随着经济的不断发展，城市中建设越来越多的高楼大厦、柏油马路、城市广场、立交桥、停车场等等，市区内的裸露土地越来越少，一旦下起雨来，雨水很难渗入地下。遇到大雨、暴雨，雨水来不及通过下水道流走，就形成径流，汇积成了了积水，特别是在市区内地势比较低的地区。虽然现在许多现代化城市、包括我国新建的不少城市都有比较现代化的排水和下水管道系统，但遇到降雨量过大时，仍然会发生排水不及形成积水，同样的情况国外许多现代化的都市也难以避免。积水的多少与降雨的强度、降水量的大小以及下水系统的设计有很大关系。
城市积水首先危害的是城市交通，即便是20分钟的暴雨也能使公路立交桥下造成严重积水，导致涉水车辆的熄火，就可能形成交通的堵塞。更为严重的积水就可能使城市的街道、民房、商业用房、仓库、地下停车场、工厂、机关、学校等受到影响，其所造成直接经济损失是十分巨大的。现代化城市人口密集，商业区集中，受危害严重。如果处置不当或救助不及时还可能造成人员的伤亡。例如：2003年12月3日在澳大利亚的第二大城市墨尔本，在十几个小时内降雨120多毫米,使市内部分地区积水，许多驾车的市民不得不弃车而逃，或站在车顶或站在马路边的高处求救，相关部门收到的手机求救信号就有上千次，当地警察及时派出一批橡皮船出来救助，才未造成人员伤亡，但经济损失严重；1个多月后，2004年1月29日晚，仍然在墨尔本，一场雨下了不到2个小时，降雨量不到70毫米，在该城东北部被水淹，水深约0.5米，不仅造成交通混乱，许多商店、居民住宅及车辆被淹，损失超过100万澳元；2004年3月31日，香港下雨不到70毫米，洪源路等地水深及膝，汽车被水半淹，木屋居民纷纷报警求救；2004年4月1日上午在广州出现降雨天气，时间1小时左右，降雨量也只有37.6毫米，但造成多处浸水，海关学院对面马路100多S米长的路段浸水约0.7米，相关的报警和求救电话大增；2002年7月30日我国成都市的一场暴雨使市内部分地区受淹，五福立交桥和五块石大道立交桥下的积水达1.5米，交通中断达8小时，市区共有13处出现积水，西城角低洼处水深齐腰，经民警救助153人得以脱险。类似的例子近几年在我国许多城市都曾发生过。因此，城市道路积水监测系统对于城市积水问题有着非常重要的作用。

国内外积水预警系统研究现状
1.现有城市道路积水预警系统
由于国情的不同，城市道路积水问题在我国较为严峻，研究也偏多。然而，经调查目前在我国城市实际应用的道路积水预警系统却较少。经分析，主要由于以下四方面问题，造成现有城市道路积水预警系统的使用效果不理想：
（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。例如北京市2012年底安装的“城市道路物联网预警平台”，使用电子水尺测量积水深度，但由于其测量原理为触点感应，所以当车辆带动积水溅到水尺上时，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。这类积水报警系统的信息传输媒介大多是无线网络或地方的通讯设施，传输的信号很容易被其他信号干扰，难免出现信息延误或错误。另外，系统通讯设备成本也较高。
（3）有的系统提供积水信息的形式并不有效。例如，北京市某些地道桥处安装的积水检测系统，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，通行建议的合理性难免受到出行者质疑；另外，标志距离桥梁位置较近，不能起到及时引导车辆绕行的作用。
（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。
2.现有积水信息获取手段和发布方式
城市道路积水预警系统最核心的思想应该在于积水信息的准确获取和及时发布。目前在我国有以下这些方法。

人工观测法：利用摄像机 节省人力 不能24小时监测，测量不精确
现场执勤 ：现场机动性强 耗费人力、物力，不能应对突发降雨
水尺 ：较为精确 需出行者近距离观测
路面水位标线 ：危险水位明确 积水过深时易被遮挡
仪器测量法 ：超声波等非接触式液位变送器 自动实时测量 成本高，信号受环境温、湿度影响大，测量结果不可靠
电子水尺： 自动实时测量 受水位波动干扰，测量结果不可靠
人工法 ：现场管理 机动灵活、有针对性 耗费大量人力、物力，不能应对突发降雨
交通电台： 信息传播范围广 信息有延迟，针对性不强
仪器法： 显示屏 直观显示积水信息 设置位置不合适不能诱导交通
报警器: 信息传达性好 不是量化信息，出行者不了解具体情况
综上所述，这些积水预警装置或多或少都存在着一些方面的不足，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。当然，要解决积水问题，这些都不是长久之计，还必须从根本入手，科学合理编制城市排水规划，大力发展城市排水管线建设，加强监管与维修，认真做好积水问题的调研工作，因地制宜应用新技术，强化管理，提高排水应急反应速度，这样才能从根本上解决目前面临的积水问题。

2. 研究的基本内容与方案

系统采用两片AT89S52单片机作为下位机，用于数据采集，可以实现多点监测。以STM32单片机作为上位机，是系统的监测中心。整个的系统是由监测 中心站主机STM32、监测点AT89S52单片机系 统、水位测量传感模块、无线射频模块、液晶显示模块组成。STM32单片机作为主机，负责与多个不同的监测点之间进行信息传输，判断监测点水位是否超过了设定的临界值。控制不同的警 示灯点亮，并在道路液晶显示屏上实时显示道路积水水 位值和警示，例如“水位过深，小心行驶”，使得用户 在获得快速、准确的数据的同时，拥有更多的自主决策时间，从而避免暴雨天气导致道路积水造成的交通堵塞， 提高城市在紧急情况下的应急能力。监测点从机负责采集测量点的实时水位数据，并通过无线传输方式将数据发送至主机STM32。

系统原理框图如下所示：

数据采集模块

水位数据测量传感器采用的是松下D3A传感器，是一种无接触式的压力传感器。A/D转换器选用TLC1543模数转换器。。该转换器为高速（10μS 转换时间）、高精度（10 分辨率，最大 ±1LSB 不可调整误差）转换器，可通过软件编程设置增益、信号极性、输入通道等。采用串行通信接口，具有输入通道多、性价比高、易于和单片机接口的特点，可广泛应用于各种数据采集系统。