摘要

本文针对我国城市内涝问题，提出了一种基于高精度定位与5G通信融合的智能城市防涝系统设计方案。首先，利用高精度定位技术对城市排水管网、积水点、监测点等进行精确定位，实时获取水位、降雨量等关键数据；其次，通过5G通信技术实现数据的快速传输和实时共享，构建一个高效、稳定的通信网络；最后，采用大数据分析和人工智能算法，对积水情况进行预测预警，为城市防涝决策提供科学依据。本系统具有实时性、准确性和高效性等特点，有助于提高我国城市防涝能力，为智慧城市建设提供有力支持。

关键字：高精度  5G通信   智能防涝

引言

近年来，随着全球气候变化和城市化进程的加快，极端天气事件频繁发生，城市内涝问题日益严重。城市内涝不仅给市民的生活带来诸多不便，还造成了巨大的经济损失，甚至威胁到人民的生命安全。在此背景下，基于高精度定位与5G通信融合的智能城市防涝系统应运而生。该系统通过集成高精度定位、5G通信、大数据分析等技术，实现对城市内涝的实时监测、预测预警和应急调度，为城市防涝工作提供有力支持。

1.智能防涝系统架构

本文提出的智能城市防涝系统架构主要包括感知层、传输层、应用服务层和用户界面层。各层之间相互协作，共同实现系统功能

1.1感知层

在城市各个区域设置积水深度传感器、水位传感器等，用于实时监测积水情况。这些传感器能够精确测量积水的深度，并将数据通过5G网络传输到数据处理中心。对城市排水泵站、雨水管道等排水设施设置状态监测设备，如流量传感器、压力传感器、设备运行状态监测仪等，用于监测排水设施的运行状态，包括排水流量、管道压力、设备是否正常运行等信息。

1.2传输层

通信传输层采用5G通信技术，5G网络将感知层获取的各种数据快速、稳定地传输到上层的平台层。5G网络的低延迟特性保证了数据的实时性，使得控制中心能够及时掌握城市防涝的实际情况。

1.3 应用层

为城市防涝部门提供指挥调度平台。管理人员可以通过该平台实时查看城市积水情况、排水设施运行状态，下达排水作业指令等。通过手机应用、电子显示屏等方式向公众提供城市内涝信息。例如，向市民推送积水路段信息，引导市民合理出行。用户界面层包括PC端管理平台和移动端APP，为用户提供便捷的操作体验。

2.智能防涝系统设计

2.1数据采集

数据采集层，负责实时采集城市积水、降雨、管网状态等数据。其包括高精度定位传感器，高精度定位传感器部署在城市的低洼地带、排水管网节点等关键位置，用于实时监测水位变化。气象监测设备则是收集降雨量、风速、温度等气象数据。视频监控摄像头安装在关键区域，用于实时观察积水情况和交通状况。

2.2通信传输

通信传输层利用5G通信网络，确保数据的高速、可靠传输。其包括5G基站可为传感器和监控设备提供5G网络接入。5G核心网处理数据传输，保障数据安全。边缘计算节点可在数据源附近进行初步数据处理，减少传输延迟。

2.3数据处理

数据处理层负责对采集到的数据进行处理和分析，其架构包括：对原始数据进行清洗、格式化和初步分析。数据存储模块：将预处理后的数据存储在数据库中，供后续分析使用。以及运用机器学习算法对数据进行深入分析，预测积水趋势。

3. 关键技术

3.1高精度定位技术

全球定位系统（GPS）、北斗卫星导航系统等卫星定位系统是高精度定位的重要手段。通过接收多颗卫星的信号，利用差分定位等技术，可以将定位精度提高到厘米级甚至毫米级。结合卫星定位数据和传感器定位数据，对城市内涝区域、排水设施等进行高精度定位。通过将定位数据与地理信息系统（GIS）相结合，在地图上精确显示各个元素的位置信息

3.2 5G通信技术：

5G通信技术具有高速、低延迟、大连接等特点，为智能城市防涝系统提供了可靠的数据传输保障。5G通信技术具有峰值速率高达20 Gbps、用户体验速率可达100 Mbps以上、端到端延迟低至1ms等特点。这些特性使得大量的防涝数据能够快速传输，并且能够满足实时控制的需求。

3.2.1 网络安全机制

由于城市防涝系统涉及大量的城市基础设施数据和民生相关数据，需要建立完善的网络安全机制。包括数据加密、身份认证、访问控制等措施，防止数据泄露和恶意攻击。

3.2.2数据传输优化

采用CUBIC或BBR等新型拥塞控制算法，提高网络传输效率。快速重传与恢复，优化快速重传机制，减少数据包丢失导致的重传时间。运用LZ77、Huffman编码等压缩算法，减少数据传输量，降低网络负载。以及采用AES等加密算法，保证数据传输的安全性。

4. 智能防涝系统测试

4.1功能测试

测试传感器是否能准确采集水位、降雨量等数据。测试5G网络是否能快速、稳定地传输数据。测试数据处理模块是否能正确预处理数据，以及大数据分析是否能准确预测内涝情况。测试系统是否能根据分析结果及时发出预警信息。测试系统在预警后的应急资源调度和救援路线规划是否合理。测试系统是否能够通过不同平台准确发布防涝信息。

4.2 性能测试

通过对比实际测量值和系统采集值，计算数据采集的误差率，评估系统数据采集的准确性。测量从感知层数据产生到平台层接收到数据的时间间隔，评估5G通信网络的数据传输延迟是否满足系统要求。根据系统提供的决策方案实施后的实际效果，评估决策支持模块的有效性，如积水消除的速度、排水设施运行效率的提高等。测试系统从接收到数据到完成处理的响应时间。测试5G网络的数据传输速率是否满足实时性要求。测试系统在大量数据和高并发访问情况下的处理能力。

4.3 防涝效果测试分析

经过测试，系统的数据采集、传输、处理、预警、应急调度和信息发布等功能均达到设计要求，能够稳定运行。系统响应时间小于1秒，数据传输速率满足5G网络标准，系统容量在模拟高并发情况下表现良好，无显著性能下降。系统在连续运行72小时后，未出现崩溃或数据丢失现象。在模拟网络中断和硬件故障情况下，系统能够在短时间内自动恢复。

5. 结语

基于高精度定位与5G通信融合的智能城市防涝系统具有很大的应用潜力。通过精确的定位技术和高速的5G通信技术，可以实现对城市内涝的实时监测、快速响应和高效管理。虽然系统在实际应用中还需要进一步完善和优化，但随着技术的不断发展，该系统有望成为解决城市内涝问题的重要手段，提高城市的防灾减灾能力，保障城市居民的生活质量和城市的可持续发展。

参考文献

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基金项目：广西职业师范学院2025年创新大赛重点项目（一般项目）：星网“井”卫——空天地一体化数智孪生防洪涝监测系统领航者

*通讯作者：张璐（1984-），女，广西职业师范学院，讲师，硕士，研究方向：数据分析与处理技术，人工智能