本發(fā)明涉及水自然災害監(jiān)測裝置領域，特別是涉及一種基于物聯(lián)網的交通路段水深信息共享系統(tǒng)和方法。

背景技術：

近年來城市化是中國社會變遷的主旋律，根據現在的城市化速度，2030年后中國將有60%的人生活在城市里。城市化的快速推進過程中，出現了一些新的問題，其中比較嚴重的由于盲目的擴張城市功能，一些城市已經在挑戰(zhàn)資源環(huán)境承載能力的物理極限。在國務院新聞辦召開的第二次全國濕地資源調查成果發(fā)布會上，國家林業(yè)局副局長張永利說，近十年來受到基建占用威脅的濕地面積增加了10倍以上。濕地的急劇減少導致了一些城市失去蓄水功能，在降雨后水流會集中于街道導致交通水深快速上升。假若遇到厄爾尼諾的年份，較大的降水會導致一些城市遭受水災，往往給居民帶來的嚴重的生命財產損失。

一些交通道路特別是地勢復雜多變的道路，在降水后路面被水遮蓋，行人無法判定前方水深，盲目前行只會威脅生命安全。一般在降水后，交通管理部門會出動人員進行交通管制，在一些危險的路段設立警示牌。但是這種方法耗費大量人力，并且有效程度不高，由于誤入深水導致事故的事件依然層出不窮。

所以亟需一種能夠解決這一問題的設施或方法，不但能夠監(jiān)測各路段的水深情況，并且能夠將水深信息實施傳遞給人們，讓人們及時避免進入危險區(qū)域，保障人民生命財產安全。

技術實現要素：

因此，本發(fā)明為了監(jiān)測水深情況并將信息傳遞給人們，提供一種基于物聯(lián)網的交通路段水深信息共享系統(tǒng)和方法，利用超聲波能夠精確的獲得所監(jiān)測位置的水深，并且依靠通訊網絡將水深信息傳遞到人們使用的終端設備。

本發(fā)明提供一種基于物聯(lián)網的交通路段水深信息共享系統(tǒng)和方法，硬件包括豎桿，外殼，PCB板，GSM通訊模塊，GSM天線，MCU，高壓脈沖發(fā)生器，A/D轉換電路，網罩殼，引腳，絕緣固定層，壓電晶片，錐形共振盤，阻抗匹配器，螺栓，電線；

所述豎桿安裝在各交通路段的地勢低洼處，所述外殼通過螺栓安裝在豎桿頂端，所述PCB板安裝在外殼內，所述GSM通訊模塊，GSM天線，MCU，高壓脈沖發(fā)生器，A/D轉換電路均安裝在PCB板上側，PCB板下側安裝有超聲波發(fā)射器和超聲波接收器，兩者結構較為相似，其中超生波發(fā)射器包括一個網罩殼、兩個引腳、一件絕緣固定層、一個壓電晶片、一個錐形共振盤，超聲波接收器包括另外一個網罩殼、兩個引腳、一件絕緣固定層、一個壓電晶片、一個錐形共振盤和一件阻抗匹配器；所述高壓脈沖發(fā)生器位于超聲波發(fā)射器正上方，用于提供瞬時高壓給超聲波發(fā)射器；所述A/D轉換電路位于超聲波接收器正上方，用于將超聲波接收器的電壓信號轉換為數字信號；所述GSM通訊模塊通過結合GSM天線將獲取的水深信息傳遞到后臺數據庫。

本發(fā)明的工作原理是：

MCU控制高壓脈沖發(fā)生器發(fā)出高壓脈沖到超聲波發(fā)射器，高壓脈沖通過引腳和電線到達壓電晶片，壓電晶片受到瞬時高壓后產生振動，帶動錐形共振盤同步振動，產生一段超聲波；

超聲波向下傳播到水面后，發(fā)生反射和折射，其中反射光先傳播到超聲波接收器，另外的折射光在水底反射后，再次在水面發(fā)生折射，最后才被超聲波接收器接收，因此超聲波接收器會接收到兩次超聲波，兩次的接收時間差，即為超聲波在水下傳播所用時間。因為超聲波傳播方向豎直向下，所以超聲波從水面到水底的時間即為兩次超聲波接收時間差的一半。從而可以計算出水深。

交通管理部門建立交通路段水深數據庫，GSM通訊模塊通過GSM天線將水深數據傳遞到后臺數據庫，數據庫對民眾是開放查詢的，所有民眾可以通過網絡對交通路段的水深情況進行查詢，避免出行中發(fā)生意外。

本發(fā)明具有的有益效果是：

（1）充分利用交通路段的立桿或其它建筑物，形成監(jiān)測點；（2）多個監(jiān)測點數據實時采集，形成水深監(jiān)測網絡；（3）超聲波具有集中度高，無噪音污染的優(yōu)勢；（4）利用GSM網絡作為數據傳播媒介，形成完整的物聯(lián)網系統(tǒng)。

所以，這種基于物聯(lián)網的交通水深信息共享系統(tǒng)和方法，能夠有效的監(jiān)測交通路段的水深狀況，對于維護交通安全穩(wěn)定和保障人們生命財產安全有重大意義。

本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點將在隨后的說明書中闡述，或者通過實施本發(fā)明而了解。

附圖說明

附圖僅用于示出具體實施例的目的，而并不認為是對本發(fā)明的限制。

圖1是本發(fā)明的整體裝配外觀圖。

圖2是本發(fā)明的俯視角度的局部裝配圖。

圖3是本發(fā)明的俯視角度的局部拆解圖。

圖4是本發(fā)明的仰視角度的局部裝配圖。

圖5是本發(fā)明中PCB板與其它零件的裝配示意圖。

圖6是本發(fā)明的超聲波發(fā)射器和接收器的外觀圖。

圖7是本發(fā)明的超聲波發(fā)射器和接收器的內部結構圖。

圖8是本發(fā)明的超聲波發(fā)射器的軸線剖面圖。

圖9是本發(fā)明的超聲波接收器的軸線剖面圖。

圖中標號：1-豎桿，2-外殼，3-PCB板，4-GSM通訊模塊，5-GSM天線，6-MCU，7-高壓脈沖發(fā)生器，8-A/D轉換電路，9-網罩殼，10-引腳，11-絕緣固定層，12-壓電晶片，13-錐形共振盤，14-阻抗匹配器，15-螺栓，16-電線，17-超聲波束。

具體實施方式

以下將結合附圖對本發(fā)明基于物聯(lián)網的交通水深信息共享系統(tǒng)和方法作進一步的詳細描述。

如圖1-7所示，一種基于物聯(lián)網的交通水深信息共享系統(tǒng)和方法，其硬件主要包括：硬件包括豎桿1，外殼2，PCB板3，GSM通訊模塊4，GSM天線5，MCU6，高壓脈沖發(fā)生器7，A/D轉換電路8，網罩殼9，引腳10，絕緣固定層11，壓電晶片12，錐形共振盤13，阻抗匹配器14，螺栓15，電線16；

所述豎桿1安裝在各交通路段的地勢低洼處，所述外殼2通過螺栓15安裝在豎桿1頂端，也可以安裝在其它可利用的建筑物上；所述PCB板3安裝在外殼2內，所述GSM通訊模塊4，GSM天線5，MCU6，高壓脈沖發(fā)生器7，A/D轉換電路8均安裝在PCB板3上側，PCB板3下側安裝有超聲波發(fā)射器和超聲波接收器，兩者結構較為相似，其中超生波發(fā)射器包括一個網罩殼9、兩個引腳10、一件絕緣固定層11、一個壓電晶片12、一個錐形共振盤13，超聲波接收器包括另外一個網罩殼9、兩個引腳10、一件絕緣固定層11、一個壓電晶片12、一個錐形共振盤13和一件阻抗匹配器14；所述高壓脈沖發(fā)生器7位于超聲波發(fā)射器正上方，用于提供瞬時高壓給超聲波發(fā)射器；所述A/D轉換電路8位于超聲波接收器正上方，用于將超聲波接收器的電壓信號轉換為數字信號；所述GSM通訊模塊4通過結合GSM天線5將獲取的水深信息傳遞到后臺數據庫。

進一步講，外殼2頂面開設小孔，將GSM天線5露出，小孔和GSM天線5之間設有密封圈，避免外界降水進入；外殼2底面開設兩個孔，將超聲波發(fā)射器和超聲波接收器露出。

進一步講，PCB板3是指印制電路板，上面印制有連接各元件的線路。

進一步講，MCU6是指單片微型計算機，通過閉合相應管腳，利用微電流控制繼電器開關的閉合，來控制高壓脈沖發(fā)生器7的開啟和停止。

進一步講，網罩殼9的底面為網狀，使得超聲波能夠順利通過，減少衰減，并且保護內部的各零件。

進一步講，絕緣固定層11的材料為環(huán)氧樹脂，既能將引腳10和壓電晶片12固定在網罩殼9上，同時有不會影響電流的傳導。

進一步講，壓電晶片12的材料為陶瓷，當電壓作用于壓電晶片12時，壓電晶片12就會隨著電壓和頻率的變化產生機械變形；同時，當振動壓電晶片12時，上面會相應產生電荷。

進一步講，錐形共振盤13使得超聲波得以沿盤子軸線方向，向外傳播，同時能聚攏外界傳來的超聲波。

進一步講，阻抗匹配器14僅安裝在超聲波接收器中，包裹在錐形共振盤13的周圍，用來吸收傳遞來的所有超聲波，使得超聲波不會再沿原路徑反射到波源，提升能源效益和精度。

進一步講，如圖8-9所示，在超聲波發(fā)射器和超聲波接收器中，網罩殼9內的元器件自上而下依次是引腳10、絕緣固定層11、壓電晶片12、錐形共振盤13，引腳10上端伸出網罩殼9頂部，插進PCB板3中，引腳10中部被絕緣固定層11包裹，引腳10下端接有電線16，將引腳10和壓電晶片12相連通；壓電晶片12固定在絕緣固定層11的底部，錐形共振盤13開口向下，固定在壓電晶片12底部；在超聲波接收器中，錐形共振盤13外部還包裹有阻抗匹配器14。

超聲波是一種頻率高于20000赫茲的聲波。它每秒的振動次數甚高，超出了人耳聽覺的一般上限，這種聽不見的聲波叫做超聲波，它和可聞聲本質是一樣的，都是一種機械振動模式，通常以縱波的方式在彈性介質內傳播，是一種能量的傳播形式。超聲波的波長短，方向性好。

首先，MCU6控制高壓脈沖發(fā)生器7發(fā)出高壓脈沖到超聲波發(fā)射器，高壓脈沖通過引腳10和電線16到達壓電晶片12，壓電晶片12受到瞬時高壓后產生振動，帶動錐形共振盤13同步振動，產生一段超聲波；

超聲波向下傳播到水面后，發(fā)生反射和折射，其中反射光先傳播到超聲波接收器，另外的折射光在水底反射后，再次在水面發(fā)生折射，最后才被超聲波接收器接收，設水面直接反射的超聲波的整個路徑所用時間為T1，路過水下的超聲波的整個路徑所用時間為T2，T2-T1即為超聲波在水下傳播所用時間，(T2-T1)/2即為超聲波從水面到水底所用時間，超聲波在水里的傳播速度為v，那么水深h=v*(T2-T1)/2。

本發(fā)明還包括利用這種基于物聯(lián)網的交通路段水深信息的共享方法：

在設立每套水深監(jiān)測裝置時，都有給予唯一編碼，并且記錄位置信息；

交通管理部門建立交通路段水深數據庫，數據庫中包含編碼項、位置信息項、水深數據項，GSM通訊模塊通過GSM天線將水深數據實時傳遞到后臺數據庫，數據庫對民眾是開放查詢權限，所有民眾可以通過網絡，使用電腦、手機等終端設備登錄數據庫，對交通路段的水深情況進行查詢，為民眾為出行提供更好的安全保障。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發(fā)明揭露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內。