从《圣经》旧约到东方大禹，抗洪斗争贯穿于人类文明的发展历程。公开的统计数据表明，洪水灾害一直是近年来的主要自然灾害之一。更糟糕的是，全球变暖导致的温室效应加剧，使全球平均气温上升了1.5°C（方案1a，蓝线）。这是过去四十年来全球主要洪水数量增加约700%的主要原因（方案1a，红点）。此外，全球城市化的加速导致世界各地越来越多的地区面临更高的洪水风险（方案1b）。统计数据表明，近年来，无论是发达国家还是发展中国家，洪水都以广泛的危险区域和严重的影响为特征，造成了重大的人员伤亡和经济损失。例如，2023年9月利比亚德尔纳的洪水导致11000人死亡，因为降雨量远远超过了排水系统的预警限值，而且没有及时发现。同样，2024年，与飓风海伦相关的强降雨导致河流水位迅速上升，造成了广泛的财产损失，美国迪克西至少236人死亡。

大雨引发的洪水通常是通过卫星观测的天气预报来预测的，但很难确定洪水可能突然形成的区域。洪水的特点是在低洼地区演变迅速，路径不可预测，包括地下通道、地铁站和山脚下的村庄，这些地区约占洪水灾害伤亡人数的70%。早期预警洪水形成并尽量减少其破坏性影响的必要性促使人们对建立洪水监测系统进行了深入研究。基于人工巡逻的传统监测方式受到高成本和可能遗漏的限制。在低洼地区安装电缆预警系统可以为早期洪水预警提供更高的安全性和准确性，但除了在洪水事件中可能因漏电而发生故障外，它们还需要极其昂贵的安装和维护。此外，每次洪水泛滥后，电缆预警系统都需要耗时耗力的重建。这些缺点使得通过电缆洪水预警系统在城市和郊区的低洼地区实现实时监测变得困难。

无线传感器已被考虑用于早期洪水报警，它由传感元件、信号发生器和电池组成。这些传感器可以对快速发展的洪水做出迅速反应，并通过无线通信将预警信号传输到控制中心。相较于电缆供电，由电池供电的传感器更为经济，并能适应更为复杂的场合。然而，移动电池的使用也面临着长期使用过程中耗尽和水损坏造成的短路问题，这严重影响了传感器对洪水的有效预警。因此，基本上需要稳定和长期的能源供应来更换洪水预警传感器内的电池。风能和太阳能等可再生能源曾被视为洪水预警传感器的持续能源。然而，这些设备强烈依赖于收集外部能量，并受到尺寸大、稳定性差和成本高的限制，这与桥梁和隧道等较小或封闭的城市空间的实际应用要求相反。在此背景下，洪水预警传感器预计在安全的情况下需要低能耗甚至无能耗，同时电力本身能够应对洪水的发生，具有广泛的适应性和长期保证。收集洪水动能并将其转化为电能的方式是开发具有自供电能力的洪水预警传感器的竞争策略。基于摩擦电或压电效应的传感器在监测水位变化方面很有吸引力，显示出洪水能量自供电的一致性。考虑到摩擦电和压电发电机的有限输出，激活对更高能耗有要求的更复杂的传感器是一项挑战，特别是对于连续的长距离信号传输。

来源：传感器专家网