自主式道路結冰積雪消融系統及方法與流程

本發明屬于智能交通技術領域，具體涉及自主式道路結冰積雪消融系統及方法。

背景技術：

目前我國高速交通迅猛發展，高速里程不斷增加，尤其是高速路路橋、隧道、坡道等易積雪、結冰等路段顯著增多，特別是冬天，高速路路橋在冷空氣作用下特別容易結冰、積雪，隧道內容易結冰，坡道因貨車制動容易造成路面結冰等情況，目前交管部門沒有相關設備和方法,能夠實現對路面狀況(積雪、結冰)變化的測試，尤其是高速路路橋、隧道、坡道等易積雪、結冰等路段的路面狀況實時測試和先期預警，缺乏交通道路主動進行積雪結冰主動消融，致使路面濕滑，導致車輛有效制動距離縮短,造成交通事故頻發問題。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題在于針對上述現有技術的不足，提供一種根據路面狀況，實時測量路面積雪結冰狀況、提前進行預警，主動進行路面積雪結冰消融的自主式道路結冰積雪消融系統及方法。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是，自主式道路結冰積雪消融系統，包括至少一組消融單元，每一組所述消融單元包括至少一個自主消融系統主機和多個噴射系統，所述自主消融系統主機設置于高速路同向車道的其中一側，所述噴射系統分別間隔設置于高速路同向車道的兩側；同一組消融單元內，所述自主消融系統主機和多個噴射系統間無線信號連接；所述自主消融系統主機用于與交通管理部門控制管理中心相連接；所述自主消融系統主機用于檢測路面被測區域的積雪、積水及積冰的厚度、濕滑系數和冰雪覆蓋率，并向被測區域噴灑消融劑；所述自主消融系統主機還用于向噴射系統和交通管理部門控制管理中心發送被測區域信息；所述噴射系統用于接收自主消融系統主機發送的被測區域信息，并向對應的被測區域噴射融雪劑。

進一步地，每一組消融單元中至少包括如下：依次間隔設置于高速路同向車道的其中一側的一個自主消融系統主機和兩個噴射系統，還包括間隔設置于高速路同向車道相對側的三個噴射系統。

進一步地，該自主消融系統主機包括依次相連接的圖像與激光復合式遙感路面監測自動報警系統、第一控制信號信息處理板和第一泵機；圖像與激光復合式遙感路面監測自動報警系統包括一對并列設置的激光發射裝置和激光接收裝置，還包括CCD圖像探測器和第一消融噴頭；激光發射裝置和激光接收裝置相配合，通過第一控制信號信息處理板確定被測區域積雪、積水、積冰的厚度和路面濕滑系數；CCD圖像探測器在第一控制信號信息處理板的作用下，確定被測區域的冰雪覆蓋率；第一控制信號信息處理板由被測區域積雪、積水、積冰的厚度、路面濕滑系數和冰雪覆蓋率確定融雪劑的用量及噴灑速度，由第一泵機控制第一消融噴頭工作。

進一步地，該第一消融噴頭包括第一噴頭主體，第一噴頭主體包括設置于其中部的一個第一主噴嘴，還包括環繞于第一主噴嘴一周的多個第一副噴嘴，且多個第一副噴嘴的噴灑量之和等于第一主噴嘴的噴灑量。

進一步地，該自主消融系統主機還包括消融劑儲箱，第一消融劑儲備箱與第一泵機相連接。

進一步地，該噴射系統包括依次相連接的第二消融噴頭、第二泵機和第二控制信號信息處理板；第二控制信號信息處理板接收第一控制信號信息處理板發送的被測區域信息，確定融雪劑的用量及噴灑速度，由第二泵機控制第二消融噴頭工作。

進一步地，該第二消融噴頭包括第二噴頭主體，第二噴頭主體包括設置于其中部的一個第二主噴嘴，還包括環繞于第二主噴嘴一周的多個第二副噴嘴，且多個第二副噴嘴的噴灑量之和等于第一主噴嘴的噴灑量。

本發明還公開了上述的圖像與激光復合式遙感路面監測自動報警系統的使用方法，該方法如下：自主消融系統主機中的激光發射裝置和激光接收裝置相配合，通過所述第一控制信號信息處理板確定被測區域積雪、積水、積冰的厚度和路面濕滑系數；同時CCD圖像探測器在第一控制信號信息處理板的作用下，確定被測區域的冰雪覆蓋率；所述第一控制信號信息處理板由被測區域積雪、積水、積冰的厚度、路面濕滑系數和冰雪覆蓋率確定融雪劑的用量及噴灑速度，由第一泵機控制第一消融噴頭工作；第二控制信號信息處理板接收第一控制信號信息處理板發送的被測區域信息，確定融雪劑的用量及噴灑速度，由第二泵機控制第二消融噴頭工作。

本發明自主式道路結冰積雪消融系統具有如下優點：實現根據道路路面狀況尤其是路面積雪結冰等情況進行道路積雪結冰及時主動消融，解決由于因路面結冰積雪致使路面濕滑,導致車輛有效制動距離縮短,造成交通事故頻發問題。

附圖說明

圖1是本發明自主式道路結冰積雪消融系統排布圖；

圖2是本發明中自主消融系統主機的結構示意圖；

圖3是本發明中第一消融噴頭的結構示意圖；

圖4是本發明中噴射系統的接頭示意圖；

圖5是本發明中第二消融噴頭的結構示意圖；

圖6是圖像與激光復合式遙感路面監測自動報警系統曲線測試圖；

其中：A.自主消融系統主機；B噴射系統；1-1.圖像與激光復合式遙感路面監測自動報警系統；1-11.激光發射裝置；1-12.CCD圖像探測器；1-13.第一消融噴頭；1-131.第一主噴嘴；1-132.第一副噴嘴；1-14.激光接收裝置；1-2.第一控制信號信息處理板；1-3第一泵機；1-4.第一消融劑儲箱；2-1.第二消融噴頭；2-11.第二主噴嘴；2-12.第二副噴嘴；2-2.第二控制信號信息處理板；2-3.第二泵機；2-4.第二消融劑儲箱。

具體實施方式

本發明自主式道路結冰積雪消融系統，如圖1所示，包括至少一組消融單元，每一組消融單元包括至少一個自主消融系統主機A和多個噴射系統B，自主消融系統主機A設置于高速路同向車道的其中一側，噴射系統B分別間隔設置于高速路同向車道的兩側；同一組消融單元內，自主消融系統主機A和多個噴射系統B間無線信號連接；自主消融系統主機A用于與交通管理部門控制管理中心相連接；自主消融系統主機A用于檢測路面被測區域的積雪、積水及積冰的厚度、濕滑系數和冰雪覆蓋率，并向被測區域噴灑消融劑；自主消融系統主機A還用于向噴射系統B和交通管理部門控制管理中心發送被測區域信息；噴射系統B用于接收自主消融系統主機A發送的被測區域信息，并向對應的被測區域噴射融雪劑。上述每一組消融單元中至少包括如下：依次間隔設置于高速路同向車道的其中一側的一個自主消融系統主機A和兩個噴射系統B，還包括間隔設置于高速路同向車道相對側的三個噴射系統B。

如圖2所示，上述自主消融系統主機A包括依次相連接的圖像與激光復合式遙感路面監測自動報警系統1-1、第一控制信號信息處理板1-2和第一泵機1-3；圖像與激光復合式遙感路面監測自動報警系統1-1包括一對并列設置的激光發射裝置1-11和激光接收裝置1-14，還包括CCD圖像探測器1-12和第一消融噴頭1-13；激光發射裝置1-11和激光接收裝置1-14相配合，通過第一控制信號信息處理板1-2確定被測區域積雪、積水、積冰的厚度和路面濕滑系數；CCD圖像探測器1-12在第一控制信號信息處理板1-2的作用下，確定被測區域的冰雪覆蓋率；第一控制信號信息處理板1-2由被測區域積雪、積水、積冰的厚度、路面濕滑系數和冰雪覆蓋率確定融雪劑的用量及噴灑速度，由第一泵機1-3控制第一消融噴頭1-13工作。

如圖3，該第一消融噴頭1-13包括第一噴頭主體，第一噴頭主體包括設置于其中部的一個第一主噴嘴1-131，還包括環繞于第一主噴嘴1-131一周的多個第一副噴嘴1-132，且多個第一副噴嘴1-132的噴灑量之和等于第一主噴嘴1-131的噴灑量。自主消融系統主機A還包括第一消融劑儲箱1-4，第一消融劑儲備箱1-4與第一泵機1-3相連接。

該圖像與激光復合式遙感路面監測自動報警系統是基于分光光度計測量的工作原理，激光發射裝置1-11朝向路面檢測區域發射激光，激光接收裝置1-14接收路面散射回來的激光信號的能量，如果路面狀態不同，那么反射回來的激光信號的能量也不同，通過測量接收激光的能量的大小來分辨路面狀態。

如圖6所示，是不同路面狀態下路面反射回來的信號強度。橫坐標表示波長，縱坐標表示反射回來的信號強度，從圖中可以看出不同的路面狀況在不同波長的光線下反射強度是不同的，但是變化又不盡相同，從反射強度的差異性可以推斷出路面狀況的種類，從而可以計算出路面積雪、積水、積冰的厚度和路面濕滑系數。在1320nm的處可以明顯地區分出路面狀態是干與雪還是水與冰，從圖中1560nm處可以明顯地區分出路面是干還是其它狀態，從圖中1700nm的處可以明顯地區分出水與冰；另外從1320nm的處也可以區分出水膜的厚度，特別是0～2mm。為了能夠分辨出路面狀態，需要對三種波長下的反射系數進行充分地測量和對比：1320nm，1560nm，1700nm。

上述CCD圖像探測器1-12根據路面沒有冰、雪的原始圖像與冰雪后的圖像進行比對，折算出冰雪覆蓋率。

如圖4和圖5所示，噴射系統B包括依次相連接的第二消融噴頭2-1、第二泵機2-3和第二控制信號信息處理板2-2；第二控制信號信息處理板2-2接收第一控制信號信息處理板1-2發送的被測區域信息，確定融雪劑的用量及噴灑速度，由第二泵機2-3控制第二消融噴頭2-1工作。第二消融噴頭2-1包括第二噴頭主體，第二噴頭主體包括設置于其中部的一個第二主噴嘴2-11，還包括環繞于第二主噴嘴2-11一周的多個第二副噴嘴2-12，且多個第二副噴嘴2-12的噴灑量之和等于第一主噴嘴2-11的噴灑量。

該自主式道路結冰積雪消融系統一般采用AC220V市電進行供電，同時也可以根據用戶要求采用太陽能進行供電。該第一泵機1-3和第二泵機2-3采用現有成熟技術，已達到滿足本產品噴射速度、耐高溫、耐高濕、耐鹽堿指標即可，其供電指標為AC220V市電進行供電，同時也可以采用太陽能進行供電。第一消融劑儲箱1-4和第二消融劑儲箱2-4采用現有成熟技術，其外觀形狀不限，具有耐高溫、耐高濕、耐鹽堿指標即可，容量根據不同用戶需求可以進行定制。第一消融噴頭1-13和第二消融噴頭2-1采用具有耐高溫、耐高濕、耐鹽堿指標的材料制成。

該第一控制信號信息處理板1-2和第二控制信號信息處理板2-2采用ARM控制技術，將由圖像與激光復合式遙感路面監測自動報警系統1-1實時測量值進行數據處理分析，確定出噴灑量，以及采用上述第一消融噴頭1-13和第二消融噴頭2-1噴灑的速度和噴口大小。如表1所示：

表1 第一/第二消融噴頭噴灑速率和噴口大小列表

備注：第一/第二消融噴頭噴灑速率和噴口大小由算法運算得出，不具備相關單位表述。

選用的處理軟件可分為后臺式和嵌入式兩種,后臺式可安裝在交通管理部門控制管理中心,通過無線控制傳輸模式實施控制,相關的控制指令實時備案待查；嵌入式安裝在本系統結構內部,可以進行實時控制,相關的控制指令等信息可通過無線網絡傳輸至交通管理部門控制管理中心,實施備案待查。

本發明中，自主消融系統主機A和噴射系統B可安裝在高速道路防護欄，噴射系統B的具體數量可以根據用戶需求和往年道路結冰積雪統計值進行合理裝配。

本發明公開了上述的圖像與激光復合式遙感路面監測自動報警系統的使用方法，該方法如下：自主消融系統主機A中的激光發射裝置1-11和激光接收裝置1-14相配合，通過第一控制信號信息處理板1-2確定被測區域積雪、積水、積冰的厚度和路面濕滑系數；同時CCD圖像探測器1-12在第一控制信號信息處理板1-2的作用下，確定被測區域的冰雪覆蓋率；第一控制信號信息處理板1-2由被測區域積雪、積水、積冰的厚度、路面濕滑系數和冰雪覆蓋率確定融雪劑的用量及噴灑速度，由第一泵機1-3控制第一消融噴頭1-13工作；第二控制信號信息處理板2-2接收第一控制信號信息處理板1-2發送的被測區域信息，確定融雪劑的用量及噴灑速度，由第二泵機2-3控制第二消融噴頭2-1工作。