基于信息發布的城市道路積水預警系統的構建

【摘 要】近年來我國由暴雨引發的城市道路積水現象嚴重且頻繁發生，對城市交通、出行者安全和社會經濟造成了很大危害。為了能夠盡快減輕或避免道路積水對人民生命財產造成的損失，及時為出行者提供道路積水信息并進行警告不失為一種短期解決問題的辦法。然而，現有城市道路積水預警系統的使用效果卻并不理想，影響了出行者對預警系統的信任，阻礙了出行者及時獲得積水信息并采取繞行措施。因此，城市道路積水預警系統亟需改進與優化。

【關鍵詞】城市道路積水；預警；信息發布

1.研究背景

近年來，我國暴雨導致的城市道路積水問題嚴重。據國家住房和城鄉建設部對全國351個城市進行的專項調研，2008年至2010年，有62%的城市發生過不同程度的內澇，積水深度超過50厘米的占74.6%，積水時間超過半小時的城市占78.9%。

1.1 問題的提出

城市道路積水對交通危害很大，易引起車輛熄火，引發交通擁堵和出行困難，如果處置不當或救助不及時還可能造成人員傷亡。近年來，眾多城市均發生過多次車輛誤入水中造成車輛損壞和人員傷亡的事故，社會經濟損失嚴重。

然而，不管是保護環境還是升級改造排水網絡，都是浩大的工程，短時間內難以見效。另外，受城市空間的限制，防洪標準也不可能無限制地提高。因此，在城市出現災害性天氣時，加強應急預案和搶險救災更為重要。為了能夠盡快減輕或避免道路積水對人民生命財產造成的損失，及時為出行者提供道路積水信息并進行警告不失為一種近期解決問題的辦法。

1.2 國內研究現狀

由于國情的不同，城市道路積水問題在我國較為嚴峻，經分析，造成現有城市道路積水預警系統的使用效果的不理想主要是由于以下四方面問題：

（1）有的系統選擇的積水測量設備不適用于城市道路積水的特點。如當使用觸點感應的電子水尺時，當車輛行駛將積水濺到水池上時，會造成測量不準確。

（2）有的系統運行效率不高，系統通訊昂貴。這些系統不直接在路段現場提供實時積水信息，而是把信息發往控制中心，再由工作人員進行信息發布或現場調控。

（3）有的系統提供積水信息的形式并不有效。有的系統當積水深度超過規定深度時就報警，沒有考慮到不同車輛之間的差別。

（4）現有大部分積水報警系統成本較高、設備復雜，容易被盜，不利于安裝維護。

綜上所述，隨著我國對道路交通安全和可持續發展的重視，從城市道路積水信息獲取手段和發布方式入手，研發一種適合我國國情的精確、可靠、簡便、經濟的城市道路積水預警系統是十分必要和迫切的。

2.設計原理

提供道路積水信息并進行警告這一方法的關鍵在于道路積水信息的及時獲取和發布，這就需要能夠實時監測積水信息并及時提醒出行者。因此我們從積水信息的獲取、積水信息的發布以及其內部的通信方式入手，構建出基于信息發布的城市道路積水預警系統。

（1）積水信息獲取手段

在積水信息獲取手段方面，著重從精確度和可靠性出發。雖然現今能夠實時測量水深的液位傳感器已經比較發達，然而卻不一定適用于測量城市道路積水。城市道路積水受車輛運行的影響，水位不停劇烈變化；受雨水沖刷的影響，道路積水中含有大量泥沙、樹枝、紙屑等雜物。因此，我們根據城市道路積水的特點，選擇了可靠性高、防腐蝕、防堵塞的投入式液位變送器。

（2）積水信息發布方式

在積水信息發布方式方面，著重從有效性和及時性出發。雖然一些預警系統中提到在路段現場的顯示屏上實時顯示道路積水信息，但是對于顯示屏的設置位置和提示內容卻并沒有做出太多研究。然而這兩者其實是非常重要的：提示內容是否恰當將決定出行者的心理判斷和行動結果之間的一致性，從而影響出行者對預警系統的信任度；設置位置是否恰當將決定出行者是否能夠及時發現信息并繞行其他道路。因此，我們在對駕駛員的行為選擇心理進行分析的基礎上，將可變信息板顯示內容確定為“具體水位信息+建議警示信息”；在對駕駛員繞行需求和反應時間進行分析計算的基礎上，本作品確定了可變信息板的設置位置，經查閱城市道路設計規范等相關資料，一般城市道路的最高設計速度不超過90km/h，駕駛員的反應判斷時間一般最少取3秒。由此按最不利情況計算，可變信息板的設置位置應在易積水路段的交叉口之前L=90×3÷3.6=75m處。

（3）系統內部通信方式

在系統內部通信方式方面，著重從系統安裝簡便性出發。由于測量到的積水深度信息需要發送給可變信息板，而積水深度測量傳感器與可變信息板之間存在一定距離，如果采用線纜傳輸信號，那么就需要開挖路面布設管線或者高空架設線纜，不但增加附加成本，施工階段也難免影響道路通行。因此，本團隊對信號傳輸內容和距離進行了分析，確定了本作品系統內部設備采用無線射頻模塊。

3.創新特色

本作品集精確性、可靠性、低能耗于一身，同時又具備成本低、安裝簡便等特點。

（1）道路積水深度測量精確、可靠。采用投入式液位變送器測量道路積水深度，不受水位劇烈變化和水中泥沙等雜物的影響，測量結果精確可靠。

（2）可變信息板設置位置合理。本作品根據駕駛員的繞行需求和反應時間確定了可變信息板與易積水路段相對位置，為駕駛員及時發現信息并繞行其他道路提供了足夠的時間。

（3）系統全壽命周期成本低。本作品系統設備成本和功耗均較低，且設備經久耐用。

4.應用前景

從作用來看，本作品的使用可以預防入水事故和交通擁堵的發生，可有效地降低暴雨危害，減少社會和經濟損失，相當于增加了社會經濟效益。

從推廣角度看，本作品可廣泛應用于城市中地道橋和通道等高程較低路段的積水預警。適當調整可變信息板的設置位置，本作品還可應用于公路上的易積水路段。通過程序擴展后還可與交通管理部門的信息管理和發布系統結合，可持續發展性強，有利于其縱深方向的推廣應用。

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