式中，所述集水池水位监测传感器和排水量监测传感器分别为投入式液位计和外夹式超声波流量传感器。
14.在一些实施方式中，所述排水管道水位监测传感器为电子水尺，测量范围为0-20m。
15.在一些实施方式中，各个监测点还包括蓄电池。
16.在一些实施方式中，所述第一设备箱底部设有进水口，所述第二到第三设备箱为防水密封箱体。
17.本发明还提供一种城市基础设施内涝灾害监测方法，利用前述的监测系统对城市基础设施内涝灾害进行监测，具体步骤包括：
18.s10，在城市基础设施站口布设监测站点，每个监测点采取相应的防风防雷防水防静电措施；
19.s20，实时接收气象自动监测点的数据信息，有洪涝灾害时，为洪涝灾害的预测预警提供雨量数据支持，无洪涝灾害发生时可以为周边市民提供生活气象信息服务；
20.s30，接收地面积水监测点的数据信息，监测地面积水水位，预测地铁口地面积水而倒灌进地铁的可能性，从而为应对灾害做好防备；
21.s40，接收排水设施监测点的数据信息，监测集水池水位和排水速度，预测集水池满溢而导致地面积水无处可排的可能性，从而为应对地铁口地面积水而倒灌进地铁的可能性做好灾害防备；
22.s50，接收周边水位监测点的数据信息，监测地铁口周边的排水管道的水位，结合地铁口地面积水和集水池水位的监测数据，预测周边水位高于地铁口水位而导致地铁口无法向周边排水的可能性，从而为应对地铁口地面积水而倒灌进地铁的可能性做好灾害防备；
23.s60，开启视频监控，实时观察地铁口的积水状态，判断积水倒灌进地铁的可能性，从而做好灾害防备。
24.本发明通过构建内涝情境下城市基础设施的灾害防控评估系统，并在此基础上进行灾害分析、风险评估、应急演练，对提升城市基础设施的防灾减灾能力、促进可持续发展、和谐发展具有重要的科学意义。
附图说明
25.图1为城市基础设施内涝灾害监测系统的示意图；
26.图2为本发明气象自动监测点的示意图；
27.图3为本发明地面积水监测点的示意图；
28.图4为本发明排水设施监测点的示意图；
29.图5为本发明周边水位监测点的示意图；
30.图6为本发明视频远程监控点的示意图。
具体实施方式
31.本发明某些实施例于后方将参照所附附图做更全面性地描述，其中一些但并非全部的实施例将被示出。实际上，本发明的各种实施例可以许多不同形式实现，而不应被解释为限于此数所阐述的实施例；相对地，提供这些实施例使得本发明满足适用的法律要求。
32.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
33.本发明提供一种城市基础设施内涝灾害监测系统，如图1所示，包括：布设在若干城市基础设施出入口的监测站点和远端控制中心；所述每个监测站点包括：气象自动监测点10，采集所述监测站点的降雨量、风速、风向、温度和湿度；地面积水监测点20，采集所述监测站点的地面积水深度；排水设施监测点30，采集所述监测站点的集水池水位深度和排水量；周边水位监测点40，采集所述监测站点周边的排水管道水位深度；视频远程监测点50，采集所述监测站点的影像；所述远端控制中心，接收所述监测站点上传的采集数据并进行分析处理。
34.所述气象自动监测点包括遥测终端设备、雨量传感器、风速风向传感器和温湿度传感器；所述地面积水监测点包括遥测终端设备和地面水位监测传感器；所述排水设施监测点，包括遥测终端设备、集水池水位监测传感器和排水量监测传感器；所述周边水位监测点包括遥测终端设备和排水管道水位监测传感器；所述视频远程监控点包括遥测终端设备和摄像机。
35.本发明的第一实施例以城市地铁口洪涝灾害监测为例。选择若干个地铁口作为监测站点，每个监测站点分别布设5个数据采集监测点，气象自动监测点10、地面积水监测点20、排水设施监测点30、周边水位监测点40、视频远程监测点50。下面结合图2-6具体说明每个监测点的布设和功能。
36.如图2所示，气象自动监测点10包括立杆11、水泥底座12、风速风向传感器13、雨量传感器14、温湿度传感器15、太阳能电池板16和遥测终端设备箱17。传感器13-15采集气象5参数：风速、风向、气温、气湿、降雨量。气象自动监测点10布设时，选择地铁口广场一合适位置，安放水泥底座12，底座直径不小于1.2米，底座重量在300～500kg，立杆11高度4米。为防雷电，立杆11的顶端设置避雷针18。遥测终端数据传输方式为gprs无线传输。设备箱17中还包括蓄电池，太阳能电池板16采集太阳光转化为电能并储存于蓄电池，蓄电池给传感器13-15和遥测终端供电。每个站点布置一套气象五要素自动监测站点，实时向远端控制中心服务器发送气象数据信息。有洪涝灾害时，为洪涝灾害的预测预警提供雨量数据支持，无洪涝灾害发生时可以为周边市民提供生活气象信息服务。
37.如图3所示，地面积水监测点20包括第一设备箱21,第一设备箱21尺寸为长
×
宽
×
高400mm*300mm*850mm，通过地面膨胀螺栓连接支脚22固定于地面，用于收纳遥测终端设备和地面水位监测传感器。通过监测地面积水水位，可预测地铁口地面积水而倒灌进地铁的可能性，从而为应对灾害做好防备。第一设备箱21底面有开口，地面积水可进入箱体内部，遥测终端设备、地面水位监测传感器和蓄电池安装于第一设备箱21的内部上方。地面水位监测传感器为电子水尺，测量范围为0-800mm，更优选为0-400mm。遥测终端设备的数据传输方式为gprs无线传输。设备和传感器的供电方式可使用地铁口周围的市电。但为了防止因暴雨导致市电断电而影响监测点采集数据，优选设置蓄电池供电。第一设备箱21设置防雨
通风孔23，保持内外通风干燥。
38.如图4所示，排水设施监测点30包括第二设备箱31，通过挂耳32挂于集水池内壁合适高度位置，内部收纳有遥测终端设备、集水池水位监测传感器和排水量监测传感器，用于收纳遥测终端设备、集水池水位监测传感器和排水量监测传感器。通过监测集水池水位和排水速度，可预测集水池满溢而导致地面积水无处可排的可能性，从而为应对地铁口地面积水而倒灌进地铁的可能性做好灾害防备。所述集水池水位监测传感器采用投入式液位计33，探头深入集水池，水位监测范围0～6米。所述排水量监测传感器采用超声波外夹式流量传感器34，探头安装在排水管道合适位置。通过排水量的监测还可间接监测集水池的排水设施运行情况。遥测终端设备的数据传输方式为gprs无线传输。设备和传感器的供电方式可使用地铁口周围的市电。但为了防止因暴雨导致市电断电而影响监测点采集数据，优选在设备箱内设置蓄电池供电。第二设备箱为防水密封箱体。
39.如图5所示，周边水位监测点40包括第三设备箱41，通过挂耳42挂于排水管道检查井内壁合适高度位置，内部收纳有遥测终端设备和排水管道水位监测传感器，用于收纳数据遥测终端设备和排水管道水位监测传感器。通过监测地铁口周边的排水管道的水位，结合地铁口地面积水和集水池水位的监测数据，可预测周边水位高于地铁口水位而导致地铁口无法向周边排水的可能性，从而为应对地铁口地面积水而倒灌进地铁的可能性做好灾害防备。所述排水管道水位监测传感器采用电子水尺43，也可用投入式液位计，探头深入排水管道，测量范围为0～10米。遥测终端设备的数据传输方式为gprs无线传输。设备和传感器的供电方式可使用地铁口周围的市电。但为了防止因暴雨导致市电断电而影响监测点采集数据，优选在设备箱内设置蓄电池供电。第三设备箱为防水密封箱体。
40.如图6所示，视频远程监测点50包括立柱51和水泥座52，用于支撑设于杆上的摄像机53和遥测终端设备箱54。所述摄像机为7吋智能球型摄像机，像素为300w。水泥底座52直径不小于1.2米，底座重量在300～500kg，立杆51高度4米。为防雷电，立杆51的顶端设置避雷针55。遥测终端设备箱54内部收纳遥测终端设备，数据传输方式为3g/4g网络。通过视频监控，可实时观察地铁口的积水状态，判断积水倒灌进地铁的可能性，从而做好灾害防备。监控安放位置附近有电源(市电ac220v)、布设穿线管方便的，使用市电供电方式。监控安放位置附近没有电源的，监控使用蓄电池供电，可收纳于遥测终端设备箱54，也可增加电池箱。为了防止因暴雨导致市电断电而影响监测点采集数据，优选采用蓄电池供电。
41.本发明的第二实施例提供一种城市地铁口洪涝灾害监测方法。
42.该监测方法首先选择若干个地铁口作为监测站点，每个监测站点分别布设5种数据采集监测点，气象自动监测点10、地面积水监测点20、排水设施监测点30、周边水位监测点40、视频远程监测点50，每种监测点的数量为2-6个。每个监测站点现场设备如下表所示。
43.44.[0045][0046]
为了保证监测站点的稳定运行，监测点的安装布置遵循以下的原则：
[0047]
1)电源系统：设备均为蓄电池供电、有杆体的放置太阳能电池板，电源在进入系统前安装漏电保护、过流保护、防雷器，在发生漏电、短路、进水等情况时保护设施及用电安全。
[0048]
2)进水防护措施：站口广场积水监测设备及蓄电池安装高度高于地铁出入口地面高度不小于10cm，降低侵入水中的风险；集水坑水位监测设备传感器均为ip68防护，设备箱采用专业防水密封箱，在安装到现场前作密封检查、侵水实验，以确保不会发生进水情况。
[0049]
3)防行人及车辆磕碰措施：立杆表面及积水监测落地箱表面喷涂或张贴醒目警示标识及文字，如“实验设施，注意磕碰”。
[0050]
4)设备防盗安全防护：监控及气象设备箱固定在立杆中部，人员不易触碰到位置；积水监测落地箱固定牢固，箱门上锁。
[0051]
5)防潮措施：设备箱设置防雨通风孔，保持内外通风干燥；集水坑设备箱为密封箱，内置干燥剂，吸收水汽。
[0052]
6)防风措施：监控及气象立杆底座采用直径20mm钢筋地笼c25混凝土浇筑，深度0.8米，杆上传感器部署尽量减小受风面积，提高整体抗风能力。
[0053]
7)设备标识：所有实验设备箱体及传感器均作醒目标识，提醒检修人员避免误操作。
[0054]
8)监控摄像机及气象监测站点传感器一般都放在立杆的顶部，容易遭受直击雷的损坏，因此在立杆顶安装长达一米的普通避雷针，以防止其被雷击坏。避雷针应与金属立杆牢固焊接，焊接点应作防腐处理，利用金属立杆作为接地线，用25mm2的接地线将其连接到打入地下的接地体，以便将直击雷电流安全泄放入地。
[0055]
9)摄像机采用tvs板极防雷技术，可以有效防止4000v以下瞬时雷击、浪涌等各类脉冲信号对设备造成的损坏。gprs数传终端设备rs232/rs485接口采用光电隔离设计，同时内置15kv esd保护。
[0056]
地铁口监测站点布设完成后，各个监测点实时向远端控制中心服务器发送数据信
息，并在此基础上进行灾害分析和风险评估。所在城市雨季时，所述地铁口洪涝灾害监测方法具体包括：
[0057]
实时接收气象自动监测点的数据信息，有洪涝灾害时，为洪涝灾害的预测预警提供雨量数据支持，无洪涝灾害发生时可以为周边市民提供生活气象信息服务。
[0058]
实时接收地面积水监测点的数据信息，监测地面积水水位，预测地铁口地面积水而倒灌进地铁的可能性，从而为应对灾害做好防备。
[0059]
实时接收排水设施监测点的数据信息，监测集水池水位和排水速度，预测集水池满溢而导致地面积水无处可排的可能性，从而为应对地铁口地面积水而倒灌进地铁的可能性做好灾害防备。
[0060]
实时接收周边水位监测点的数据信息，监测地铁口周边的排水管道的水位，结合地铁口地面积水和集水池水位的监测数据，预测周边水位高于地铁口水位而导致地铁口无法向周边排水的可能性，从而为应对地铁口地面积水而倒灌进地铁的可能性做好灾害防备。
[0061]
实时开启视频监控，实时观察地铁口的积水状态，判断积水倒灌进地铁的可能性，从而做好灾害防备。
[0062]
应注意，附图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本发明实施例的内容。
[0063]
实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本发明的保护范围。并且上述实施例可基于设计及可靠度的考虑，彼此混合搭配使用或与其他实施例混合搭配使用，即不同实施例中的技术特征可以自由组合形成更多的实施例。
[0064]
实施例中涉及的方法步骤并不限于其描述的顺序，各步骤的顺序根据实际需要的来进行调整。
[0065]
需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换。
[0066]
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。