基于流速测量的站前广场智能排水系统模型的设计

曹寅

CAO Yin

（北京市市政工程设计研究总院有限公司）

(Beijing Municipal Engineering Design & Research Institute Co. Ltd)

基于流速测量的站前广场智能排水系统模型的设计

曹寅

CAO Yin

（北京市市政工程设计研究总院有限公司）

(Beijing Municipal Engineering Design & Research Institute Co. Ltd)

地铁车站站前广场是城市之中一种比较特殊的广场类型，同时也是交通枢纽的重要组成部分，有着区分于其他普通广场的独特之处。站前广场的智能排水系统不仅仅是智能监控系统的重要构成部分，还是站前广场智能监控系统中的一个难点问题。

流速测量；站前广场；智能排水系统；模型设计

1 引言

长期以来，经常会有一些关于地铁车站站前广场形成积水的原因和排除积水的措施的研究成果报道，但是究其根本，还不能够对形成积水的现象进行实际解决。基于STW32f103微处理器，设计了站前广场智能排水系统模型，实现了低成本、容易维护和极度稳定的站前广场水位实时监控与预警技术。

2 站前广场智能排水系统

2.1 站前广场智能排水系统的重要性

近年来，我国的地铁正处于高效、快速发展的时期，站前广场作为城市最重要的交通枢纽，为旅客们提供了一个换乘、集散、休息的场所。但是，站前广场的排水问题仍是一个难题。通常排水的对象形成过程具有不确定性，比如：降雨、地貌地势和下垫层等客观条件的不确定决定了排水对象的模糊性和随机性。这样的情况就会导致计算模型、计算参数选定、计算的假定、计算简化、计算图式、信息的描述和精度的测量等很多问题发生[1]。因此，站前广场的智能排水十分重要，基于流速测量的站前广场智能排水系统模型的设计必须有更强的实用性和科学性。

2.2 传统的站前广场智能排水系统存在的问题

随着工业化的不断发展，我国的工业生产、电子软件科技技术、电力控制技术都以蓬勃的姿态发展，与此同时带来的是不可再生资源的浪费。根据相关的数据统计，我国的水泵总量和水泵装机的容量规模很大，实际的运行效率却非常低，根本不能够达到总量的45%，由此可见，其余55%的能源都被浪费了。对于站前广场的排水系统，没有根据实际的具体情况来调节电机的运行情况，所排出的水流量一直都处在变工状况的运行，使得排水方案不合理、不科学，水泵装机功率的选择过大，浪费了能源。因此，在整个的排水系统中，水泵的节能工作也得给予一定的重视，可对倡导低碳的经济发展起到积极的作用。

3 排水系统模型设计

3.1 硬件系统设计

基于流速测量的站前广场智能排水系统模型的设计包括4大点：利用双流流速传感器的装置来进行流速测量；采用采用超声波测距模块对水位进行测量；利用TFT液晶显示器来进行数据的处理和显示；由水泵抽水和电机控制护栏组成的自动防护模块。

1）流速测量采集模块。要根据降雨大小的实际情况，用一个传感器在会导致大雨和小雨的测量精度差别较大的情况下，设计了双传感器的特殊结构，这种装置会保证了在测量暴雨和中雨是的流速精确度。流速传感器1用于中到大雨的流速测量，流速传感器2用于测量小雨和暴雨是流速的测量。通过实验的结果表明，这种装置每一次倒出的液体体积值十分的稳定。

2）利用超声波模块来确定站前广场的水位，只需要提供一个10uS以上的脉冲的接触信号，该模块就能在内部发出9个30kHz周期的电频并检测回波。只要检测出来回波的信号就会输出回响信号。由此，经过发射信号到收到回响信号时的时间隔点就可以计算出距离，距离=高电频时间[3]。

3）显示的模块。这个系统所使用的是TFT液晶显示器，分辨率为240×400。

4）自动防护的模块。用水泵来实现积水的抽水功能，工作的电压是AC 220V，抽水的高度是0.5～2.0m，最大的流量为200L/h。电机用来控制防护栏的升降，工作电压DC5V，护栏转角0°～90°[4]。

3.2 软件系统设计

基于流速测量的地铁车站站前广场智能排水系统模型的设计，不仅有硬件系统的设计，还有软件系统的设计。软件系统从系统的初始化开始经过到达流速传感器超过5min的无脉冲信号，进行待机低功耗的模式。当流速传感器有脉冲信号的情况下，软件系统就会被及时唤醒，获取时间，并且计算出1min之内的平均流速的大小、储存雨水的信息情况，实时地绘制降雨检测图示。再通过超声波测量获取积水的深度，当积水的深度超过4cm的时候，就会自动打开继电器进行抽水作业；当积水深度小于4cm的时候，则会自动关闭继电器，停止抽水作业。其还可以根据降雨的大小以及积水的深度开启和关闭道路，整个的体系是逐步进行可循环的一个系统。

表1 测试实验数据表

4 实验测试以及数据分析

根据上述的模型设计，搭建了实物的系统，通过电流的测试，系统工作十分正常。站前广场降雨量流速测量，目前的流速：1.98mm/min，目前的流量：10998.08mL/h，目前积水深度：16.06mm，日累计降雨量：8.50mL。

考虑到测试水温时，水温对传感器的数据会有一定的影响，就分别在不同的水温下对上述的实验进行了测试实验，测试的数据如表1所示。

根据表中的结果可见，不同的测试温度和不同水深值会对测试的结果产生一定的影响，使得结果值有所不同。

5 结束语

综上所述，本文简单阐述了基于流速测量的地铁车站站前广场的智能排水系统模型的设计，采用了STW32f103微处理器来进行监控，利用了流速传感器测量降雨所形成的水流流速，确保了流速测量的精确程度，还利用超声波模块判断了积水的高度。完整地实现了站前广场降雨流量以及积水的监控和测量系统，在此基础上还进行了相关的测试和

实验，能够行之有效地做到站前广场积水的监控、测量与报警，取得了十分显著的效果。

[1]周华堂，姚平，张慧君，等.基于流速测量的涵洞桥智能排水系统模型的设计[J].电子制作，2014(7):10-11.

[2]马志敏，苏姗，胡文斌.多路水深流速自动采集系统设计与应用[J].长江科学院院报，2014，31(5):97-101.

[3]董海洲，寇丁文，彭虎跃.基于分布式光纤温度监测系统的集中渗漏通道流速计算模型[J].岩土工程学报，2013，35(9):1717-1721.

[4]贾良权，刘文清，阚瑞峰，等.波长调制-TDLAS技术测量风洞中氧气流速方法研究[J].中国激光，2015，42(7):304-311.

[5]孙新新，翟媛媛，常莹.基于多普勒原理的管道流量测量系统的设计[J].仪表技术与传感器，2013(7):92-94.

The Design of Intelligent Drainage System Model Based on Flow Velocity Measurement

The subway station square is a special type of city square, is also an important part of the transportation hub, with a unique distinction from other ordinary square. Intelligent drainage system is not only the square in front of the intelligent monitoring system to constitute the part, but also the intelligent monitoring system in the station square a difficult problem.

velocity measurement; station square; intelligent drainage system; model design