專利名稱：公路橋面徑流實時識別及選擇收集系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及排水設備，特別是一種公路橋面徑流實時識別及選擇收集系統。
背景技術：
根據統計數據，我國95%以上的化學危險品涉及到異地運輸問題，例如液氨的年流動量達80多萬噸，液氯的年流動量達170多萬噸，其中80%通過公路運輸。國內外的統計資料表明化學危險品運輸事故占危險化學品事故總數的30% 40%。上述統計數據表明， 公路運輸是化學危險品的主要運輸方式，運輸過程中發生的危險化學品事故在總的化學危險品事故中占相當大的比重，而暑期是事故發生的高峰期。究其原因一是高溫多雨天氣容易發生交通事故和危險化學品泄漏事故，惡劣天氣條件導致車輛狀況和行駛條件變差，二是這一時段是危險品生產和銷售的旺季，鑒于高速公路線性延伸、跨越大量地表水體，且橋梁等節點位置是事故多發地段的特點，危險化學品運輸事故導致的地表水污染成為迫切需要解決的問題。目前雖然有防止地表水污染而設置的識別及選擇收集系統，但由于結構上的原因，液態危險品流動性強、滲透性強的特點，泄漏后向水平和下方立體擴散，不易被控制，無法實現即時識別，效果差，依然存在安全隱患及易引發污染事故的問題。
發明內容
針對上述情況，為克服現有技術缺陷，本發明之目的就是提供一種公路橋面徑流實時識別及選擇收集系統，可有效解決現有橋面徑流收集系統無法即時識別，效果差，依然存在安全隱患及易引發污染事故的問題。本發明解決的技術方案是，控制器分別與攝像頭、第一電磁閥、雨雪傳感器、第二電磁閥、超聲波流量計和第三電磁閥相連接，控制器經路由器接監控器，超聲波流量計貼裝在U形檢測管的外壁上，U形檢測管內有和控制器相連的第二傳感器，U形檢測管分別和第二電磁閥、第三電磁閥相連通，第二電磁閥的第一個排出口和沉淀池相連通，第二電磁閥的第二個排出口和事故泄漏用的收集池的第一進水管相連通，收集池的第二進水管和第三電磁閥的排出口相連接，收集池內有和控制器相連的液位計，沉淀池的排出口接第一電磁閥， 第一電磁閥上有第一排放口和第二排放口，第一電磁閥的第一排放口與凈化器的進水管相連接，凈化器的出水管和第一電磁閥的第二排放口分別與邊溝相連通。本發明效果好，可實現即時識別，有效解決了安全隱患及易引發污染事故的問題。
圖I為本發明的結構主視圖。圖2為本發明U形檢測管的結構主視圖。圖3為本發明凈化器的結構剖視圖。圖4為本發明凈化器的結構俯視圖。
圖5為本發明收集池的結構主視圖。
具體實施例方式以下結合附圖對本發明的具體實施方式
作詳細說明。由圖I-圖5給出，本發明的結構是，控制器I分別與攝像頭3、第一電磁閥4、雨雪傳感器6、第二電磁閥7、超聲波流量計8和第三電磁閥10相連接，控制器經路由器2接監控器14，超聲波流量計貼裝在U形檢測管9的外壁上，U形檢測管內有和控制器相連的第二傳感器，U形檢測管分別和第二電磁閥、第三電磁閥10相連通，第二電磁閥的第一個排出口和沉淀池11相連通，第二電磁閥的第二個排出口和事故泄漏用的收集池12的第一進水管相連通，收集池的第二進水管和第三電磁閥的排出口相連接，收集池內有和控制器相連的液位計5，沉淀池的排出口接第一電磁閥，第一電磁閥上有第一排放口和第二排放口，第一電磁閥的第一排放口與凈化器13的進水管22相連接，凈化器的出水管23和第一電磁閥的第二排放口分別與邊溝15相連通。所述的路由器2為市售產品，如光纖路由器、GPRS無線路由器或ADSL路由器等用以實現多臺計算機之間有線或無線網絡連接的一種設備；所述的第一電磁閥4、第二電磁閥7為兩位三通電磁閥；所述的U形檢測管9為U形彎管，U形檢測管的兩個上端分別有出水口和進水口，進水口的高度高于出水口的高度，出水口下部的U形檢測管的側壁上和底部分別有第一排放口和第二排放口，第一排放口和第二排放口分別接第三電磁閥的兩個進水口，U形檢測管的出水口和第二電磁閥的進水口相連通；所述的第三電磁閥10為排空電磁閥；所述的第二傳感器裝在U形檢測管的豎管內，第二傳感器至少有4個，分別為濁度傳感器16、PH傳感器17、電導率傳感器18和可燃氣體傳感器19，濁度傳感器、PH傳感器和電導率傳感器置于U形檢測管出水口下方的豎管內，可燃氣體傳感器置于U形檢測管出水口上方的豎管內；所述的控制器I為ATMEL公司生產的ATmega324P型AVR單片機，控制器接電源36 ;所述的凈化器13是過濾池20經溢流堰21分為左部池體和右部池體，左部池體的外側底部有進水管22，右部池體的外側底部有出水管23，進水管的外端和第一電磁閥的第一排放口相連通，出水管和邊溝連通，左部池體底部內鋪設有呈“豐”字形的配水管24，配水管的中部橫管外端和進水管相連通，中部橫管的兩側垂直裝有多排平行排列的支管，支管的末端口部裝有管堵25，配水管沿橫向間隔開有交錯排列的圓孔26，圓孔的直徑大小以卵石不堵塞、不掉入圓孔為準，配水管上部自下向上依次鋪設有分別由粒徑3-4cm的卵石27、 粒徑2-3cm的沸石28和粒徑2_3mm的粗砂29為濾料構成的過濾層，每相鄰的兩個過濾層之間有隔網30，每層隔網上的網孔直徑小于上層相鄰的濾料的粒徑，是為了防止濾料過度下沉混合，降低下層濾料的縫隙率，過濾層的頂部低于溢流堰的頂部，過濾池的頂部有檢修口 31 ;所述的卵石27為鵝卵石，沸石28為玄武巖，粗砂29為石英砂；所述的收集池12是上部有檢修開口 32，兩側分別有上端伸出外部的進水管33和清運管34，檢修開口一側的收集池上部有排氣管35，收集池的進水管有第一進水管和第二進水管共兩個進水管，進水管的下端彎曲和收集池的底部相平行，清運管的下端置于收集池底部向下凸起的凹槽內，液位計置于清運管的內側，收集池的底部向凹槽方向向下傾斜。本發明的工作原理是，橋面徑流經泄水孔流入沿橋梁外側敷設的排水管中，然后流入U形檢測管，U形檢測管內液位逐漸升高淹沒第二傳感器，液體和第二傳感器接觸時間滿足檢測要求后，第二傳感器分別發送水質檢測信號至控制器，控制器對傳感器電信號進行解析后，根據控制器內預設的水質判別條件識別水質是正常徑流還是事故泄漏物，并根據識別結果控制下級管路上的電磁閥動作切換流向，使來水流入沉淀池或流入收集池，對橋面徑流按水質進行選擇性收集，橋面來水經檢測為事故泄漏時，流入收集池；檢測為正常徑流時，進入沉淀池。沉淀池兼有蓄水和沉淀雙重作用，橋面徑流來水經初步沉淀后自流進入下級的凈化器，凈化器是由卵石、沸石和粗砂組成的復合濾層，對橋面徑流中所含的懸浮物有較好的截留作用，凈化器出水排入邊溝。由上述結構可知，控制器將傳感器檢測信號編碼后通過光纖或GPRS路由器同步發送至監控中心的監控器，由監控器解析后顯示出來，供工作人員決策參考。控制器除了發送控制信號、解析、處理傳感器檢測信號以及處理、傳輸攝像頭視頻信號外，還擔負為傳感器等設備供電功能，控制器的電源可由市電經整流變壓電路后，輸出為與需求相應的電壓、 電流，也可配備電源，如蓄電池，電池組等，為避免影響控制器運行的穩定性，一些驅動功率較大的設備如電磁閥采用獨立電源供電。監控器是一臺工業計算機，借助計算機軟件實現橋面設備運行狀態的實時顯示、設備狀態查閱、設備運行參數設置等功能。本發明中的傳感器類別有PH傳感器、電導率傳感器、濁度傳感器、可燃氣體傳感器，上述傳感器探測對象覆蓋酸性液體、堿性液體、導電液體、揮發性可燃液體、各種鹽類，基本覆蓋了高速公路運輸常見危險品的種類。即便如此，對有些類別危險品，例如食用油，仍無法實現即時識別，為此設置橋面監控用的攝像頭，通過視頻方式識別橋面事故，以彌補傳感器檢測能力的不足。根據電磁閥供應商提供的基礎參數，監控器具備電磁閥閥芯閉合狀態檢測識別功能，此狀態經編碼后傳輸至監控器顯示在屏幕上，各部位電磁閥閥門狀態一目了然，方便工作人員手動操作。電磁閥驅動具體指傳感器檢測到異常水質信號后，與監控器存儲系統中事先定義好的事故判別標準進行比對，符合事故水質特征隨即導通電磁閥驅動電路，控制兩位三通電磁閥閥門從正常排放狀態切換至事故排放狀態，引導事故泄漏物流入收集池。U形檢測管的是一段U形彎管，彎管來水方向高度略高于去水方向(按水力坡降自然高差即可)，U形檢測管內的第二傳感器安裝在U形彎管的任一豎直管段中均可，但安裝在左側位置較右側更有利于來水混合均勻(如圖2所標)，豎直管段高度取決于傳感器組合中最長傳感器的高度，在不受傳感器尺寸制約時可以稍短，但不宜過短，一是要留出外貼式超聲波流量計貼片安裝位置，二是流量計檢測需要一個穩定的滿管水流，豎管過短，水流易波動，U形檢測管內有一個傳感器組合，即第二傳感器，采用傳感器組合后，監測對象覆蓋酸、堿、鹽、揮發性可燃氣體、溶水后變色物質。為提高系統時效性和可靠度，結合現有的傳感器類別和高速公路危險品類別，將系統檢測時段區分為雨雪天和非雨雪天兩種天氣狀況，借助雨雪傳感器為橋面主機提供天氣狀況信息，在非雨雪天氣，電磁閥默認位于事故排放狀態，U形檢測管中檢測到的任何流量都識別為危險品泄漏，流入事故泄漏的收集池；雨雪天氣情況下，根據傳感器組合檢測結果判斷是否事故排放，若為事故排放流入事故泄漏收集池，否則流入沉淀池。對監測時段進行優化后，非下雨天的所有流量，不管是否檢出，均進入事故泄漏收的集池，大幅提高了事故泄漏檢出率。本發明的凈化器是當初期徑流進入后，通過“豐”字形配水管進行配水，配水管設在凈化器底部，末端開口用管堵封堵，并在管段上沿水管橫向間隔5 IOcm均勻鉆出圓孔， 交錯排列，以卵石不堵塞、不掉入圓孔為準，卵石粒徑差別較大時，應采取措施防止卵石堵
6塞、掉入圓孔，配水管上鉆孔目的為均勻配水，上游來水流經過濾料間隙時，因其曲折回轉的阻隔及上升流出水可消減相當程度來水勢能，有助于形成分布均勻平緩的上升流，將來水由紊流轉變為層流并均勻分布在濾料層橫截面上，一方面充分利用濾料的過濾能力，另一方面形成的穩定上升流，防止過濾后水流流態不穩挾帶過多泥沙溢流，在配水管上部依此鋪設厚度40cm的卵石、沸石、粗砂，粒徑由下到上逐級變小，各濾料層間鋪設隔網，防止濾料過度下沉混合，降低下層濾料的縫隙率。濾料層上方至溢流堰頂部還有50cm高度未填充濾料，此高度為泥沙沉降層，用以進一步去除出水中挾帶的泥沙顆粒。由于徑流經過過濾層后流速極慢，在過濾過程中未被阻截及徑流經過粗砂過濾層時挾帶的細小顆粒，因密度較大上沖一定高度后逐漸沉降下來。水流依次通過卵石、沸石、粗砂過濾層后，截留掉大部分顆粒污染物，隨著來水持續，逐漸充滿池體，在凈化器上部未填充濾料空間部分沉降掉攜帶的細小顆粒后，經溢流堰流入右部池體的出水管排入邊溝。并經反復試驗測試，取得了良好的效果，具體情況如下為解決初期徑流污染問題，針對橋面徑流的水質特點，在本發明中引入凈化器，用于截留初期徑流中的主要污染物SS (水中懸浮物顆粒)，并對COD (化學需氧量)也有一定的去除作用。將采集的初期徑流污染物中SS、COD、BOD5測試結果繪成曲線，發現SS、C0D、 BOD5的濃度曲線呈大體平行狀態，結合初期徑流的水質特點推斷，水樣中的COD、BOD5的濃度有相當一部分是由水樣中的SS貢獻的，即同一水樣，在濾除SS后測試COD和不過濾SS 測試C0D，得到的結果是不一致的，采集市區交通干線路邊土所做的模擬實驗結果顯示COD 和SS濃度相關性達87. 2%，表明上述推斷正確。凈化器所采用的濾料為鵝卵石，玄武巖，石英砂，水流在這些材料中的流動速度取決于濾料的滲透系數，而裝置的處理能力則取決于滲透系數和過濾池過水面積。滲透系數是反映土壤或其它顆粒材料透水性的一個綜合性指標，主要取決于顆粒的形狀、大小、均勻程度以及空隙等特性。不同介質的滲透系數是不同的。滲透系數是一個有量綱的物理量，量綱和流速一樣。表4-1是依據達西定律計算出的常見材料滲透系數。表4-1常見材料滲透系數
材料種類滲透系數(k)以m/d計以cm/s計中砂5.0 206 X ICT3 2X ICT2均質中砂35.0 50.04 X ICT2 6X ICT2粗砂20.0 50.02 X ICT2 6X ICT2均質粗砂60.0 75.07X ICT2 I X IO4圓5樂50.0 100.06 X ICT2 I X IO4卵石100.0 500.0I X IO4 6X ICT1無填充物卵石500.0 1000.06X104 IXlO1凈化器上游來水通過配水管進行配水，使水流盡量均勻地分布在過濾材料斷面上，以形成較為穩定的上升流。凈化器中過濾材料的鋪設順序自下而上依次是卵石、沸石、 粗砂，過濾材料鋪設分層示意圖見圖3，上述三種過濾材料組成的過濾層，其滲透系數自下而上依次減小，可以看出，整個裝置的過濾能力取決于滲透系數最小的濾層即粗砂層，而水流流過裝置的時間則為水流分別流過三種過濾材料的時間之和。通過比較凈化器和配水管的過水能力，可以得到二者過水能力差值，此差值可以作為確定凈化器上級的沉淀池的容積。沉淀池起到較好的沉淀作用，需要控制的要素有水流速度、沉淀池深度和長度，在滿足此基礎上，可以適當加大池容量，此部分容量可作為蓄水容量，由系統根據上下游來水和出水速度自行調節，此容量應能滿足一個降水周期內給定降水強度下因上游來水和下游過濾出水速度不一致產生的多余水量。并在沉淀池留出溢流口，用于強降水天氣時溢流。表4-1給出的滲透系數是一個范圍，由于選取的過濾材料并非標準粒徑和孔隙率，為使計算結果盡量接近實際情況，在選取過濾材料滲透系數時取上下限的均值。凈化器的過水斷面尺寸2. 5mX I. 8m，折合4. 5m2，三層濾料的厚度均為40cm，經計算，凈化器的綜合過水能力是I. 81/s，水流通過三層濾料的時間約為1614s。詳細數據見表4-2。表4-2初期徑流凈化器處理能力計算表
權利要求
1.一種公路橋面徑流實時識別及選擇收集系統，其特征在于，控制器(I)分別與攝像頭(3)、第一電磁閥(4)、雨雪傳感器(6)、第二電磁閥(7)、超聲波流量計(8)和第三電磁閥(10)相連接，控制器經路由器(2)接監控器(14)，超聲波流量計貼裝在U形檢測管(9)的外壁上，U形檢測管內有和控制器相連的第二傳感器，U形檢測管分別和第二電磁閥、第三電磁閥(10)相連通，第二電磁閥的第一個排出口和沉淀池(11)相連通，第二電磁閥的第二個排出口和事故泄漏用的收集池(12)的第一進水管相連通，收集池的第二進水管和第三電磁閥的排出口相連接，收集池內有和控制器相連的液位計(5)，沉淀池的排出口接第一電磁閥，第一電磁閥上有第一排放口和第二排放口，第一電磁閥的第一排放口與凈化器(13)的進水管(22)相連接，凈化器的出水管(23)和第一電磁閥的第二排放口分別與邊溝(15)相連通。
2.根據權利要求I所述的公路橋面徑流實時識別及選擇收集系統，其特征在于，所述的路由器(2)為光纖路由器、GPRS無線路由器或ADSL路由器。
3.根據權利要求I所述的公路橋面徑流實時識別及選擇收集系統，其特征在于，所述的第一電磁閥(4)、第二電磁閥(7 )為兩位三通電磁閥。
4.根據權利要求I所述的公路橋面徑流實時識別及選擇收集系統，其特征在于，所述的U形檢測管(9)為U形彎管，U形檢測管的兩個上端分別有出水口和進水口，進水口的高度高于出水口的高度，出水口下部的U形檢測管的側壁上和底部分別有第一排放口和第二排放口，第一排放口和第二排放口分別接第三電磁閥的兩個進水口，U形檢測管的出水口和第二電磁閥的進水口相連通。
5.根據權利要求I所述的公路橋面徑流實時識別及選擇收集系統，其特征在于，所述的第三電磁閥(10)為排空電磁閥。
6.根據權利要求I所述的公路橋面徑流實時識別及選擇收集系統，其特征在于，所述的第二傳感器裝在U形檢測管的豎管內，第二傳感器至少有4個，分別為濁度傳感器(16)、 PH傳感器(17)、電導率傳感器(18)和可燃氣體傳感器(19)，濁度傳感器、PH傳感器和電導率傳感器置于U形檢測管出水口下方的豎管內，可燃氣體傳感器置于U形檢測管出水口上方的豎管內。
7.根據權利要求I所述的公路橋面徑流實時識別及選擇收集系統，其特征在于，所述的控制器(I)接電源(36)。
8.根據權利要求I所述的公路橋面徑流實時識別及選擇收集系統，其特征在于，所述的凈化器(13)是過濾池(20)經溢流堰(21)分為左部池體和右部池體，左部池體的外側底部有進水管(22)，右部池體的外側底部有出水管(23)，進水管的外端和第一電磁閥的第一排放口相連通，出水管和邊溝連通，左部池體底部內鋪設有呈“豐”字形的配水管(24)，配水管的中部橫管外端和進水管相連通，中部橫管的兩側垂直裝有多排平行排列的支管，支管的末端口部裝有管堵(25)，配水管沿橫向間隔開有交錯排列的圓孔(26)，圓孔的直徑大小以卵石不堵塞、不掉入圓孔為準，配水管上部自下向上依次鋪設有分別由粒徑3-4cm的卵石(27)、粒徑2-3cm的沸石(28)和粒徑2_3mm的粗砂(29)為濾料構成的過濾層，每相鄰的兩個過濾層之間有隔網(30)，每層隔網上的網孔直徑小于上層相鄰的濾料的粒徑，是為了防止濾料過度下沉混合，降低下層濾料的縫隙率，過濾層的頂部低于溢流堰的頂部，過濾池的頂部有檢修口(31)。
9.根據權利要求I所述的公路橋面徑流實時識別及選擇收集系統，其特征在于，所述的收集池(12)是上部有檢修開口(32)，兩側分別有上端伸出外部的進水管(33)和清運管 (34)，檢修開口一側的收集池上部有排氣管(35)，收集池的進水管有第一進水管和第二進水管共兩個進水管，進水管的下端彎曲和收集池的底部相平行，清運管的下端置于收集池底部向下凸起的凹槽內，液位計置于清運管的內側，收集池的底部向凹槽方向向下傾斜。
全文摘要
本發明涉及公路橋面徑流實時識別及選擇收集系統，可有效解決無法即時識別，效果差，存在安全隱患及易引發污染事故的問題，控制器分別與攝像頭、雨雪傳感器、第一、第二、第三電磁閥、超聲波流量計相連接，控制器接監控器，超聲波流量計裝在U形檢測管上，U形檢測管內的第二傳感器和控制器相連，U形檢測管和第二、第三電磁閥相連通，第二電磁閥和沉淀池、收集池相連通，收集池和第三電磁閥相連接，收集池內有和控制器相連的液位計，沉淀池接第一電磁閥，第一電磁閥與凈化器、邊溝相連通，本發明效果好，可實現即時識別，有效解決了安全隱患及易引發污染事故的問題。
文檔編號E01D19/08GK102587275SQ201210063998
公開日2012年7月18日 申請日期2012年3月12日 優先權日2012年3月12日
發明者劉保元, 劉婧, 周敏, 尹慶會, 張仲鼎, 張曉林, 朱維東, 田文豪, 秦海偉 申請人:河南省交通科學技術研究院有限公司