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【摘 要】近年来我国由暴雨引发的城市道路积水现象严重且频繁发生，对城市交通、出行者安全和社会经济造成了很大危害。为了能够尽快减轻或避免道路积水对人民生命财产造成的损失，及时为出行者提供道路积水信息并进行警告不失为一种短期解决问题的办法。然而，现有城市道路积水预警系统的使用效果却并不理想，影响了出行者对预警系统的信任，阻碍了出行者及时获得积水信息并采取绕行措施。因此，城市道路积水预警系统亟需改进与优化。
【关键词】城市道路积水；预警；信息发布
1.研究背景
近年来，我国暴雨导致的城市道路积水问题严重。据国家住房和城乡建设部对全国351个城市进行的专项调研，2008年至2010年，有62%的城市发生过不同程度的内涝，积水深度超过50厘米的占74.6%，积水时间超过半小时的城市占78.9%。
1.1 问题的提出
城市道路积水对交通危害很大，易引起车辆熄火，引发交通拥堵和出行困难，如果处置不当或救助不及时还可能造成人员伤亡。近年来，众多城市均发生过多次车辆误入水中造成车辆损坏和人员伤亡的事故，社会经济损失严重。
然而，不管是保护环境还是升级改造排水网络，都是浩大的工程，短时间内难以见效。另外，受城市空间的限制，防洪標准也不可能无限制地提高。因此，在城市出现灾害性天气时，加强应急预案和抢险救灾更为重要。为了能够尽快减轻或避免道路积水对人民生命财产造成的损失，及时为出行者提供道路积水信息并进行警告不失为一种近期解决问题的办法。
1.2 国内研究现状
由于国情的不同，城市道路积水问题在我国较为严峻，经分析，造成现有城市道路积水预警系统的使用效果的不理想主要是由于以下四方面问题：
（1）有的系统选择的积水测量设备不适用于城市道路积水的特点。如当使用触点感应的电子水尺时，当车辆行驶将积水溅到水池上时，会造成测量不准确。
（2）有的系统运行效率不高，系统通讯昂贵。这些系统不直接在路段现场提供实时积水信息，而是把信息发往控制中心，再由工作人员进行信息发布或现场调控。
（3）有的系统提供积水信息的形式并不有效。有的系统当积水深度超过规定深度时就报警，没有考虑到不同车辆之间的差别。
（4）现有大部分积水报警系统成本较高、设备复杂，容易被盗，不利于安装维护。
综上所述，随着我国对道路交通安全和可持续发展的重视，从城市道路积水信息获取手段和发布方式入手，研发一种适合我国国情的精确、可靠、简便、经济的城市道路积水预警系统是十分必要和迫切的。
2.设计原理
提供道路积水信息并进行警告这一方法的关键在于道路积水信息的及时获取和发布，这就需要能够实时监测积水信息并及时提醒出行者。因此我们从积水信息的获取、积水信息的发布以及其内部的通信方式入手，构建出基于信息发布的城市道路积水预警系统。
（1）积水信息获取手段
在积水信息获取手段方面，着重从精确度和可靠性出发。虽然现今能够实时测量水深的液位传感器已经比较发达，然而却不一定适用于测量城市道路积水。城市道路积水受车辆运行的影响，水位不停剧烈变化；受雨水冲刷的影响，道路积水中含有大量泥沙、树枝、纸屑等杂物。因此，我们根据城市道路积水的特点，选择了可靠性高、防腐蚀、防堵塞的投入式液位变送器。
（2）积水信息发布方式
在积水信息发布方式方面，着重从有效性和及时性出发。虽然一些预警系统中提到在路段现场的显示屏上实时显示道路积水信息，但是对于显示屏的设置位置和提示内容却并没有做出太多研究。然而这两者其实是非常重要的：提示内容是否恰当将决定出行者的心理判断和行动结果之间的一致性，从而影响出行者对预警系统的信任度；设置位置是否恰当将决定出行者是否能够及时发现信息并绕行其他道路。因此，我们在对驾驶员的行为选择心理进行分析的基础上，将可变信息板显示内容确定为“具体水位信息+建议警示信息”；在对驾驶员绕行需求和反应时间进行分析计算的基础上，本作品确定了可变信息板的设置位置，经查阅城市道路设计规范等相关资料，一般城市道路的最高设计速度不超过90km/h，驾驶员的反应判断时间一般最少取3秒。由此按最不利情况计算，可变信息板的设置位置应在易积水路段的交叉口之前L=90×3÷3.6=75m处。
（3）系统内部通信方式
在系统内部通信方式方面，着重从系统安装简便性出发。由于测量到的积水深度信息需要发送给可变信息板，而积水深度测量传感器与可变信息板之间存在一定距离，如果采用线缆传输信号，那么就需要开挖路面布设管线或者高空架设线缆，不但增加附加成本，施工阶段也难免影响道路通行。因此，本团队对信号传输内容和距离进行了分析，确定了本作品系统内部设备采用无线射频模块。
3.创新特色
本作品集精确性、可靠性、低能耗于一身，同时又具备成本低、安装简便等特点。
（1）道路积水深度测量精确、可靠。采用投入式液位变送器测量道路积水深度，不受水位剧烈变化和水中泥沙等杂物的影响，测量结果精确可靠。
（2）可变信息板设置位置合理。本作品根据驾驶员的绕行需求和反应时间确定了可变信息板与易积水路段相对位置，为驾驶员及时发现信息并绕行其他道路提供了足够的时间。
（3）系统全寿命周期成本低。本作品系统设备成本和功耗均较低，且设备经久耐用。
4.应用前景
从作用来看，本作品的使用可以预防入水事故和交通拥堵的发生，可有效地降低暴雨危害，减少社会和经济损失，相当于增加了社会经济效益。
从推广角度看，本作品可广泛应用于城市中地道桥和通道等高程较低路段的积水预警。适当调整可变信息板的设置位置，本作品还可应用于公路上的易积水路段。通过程序扩展后还可与交通管理部门的信息管理和发布系统结合，可持续发展性强，有利于其纵深方向的推广应用。
参考文献：
[1]王权平，王莉.Zigbee技术及其应用[J].现代电信技术2004（1）：33-37.
[2]张广远，孙书鹰，魏震生.高精度AD转换器HI-7159A应用（J）.电子测量与仪器学报2004，18（z2）：1198-1202.
[3]韩文元，崔晓飞，蒋海峰，杨丰艳.公路LED 可变信息标志光度指标静态试验研究（J）.公路交通科技2009，26（7）：110-120.
[4]吴可伦.关于立交排水分析研究[J].城市建设2010（19）：104-105.
[5]杜新宇.路堑式道路立交排水设计探析[J].中国给水排水2009，25（16）：62-64.
[6]鲍君昌.气泡式水位计的应用[J].黑龙江水利科技2009，37（1）：69-70.
[7]王吉星，马湛.气泡式水文计在水文自动测报系统中的应用[J].水文2005，25（6）：54-55.
[8]王玉兵.压阻式液位变送器在水情自动测报系统中的应用[J].水电自动化与大坝监测2005，29（4）：75-77.
[9]邵尧明，邵丹娜.城市暴雨积水过程的计算方法[J].中国给水排水2008，24（6）：53-55.
[10]范君，崔红梅.城市下立交雨水排水系统设计[J].中国新技术新产品2009（12）：88.
[11]王伦.基于Zigbee技术的无线传感器网络及其应用[N].科技创新导报，2011-10 -6（6）.
【关键词】城市道路积水；预警；信息发布
1.研究背景
近年来，我国暴雨导致的城市道路积水问题严重。据国家住房和城乡建设部对全国351个城市进行的专项调研，2008年至2010年，有62%的城市发生过不同程度的内涝，积水深度超过50厘米的占74.6%，积水时间超过半小时的城市占78.9%。
1.1 问题的提出
城市道路积水对交通危害很大，易引起车辆熄火，引发交通拥堵和出行困难，如果处置不当或救助不及时还可能造成人员伤亡。近年来，众多城市均发生过多次车辆误入水中造成车辆损坏和人员伤亡的事故，社会经济损失严重。
然而，不管是保护环境还是升级改造排水网络，都是浩大的工程，短时间内难以见效。另外，受城市空间的限制，防洪標准也不可能无限制地提高。因此，在城市出现灾害性天气时，加强应急预案和抢险救灾更为重要。为了能够尽快减轻或避免道路积水对人民生命财产造成的损失，及时为出行者提供道路积水信息并进行警告不失为一种近期解决问题的办法。
1.2 国内研究现状
由于国情的不同，城市道路积水问题在我国较为严峻，经分析，造成现有城市道路积水预警系统的使用效果的不理想主要是由于以下四方面问题：
（1）有的系统选择的积水测量设备不适用于城市道路积水的特点。如当使用触点感应的电子水尺时，当车辆行驶将积水溅到水池上时，会造成测量不准确。
（2）有的系统运行效率不高，系统通讯昂贵。这些系统不直接在路段现场提供实时积水信息，而是把信息发往控制中心，再由工作人员进行信息发布或现场调控。
（3）有的系统提供积水信息的形式并不有效。有的系统当积水深度超过规定深度时就报警，没有考虑到不同车辆之间的差别。
（4）现有大部分积水报警系统成本较高、设备复杂，容易被盗，不利于安装维护。
综上所述，随着我国对道路交通安全和可持续发展的重视，从城市道路积水信息获取手段和发布方式入手，研发一种适合我国国情的精确、可靠、简便、经济的城市道路积水预警系统是十分必要和迫切的。
2.设计原理
提供道路积水信息并进行警告这一方法的关键在于道路积水信息的及时获取和发布，这就需要能够实时监测积水信息并及时提醒出行者。因此我们从积水信息的获取、积水信息的发布以及其内部的通信方式入手，构建出基于信息发布的城市道路积水预警系统。
（1）积水信息获取手段
在积水信息获取手段方面，着重从精确度和可靠性出发。虽然现今能够实时测量水深的液位传感器已经比较发达，然而却不一定适用于测量城市道路积水。城市道路积水受车辆运行的影响，水位不停剧烈变化；受雨水冲刷的影响，道路积水中含有大量泥沙、树枝、纸屑等杂物。因此，我们根据城市道路积水的特点，选择了可靠性高、防腐蚀、防堵塞的投入式液位变送器。
（2）积水信息发布方式
在积水信息发布方式方面，着重从有效性和及时性出发。虽然一些预警系统中提到在路段现场的显示屏上实时显示道路积水信息，但是对于显示屏的设置位置和提示内容却并没有做出太多研究。然而这两者其实是非常重要的：提示内容是否恰当将决定出行者的心理判断和行动结果之间的一致性，从而影响出行者对预警系统的信任度；设置位置是否恰当将决定出行者是否能够及时发现信息并绕行其他道路。因此，我们在对驾驶员的行为选择心理进行分析的基础上，将可变信息板显示内容确定为“具体水位信息+建议警示信息”；在对驾驶员绕行需求和反应时间进行分析计算的基础上，本作品确定了可变信息板的设置位置，经查阅城市道路设计规范等相关资料，一般城市道路的最高设计速度不超过90km/h，驾驶员的反应判断时间一般最少取3秒。由此按最不利情况计算，可变信息板的设置位置应在易积水路段的交叉口之前L=90×3÷3.6=75m处。
（3）系统内部通信方式
在系统内部通信方式方面，着重从系统安装简便性出发。由于测量到的积水深度信息需要发送给可变信息板，而积水深度测量传感器与可变信息板之间存在一定距离，如果采用线缆传输信号，那么就需要开挖路面布设管线或者高空架设线缆，不但增加附加成本，施工阶段也难免影响道路通行。因此，本团队对信号传输内容和距离进行了分析，确定了本作品系统内部设备采用无线射频模块。
3.创新特色
本作品集精确性、可靠性、低能耗于一身，同时又具备成本低、安装简便等特点。
（1）道路积水深度测量精确、可靠。采用投入式液位变送器测量道路积水深度，不受水位剧烈变化和水中泥沙等杂物的影响，测量结果精确可靠。
（2）可变信息板设置位置合理。本作品根据驾驶员的绕行需求和反应时间确定了可变信息板与易积水路段相对位置，为驾驶员及时发现信息并绕行其他道路提供了足够的时间。
（3）系统全寿命周期成本低。本作品系统设备成本和功耗均较低，且设备经久耐用。
4.应用前景
从作用来看，本作品的使用可以预防入水事故和交通拥堵的发生，可有效地降低暴雨危害，减少社会和经济损失，相当于增加了社会经济效益。
从推广角度看，本作品可广泛应用于城市中地道桥和通道等高程较低路段的积水预警。适当调整可变信息板的设置位置，本作品还可应用于公路上的易积水路段。通过程序扩展后还可与交通管理部门的信息管理和发布系统结合，可持续发展性强，有利于其纵深方向的推广应用。
参考文献：
[1]王权平，王莉.Zigbee技术及其应用[J].现代电信技术2004（1）：33-37.
[2]张广远，孙书鹰，魏震生.高精度AD转换器HI-7159A应用（J）.电子测量与仪器学报2004，18（z2）：1198-1202.
[3]韩文元，崔晓飞，蒋海峰，杨丰艳.公路LED 可变信息标志光度指标静态试验研究（J）.公路交通科技2009，26（7）：110-120.
[4]吴可伦.关于立交排水分析研究[J].城市建设2010（19）：104-105.
[5]杜新宇.路堑式道路立交排水设计探析[J].中国给水排水2009，25（16）：62-64.
[6]鲍君昌.气泡式水位计的应用[J].黑龙江水利科技2009，37（1）：69-70.
[7]王吉星，马湛.气泡式水文计在水文自动测报系统中的应用[J].水文2005，25（6）：54-55.
[8]王玉兵.压阻式液位变送器在水情自动测报系统中的应用[J].水电自动化与大坝监测2005，29（4）：75-77.
[9]邵尧明，邵丹娜.城市暴雨积水过程的计算方法[J].中国给水排水2008，24（6）：53-55.
[10]范君，崔红梅.城市下立交雨水排水系统设计[J].中国新技术新产品2009（12）：88.
[11]王伦.基于Zigbee技术的无线传感器网络及其应用[N].科技创新导报，2011-10 -6（6）.