项目背景与行业痛点

城市下穿通道、立交桥下、低洼道路、隧道出入口、地下车库出入口和排水能力不足路段，在短时强降雨条件下容易出现道路积水。部分积水过程发展速度快，从路面积水到影响小型车辆通行可能只经历较短时间，单纯依靠人工巡查往往存在发现滞后问题。传统道路积水管理通常依赖视频监控、群众报警或工作人员现场查看。视频能够观察道路是否有水，但在夜间、暴雨、水面反光和摄像机视角受限条件下，很难稳定获得可量化的实际积水深度。

另一方面，仅将积水数据上传后台平台也不够。驾驶员真正接近积水路段时，需要在进入危险区域之前获得直观警示。如果现场没有LED显示屏、声光或语音提醒，即使后台已经收到高水位报警，也可能无法及时提醒正在驶来的车辆。道路积水还具有明显的事件特征。短时冲洗、路面积水飞溅、施工排水或瞬时信号异常不应直接触发高级别封控，因此系统需要结合积水深度、持续时间、水位变化率和设备状态进行边缘分级判断。城市道路积水监测LED显示警告系统采用S-UWDS城市道路积水监测预警站，通过电子水尺或雷达水位连续获取道路积水深度，由边缘主机完成分级判断，并联动户外LED显示、声光或语音设备，同时通过4G网络上传SIYB智能监测平台，实现“现场立即警告+远程监控+处置闭环”的道路内涝监测体系。

建设目标与监测目标

本项目建设道路积水综合在线监测与现场警告系统，对重点易涝路段积水深度进行全天候自动监测。

核心监测参数包括实时积水深度、水位变化率、积水持续时间、预警等级、LED显示状态和设备运行状态。

系统根据项目设定的多级积水阈值，将道路状态划分为正常、关注、预警、严重积水等项目化等级。

当积水达到对应等级时，边缘主机直接驱动LED显示屏显示当前积水深度和警示文字，并可同步启动声光或语音警告。

现场数据同时通过4G网络上传SIYB智能监测平台，为市政、排水、防汛、交通管理和应急人员提供远程数据。

系统进一步记录积水开始时间、最高水位、退水过程和事件持续时间，为后续道路排水能力评价及易涝点治理提供基础数据。

需求分析

道路积水监测首先需要明确实际积水形成位置。最低点、雨水口附近、下穿通道中部和道路边缘的水深可能明显不同，因此传感器安装位置必须能够代表车辆实际通行区域的积水风险。

第二，需要选择合适的水位感知方式。电子水尺适合直接接触式连续水深监测，可获得较高分辨率；雷达水位适合部分需要非接触测量、减少水下维护的场景。

第三，需要同时考虑司机现场感知。LED显示屏应布置在车辆进入易涝区之前具有足够观察距离的位置，而不是安装到已经积水最深的位置以后才提醒。

第四，需要建立多级预警，而不是水一出现就报警。系统应结合深度、持续时间和变化率，减少道路冲洗、瞬时水流和异常数据造成的误报。

第五，暴雨期间恰恰是通信、电源最容易受到影响的时间，因此现场分级判断、LED显示和声光联动应能够在4G暂时中断时继续运行。

第六，需要考虑雷击、车辆碰撞、潮湿腐蚀、井边施工和道路振动等长期环境影响，对设备箱、支架、防雷、供电和通信进行工程化设计。

总体解决方案

本方案以S-UWDS城市道路积水监测预警站为核心，由积水深度感知单元、边缘数据采集主机、户外LED显示屏、声光或语音警告设备、4G通信模块、供电与备用电源、防雷接地组件以及SIYB智能监测平台组成。

积水深度可采用电子水尺或项目化雷达水位方式连续测量。

边缘主机实时接收水位数据，计算积水深度、变化率和持续时间，并依据项目设定的分级规则判断当前道路风险等级。

达到对应等级后，主机直接控制LED屏显示当前水深及警示内容，例如“前方积水”“谨慎通行”“积水较深 请绕行”等项目化提示。

严重积水时还可联动声光警报器、语音播报、道闸、信号灯或其他道路控制设备，具体联动方式根据项目权限和交通管理要求确定。

所有数据和告警通过4G网络上传SIYB智能监测平台；断网期间现场仍持续监测、显示和报警，恢复网络以后补传历史记录。

系统架构设计

系统由道路积水感知层、边缘预警控制层、现场警示层、4G通信层和SIYB平台应用层组成。

道路积水感知层负责获取电子水尺或雷达水位原始数据。

边缘预警控制层负责水深换算、滤波、变化率、持续时间、分级规则、质量码、本地存储和设备诊断。

现场警示层由LED屏、声光、语音及项目化交通联动设备组成，面向现场驾驶员和行人直接发布警告。

4G通信层负责监测站与远程服务器之间的数据上传和控制信息交互。

SIYB平台按照“城市—区域—道路—易涝点”的结构统一管理多个道路积水监测站。

监测内容与监测方法

积水深度是系统最核心的直接监测结果，用于描述道路当前水面相对设定基准的积水高度。

水位变化率用于判断积水正在快速增加、基本稳定还是正在消退。

积水持续时间记录道路从进入项目化积水状态开始至恢复正常状态所经历的时间。

最高积水深度用于记录一次内涝事件期间出现的峰值水深。

告警等级属于根据积水深度、持续时间和变化率计算形成的边缘判断结果。

现场LED状态用于记录当前显示内容和对应报警等级，便于后台确认现场警示是否已经执行。

设备状态包括水位传感器、4G通信、LED屏、声光设备、供电、本地存储和项目配置的备用电源状态。

技术原理与算法模型

S-UWDS可采用电子水尺或雷达水位获取道路积水高度。电子水尺通过不同高度的水体接触状态形成水位信息；雷达方式则通过非接触距离测量换算实际水位。

边缘主机对水位信号进行滤波、补偿和工程量换算，形成实时道路积水深度H(t)。

设当前积水深度为H(t)，上一时刻为H(t-1)，则水位变化率可以表示为：

V=[H(t)-H(t-1)]/Δt。

当V持续为正时表示积水仍在增加；V接近零表示水位相对稳定；V持续为负则表示道路处于退水阶段。

预警等级不建议仅依靠单个瞬时深度确定，可采用“水深+持续时间+变化率”的组合规则。

例如某一水深短时出现后立即恢复，可以继续观察；如果水深超过对应项目阈值并持续达到规定时间，则提升相应预警等级。

具体分级深度应根据道路断面、车型、道路管理要求、交通风险和项目技术协议确定，不建议把某一个固定厘米数作为所有城市道路统一警戒值。

LED显示与现场警告设计

LED显示屏是本方案区别于普通积水水位监测的重要现场执行设备。

正常状态下，LED屏可以显示“道路正常”“当前积水0cm”或项目设定的常规信息。

检测到轻度积水以后，可以实时显示当前水深和注意提示，使驾驶员提前减速观察。

当积水达到较高风险等级时，LED可切换为更明确的“前方积水 请谨慎通行”或“积水较深 建议绕行”等内容。

严重积水场景可进一步使用高亮闪烁、声光和语音播报增强现场警示效果。

LED显示内容应由现场边缘主机直接控制，使4G断网时仍能够根据实际积水深度自动更新。

显示屏点阵、尺寸、亮度、文字内容和安装距离根据道路速度、可视距离、供电和现场空间进行项目化配置。

如果交通管理部门允许，可进一步与道闸、车道信号灯或可变信息标志联动，但相关自动封控逻辑应在项目技术协议中明确审批权限和安全责任边界。

系统功能设计

系统具备道路积水深度连续自动监测功能。

边缘分级预警支持阈值、持续时间、变化率和组合逻辑。

LED实时显示当前积水深度、道路状态和项目化警示文字。

系统支持声光、语音和继电器输出等现场联动方式。

4G远程通信实时上传积水、告警和设备状态。

本地存储功能保证网络中断时继续记录事件全过程。

恢复4G以后按照原始时间戳自动补传。

平台支持多站点地图、历史曲线、报警确认、处置记录、工单和恢复闭环。

硬件组成与配置方案

系统主要由S-UWDS道路积水深度感知单元、边缘数据采集主机、户外LED显示屏、4G通信模块、SIM通信组件、声光或语音报警器、电源、防雷接地、设备箱和安装基础组成。

积水感知可采用电子水尺或雷达水位，具体根据道路结构、监测范围和维护方式选择。

电子水尺可沿道路低点或专用安装结构设置，通过模块组合覆盖目标水深范围。

雷达水位设备可安装于稳定支架上方，以非接触方式监测下方积水表面。

LED显示屏安装在车辆驶入易涝区之前的上游位置，应满足道路实际可视距离。

边缘主机和4G模块安装于防护设备箱内，并配置浪涌保护和防雷接地。

供电可采用市电、太阳能或双电源方案；重要道路节点建议根据停电风险增加备用电源。

核心设备参数

S-UWDS采用电子水尺时，典型水深分辨率为0.1cm。

水位监测量程可通过模块组合覆盖0.5～4.8m，或根据项目采用雷达水位配置。

户外LED显示屏支持实时显示，点阵、尺寸及显示内容根据项目配置。

现场报警支持声光、语音、平台及分级阈值方式。

远程通信支持4G，本方案统一采用4G作为主要公网通信方式。

现场传感器与边缘主机常用RS485/Modbus方式连接。

供电可采用市电、太阳能或双电源方案。

采集周期与4G上传周期可以分别配置，具体根据积水发展速度、供电和通信条件确定。

系统支持循环存储和断网缓存，4G恢复以后按照原始时间戳补传。

电子水尺实际量程、雷达量程及精度、LED尺寸、功耗、防护等级和附件应以最终产品配置表及出厂检验记录为准。

软件平台与数据展示

SIYB智能监测平台按照“区域—道路—易涝点”的结构集中展示城市道路积水监测站。

地图总览页面可以直接显示不同易涝点当前正常、关注、预警或严重状态。

实时页面显示当前积水深度、水位变化率、当前预警等级、LED显示状态和设备在线状态。

历史曲线页面可以完整查看一次暴雨过程中水位从开始上升、达到峰值到最终退水的全过程。

事件页面记录报警开始时间、最高水位、持续时间、现场LED状态、处置情况和恢复时间。

质量控制页面自动标记超量程、突变、漂移、离线、维护、校准和低电量等状态。

平台支持日报、月报、积水事件报表和运维记录。

系统支持CSV、Excel数据导出，并可按照项目约定通过API、MQTT、Modbus等方式对接城市内涝、防汛、交通或市政平台。

数据分析与智能应用

道路积水连续数据能够完整记录暴雨期间易涝点积水形成速度。

通过水位变化率可以识别某一路段积水是否正在快速上升，为排水和应急人员判断事件发展趋势提供参考。

最高水位和持续时间可以用于比较不同降雨事件对同一路段造成的影响。

如果系统同时接入雨量数据，可以分析“降雨开始—积水形成—水位峰值—退水结束”之间的时间关系。

长期记录可以比较道路排水改造前后，同等或相近降雨条件下最高积水深度和退水时间是否发生变化。

多个易涝点综合在线后，可以观察暴雨期间不同道路的积水先后顺序，为排水泵站和应急力量调度提供参考。

平台还可以统计某一站点一年内积水次数、严重积水次数、平均持续时间和最大水深，形成道路易涝风险数据档案。

预警机制与决策支撑

系统采用多级积水预警策略，具体阈值根据项目道路和交通条件确定。

一级关注可用于记录道路开始形成积水并在LED屏显示注意信息。

二级预警可在积水持续增加以后增强LED警示，并根据项目开启声光或语音提醒。

更高等级可向平台、值班人员及第三方应急系统发送报警，并按照审批后的联动策略控制现场设施。

水位变化率可作为升级判断的重要辅助条件。例如积水尚未达到较高等级但正在快速增加时，可提前提升管理关注。

告警恢复同样应设置回差或持续时间条件，避免水位在阈值附近轻微波动造成LED和警报频繁切换。

自动封路、道闸关闭等涉及公共交通安全的执行动作，应由项目责任单位明确控制逻辑、权限和人工接管机制，不能仅依据单台水位设备未经审批自动执行。

项目实施方案

项目实施前首先调查历史积水点、道路最低高程、排水口、雨水井、车辆行驶方向、历史最高积水深度和现场供电通信条件。

根据道路积水特点选择电子水尺或雷达水位，并确定有效监测量程。

LED显示屏安装位置应结合道路限速、驾驶员观察距离、弯道和遮挡条件进行设计。

完成基础、立杆、设备箱、供电、防雷和4G通信施工后，配置传感器地址、量程和数据字典。

根据交通管理需求设置多级水深阈值、持续时间和变化率规则，并配置对应LED文字、声光和平台告警。

调试阶段可通过注水或项目认可的模拟水位方式逐级验证积水监测、LED切换、声光联动和平台告警是否一致。

测试4G断网时本地LED和报警功能是否继续运行，并验证恢复网络后的历史补传。

正式投运前建立设备编号、站点坐标、安装基准、告警联系人和处置流程。

运维服务保障

电子水尺长期运行应检查感知表面是否受到泥沙、垃圾、油污或其他附着物影响。

雷达水位监测应检查测量区域是否出现固定障碍物、施工设施或其他异常反射目标。

暴雨以后应检查支架、设备箱、LED屏和现场线缆是否受到车辆、水流或漂浮物冲击。

LED显示屏应定期检查亮度、点阵、文字显示和通讯状态，避免后台报警正常但现场屏幕失效。

声光和语音设备建议定期进行人工功能测试。

备用电源、电池、防雷器、接地和4G天线应纳入周期性运维检查。

网络中断时边缘主机继续记录数据并执行本地警告，恢复4G后自动补传。

传感器更换、阈值修改、LED警示内容调整和算法版本变更均应保留记录。

项目优势与方案价值

S-UWDS不是单纯的道路水位传感器，而是把积水深度监测、边缘分级判断、现场LED警示、远程通信和SIYB平台组合成完整道路积水预警站。

电子水尺典型0.1cm水深分辨率可以连续记录道路积水细微变化。

0.5～4.8m模块化水位范围可以根据不同道路、下穿通道和地下空间项目进行组合。

电子水尺和雷达水位两种技术路线使系统能够针对不同安装环境选择接触式或非接触式监测方案。

LED实时显示让驾驶员在接近积水区域时直接看到实际积水状态，提高现场信息触达能力。

边缘主机采用阈值、持续时间和变化率组合判断，有利于降低单一瞬时信号造成的误警。

4G通信适合城市道路分散点位，多个易涝点能够统一进入SIYB平台。

断网仍可本地显示和报警，使现场安全提示不完全依赖公网连接。

应用场景

本方案适用于城市下穿隧道和下穿通道积水深度监测与LED警告。

适用于立交桥下和道路低洼点积水监测。

适用于隧道入口、地下车库入口和地下空间出入口积水预警。

适用于城市主干道、快速路和易发生短时积水的重要道路节点。

适用于工业园区、物流园区和大型厂区内部道路积水监测。

适用于仓储、数据中心和重要基础设施外围道路内涝风险监测。

适用于市政排水和城市防汛项目，与雨量、泵站、水位和视频系统组成综合在线平台。

适用于需要现场LED、声光或语音即时提醒的城市内涝监测点。

效益分析

发现时效方面，将人工巡查和群众报警升级为积水深度全天候自动监测。

现场警告方面，通过LED实时显示将后台水位数据直接转化为驾驶员能够理解的道路风险信息。

安全管理方面，边缘本地判断使道路在公网中断时仍可保持现场警示能力。

应急调度方面，管理人员可以远程查看多个路段的积水深度和上涨速度，优先处理发展较快的站点。

治理评价方面，历史最大水深和退水时间可以作为排水设施改造效果分析的数据基础。

运维方面，平台可以远程查看水位传感器、LED、4G和电源状态，减少无目标现场巡检。

数据资产方面，多年运行能够形成城市易涝点积水事件数据库，为排水规划和防汛管理提供长期数据。

标准规范与政策依据

具有外壳防护等级声明的道路现场设备可根据实际配置参考GB/T 4208-2017《外壳防护等级（IP代码）》。

平台项目涉及网络安全建设时，可根据项目适用范围参考GB/T 22239-2019《信息安全技术 网络安全等级保护基本要求》。

采用RS485/Modbus进行积水感知设备与边缘主机通信时，可参考Modbus Application Protocol Specification V1.1b3。

道路积水监测点设置、报警等级、现场交通提示和应急处置还应结合所在地市政排水、城市防汛、交通管理和应急管理部门现行要求。

LED交通提示、道闸或道路封控涉及公共交通管理时，应由具有相应管理权限的责任单位确定显示内容和执行流程。

所列标准和技术文件用于设计、选型与系统集成参考，不表示S-UWDS自动取得所有道路交通、安全认证或满足全部业务条款。

成功案例

成功案例应以真实完成并取得客户公开授权的项目资料为准。典型城市下穿通道积水监测项目，可在道路最低点布设S-UWDS积水深度感知设备，并在车辆驶入下穿通道之前安装户外LED警示屏。

积水开始形成以后，系统连续记录道路实际水深，并通过边缘主机判断当前风险等级。

低水位阶段，LED显示当前积水深度和注意提示；随着水位持续升高，屏幕自动切换为更高等级的警告信息。

达到项目设定的严重等级以后，可同步启动声光或语音警告，并通过4G向SIYB平台和相关值班人员发送报警。

暴雨期间平台持续记录水位上涨速度、最高水位和持续时间。排水设施发挥作用以后，水位逐渐下降，系统完整记录退水过程。

当积水恢复至项目规定安全范围并持续满足恢复条件以后，LED自动恢复正常状态，同时平台关闭对应事件并保留处置记录。

如果暴雨期间4G网络暂时中断，现场边缘主机仍继续监测、LED显示和报警；通信恢复以后再补传完整历史数据。

以上内容属于依据S-UWDS系统能力编制的典型应用流程，不作为欣仰邦既有客户名称、真实项目业绩或固定内涝预警提前量声明。

参考文献

[1] GB/T 4208-2017，《外壳防护等级（IP代码）》及相关修改文件。

[2] GB/T 22239-2019，《信息安全技术 网络安全等级保护基本要求》。

[3] Modbus Application Protocol Specification V1.1b3。

[4] 城市内涝、道路积水、下穿通道排水和易涝点监测相关市政工程技术资料。

[5] 道路水位监测、电子水尺及非接触雷达水位连续监测相关技术资料。

[6] 城市防汛、道路现场警告、LED信息发布及应急联动相关工程技术资料。