自主式道路结冰积雪消融系统及方法与流程

本发明属于智能交通技术领域，具体涉及自主式道路结冰积雪消融系统及方法。

背景技术：

目前我国高速交通迅猛发展，高速里程不断增加，尤其是高速路路桥、隧道、坡道等易积雪、结冰等路段显著增多，特别是冬天，高速路路桥在冷空气作用下特别容易结冰、积雪，隧道内容易结冰，坡道因货车制动容易造成路面结冰等情况，目前交管部门没有相关设备和方法,能够实现对路面状况(积雪、结冰)变化的测试，尤其是高速路路桥、隧道、坡道等易积雪、结冰等路段的路面状况实时测试和先期预警，缺乏交通道路主动进行积雪结冰主动消融，致使路面湿滑，导致车辆有效制动距离缩短,造成交通事故频发问题。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种根据路面状况，实时测量路面积雪结冰状况、提前进行预警，主动进行路面积雪结冰消融的自主式道路结冰积雪消融系统及方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是，自主式道路结冰积雪消融系统，包括至少一组消融单元，每一组所述消融单元包括至少一个自主消融系统主机和多个喷射系统，所述自主消融系统主机设置于高速路同向车道的其中一侧，所述喷射系统分别间隔设置于高速路同向车道的两侧；同一组消融单元内，所述自主消融系统主机和多个喷射系统间无线信号连接；所述自主消融系统主机用于与交通管理部门控制管理中心相连接；所述自主消融系统主机用于检测路面被测区域的积雪、积水及积冰的厚度、湿滑系数和冰雪覆盖率，并向被测区域喷洒消融剂；所述自主消融系统主机还用于向喷射系统和交通管理部门控制管理中心发送被测区域信息；所述喷射系统用于接收自主消融系统主机发送的被测区域信息，并向对应的被测区域喷射融雪剂。

进一步地，每一组消融单元中至少包括如下：依次间隔设置于高速路同向车道的其中一侧的一个自主消融系统主机和两个喷射系统，还包括间隔设置于高速路同向车道相对侧的三个喷射系统。

进一步地，该自主消融系统主机包括依次相连接的图像与激光复合式遥感路面监测自动报警系统、第一控制信号信息处理板和第一泵机；图像与激光复合式遥感路面监测自动报警系统包括一对并列设置的激光发射装置和激光接收装置，还包括CCD图像探测器和第一消融喷头；激光发射装置和激光接收装置相配合，通过第一控制信号信息处理板确定被测区域积雪、积水、积冰的厚度和路面湿滑系数；CCD图像探测器在第一控制信号信息处理板的作用下，确定被测区域的冰雪覆盖率；第一控制信号信息处理板由被测区域积雪、积水、积冰的厚度、路面湿滑系数和冰雪覆盖率确定融雪剂的用量及喷洒速度，由第一泵机控制第一消融喷头工作。

进一步地，该第一消融喷头包括第一喷头主体，第一喷头主体包括设置于其中部的一个第一主喷嘴，还包括环绕于第一主喷嘴一周的多个第一副喷嘴，且多个第一副喷嘴的喷洒量之和等于第一主喷嘴的喷洒量。

进一步地，该自主消融系统主机还包括消融剂储箱，第一消融剂储备箱与第一泵机相连接。

进一步地，该喷射系统包括依次相连接的第二消融喷头、第二泵机和第二控制信号信息处理板；第二控制信号信息处理板接收第一控制信号信息处理板发送的被测区域信息，确定融雪剂的用量及喷洒速度，由第二泵机控制第二消融喷头工作。

进一步地，该第二消融喷头包括第二喷头主体，第二喷头主体包括设置于其中部的一个第二主喷嘴，还包括环绕于第二主喷嘴一周的多个第二副喷嘴，且多个第二副喷嘴的喷洒量之和等于第一主喷嘴的喷洒量。

本发明还公开了上述的图像与激光复合式遥感路面监测自动报警系统的使用方法，该方法如下：自主消融系统主机中的激光发射装置和激光接收装置相配合，通过所述第一控制信号信息处理板确定被测区域积雪、积水、积冰的厚度和路面湿滑系数；同时CCD图像探测器在第一控制信号信息处理板的作用下，确定被测区域的冰雪覆盖率；所述第一控制信号信息处理板由被测区域积雪、积水、积冰的厚度、路面湿滑系数和冰雪覆盖率确定融雪剂的用量及喷洒速度，由第一泵机控制第一消融喷头工作；第二控制信号信息处理板接收第一控制信号信息处理板发送的被测区域信息，确定融雪剂的用量及喷洒速度，由第二泵机控制第二消融喷头工作。

本发明自主式道路结冰积雪消融系统具有如下优点：实现根据道路路面状况尤其是路面积雪结冰等情况进行道路积雪结冰及时主动消融，解决由于因路面结冰积雪致使路面湿滑,导致车辆有效制动距离缩短,造成交通事故频发问题。

附图说明

图1是本发明自主式道路结冰积雪消融系统排布图；

图2是本发明中自主消融系统主机的结构示意图；

图3是本发明中第一消融喷头的结构示意图；

图4是本发明中喷射系统的接头示意图；

图5是本发明中第二消融喷头的结构示意图；

图6是图像与激光复合式遥感路面监测自动报警系统曲线测试图；

其中：A.自主消融系统主机；B喷射系统；1-1.图像与激光复合式遥感路面监测自动报警系统；1-11.激光发射装置；1-12.CCD图像探测器；1-13.第一消融喷头；1-131.第一主喷嘴；1-132.第一副喷嘴；1-14.激光接收装置；1-2.第一控制信号信息处理板；1-3第一泵机；1-4.第一消融剂储箱；2-1.第二消融喷头；2-11.第二主喷嘴；2-12.第二副喷嘴；2-2.第二控制信号信息处理板；2-3.第二泵机；2-4.第二消融剂储箱。

具体实施方式

本发明自主式道路结冰积雪消融系统，如图1所示，包括至少一组消融单元，每一组消融单元包括至少一个自主消融系统主机A和多个喷射系统B，自主消融系统主机A设置于高速路同向车道的其中一侧，喷射系统B分别间隔设置于高速路同向车道的两侧；同一组消融单元内，自主消融系统主机A和多个喷射系统B间无线信号连接；自主消融系统主机A用于与交通管理部门控制管理中心相连接；自主消融系统主机A用于检测路面被测区域的积雪、积水及积冰的厚度、湿滑系数和冰雪覆盖率，并向被测区域喷洒消融剂；自主消融系统主机A还用于向喷射系统B和交通管理部门控制管理中心发送被测区域信息；喷射系统B用于接收自主消融系统主机A发送的被测区域信息，并向对应的被测区域喷射融雪剂。上述每一组消融单元中至少包括如下：依次间隔设置于高速路同向车道的其中一侧的一个自主消融系统主机A和两个喷射系统B，还包括间隔设置于高速路同向车道相对侧的三个喷射系统B。

如图2所示，上述自主消融系统主机A包括依次相连接的图像与激光复合式遥感路面监测自动报警系统1-1、第一控制信号信息处理板1-2和第一泵机1-3；图像与激光复合式遥感路面监测自动报警系统1-1包括一对并列设置的激光发射装置1-11和激光接收装置1-14，还包括CCD图像探测器1-12和第一消融喷头1-13；激光发射装置1-11和激光接收装置1-14相配合，通过第一控制信号信息处理板1-2确定被测区域积雪、积水、积冰的厚度和路面湿滑系数；CCD图像探测器1-12在第一控制信号信息处理板1-2的作用下，确定被测区域的冰雪覆盖率；第一控制信号信息处理板1-2由被测区域积雪、积水、积冰的厚度、路面湿滑系数和冰雪覆盖率确定融雪剂的用量及喷洒速度，由第一泵机1-3控制第一消融喷头1-13工作。

如图3，该第一消融喷头1-13包括第一喷头主体，第一喷头主体包括设置于其中部的一个第一主喷嘴1-131，还包括环绕于第一主喷嘴1-131一周的多个第一副喷嘴1-132，且多个第一副喷嘴1-132的喷洒量之和等于第一主喷嘴1-131的喷洒量。自主消融系统主机A还包括第一消融剂储箱1-4，第一消融剂储备箱1-4与第一泵机1-3相连接。

该图像与激光复合式遥感路面监测自动报警系统是基于分光光度计测量的工作原理，激光发射装置1-11朝向路面检测区域发射激光，激光接收装置1-14接收路面散射回来的激光信号的能量，如果路面状态不同，那么反射回来的激光信号的能量也不同，通过测量接收激光的能量的大小来分辨路面状态。

如图6所示，是不同路面状态下路面反射回来的信号强度。横坐标表示波长，纵坐标表示反射回来的信号强度，从图中可以看出不同的路面状况在不同波长的光线下反射强度是不同的，但是变化又不尽相同，从反射强度的差异性可以推断出路面状况的种类，从而可以计算出路面积雪、积水、积冰的厚度和路面湿滑系数。在1320nm的处可以明显地区分出路面状态是干与雪还是水与冰，从图中1560nm处可以明显地区分出路面是干还是其它状态，从图中1700nm的处可以明显地区分出水与冰；另外从1320nm的处也可以区分出水膜的厚度，特别是0～2mm。为了能够分辨出路面状态，需要对三种波长下的反射系数进行充分地测量和对比：1320nm，1560nm，1700nm。

上述CCD图像探测器1-12根据路面没有冰、雪的原始图像与冰雪后的图像进行比对，折算出冰雪覆盖率。

如图4和图5所示，喷射系统B包括依次相连接的第二消融喷头2-1、第二泵机2-3和第二控制信号信息处理板2-2；第二控制信号信息处理板2-2接收第一控制信号信息处理板1-2发送的被测区域信息，确定融雪剂的用量及喷洒速度，由第二泵机2-3控制第二消融喷头2-1工作。第二消融喷头2-1包括第二喷头主体，第二喷头主体包括设置于其中部的一个第二主喷嘴2-11，还包括环绕于第二主喷嘴2-11一周的多个第二副喷嘴2-12，且多个第二副喷嘴2-12的喷洒量之和等于第一主喷嘴2-11的喷洒量。

该自主式道路结冰积雪消融系统一般采用AC220V市电进行供电，同时也可以根据用户要求采用太阳能进行供电。该第一泵机1-3和第二泵机2-3采用现有成熟技术，已达到满足本产品喷射速度、耐高温、耐高湿、耐盐碱指标即可，其供电指标为AC220V市电进行供电，同时也可以采用太阳能进行供电。第一消融剂储箱1-4和第二消融剂储箱2-4采用现有成熟技术，其外观形状不限，具有耐高温、耐高湿、耐盐碱指标即可，容量根据不同用户需求可以进行定制。第一消融喷头1-13和第二消融喷头2-1采用具有耐高温、耐高湿、耐盐碱指标的材料制成。

该第一控制信号信息处理板1-2和第二控制信号信息处理板2-2采用ARM控制技术，将由图像与激光复合式遥感路面监测自动报警系统1-1实时测量值进行数据处理分析，确定出喷洒量，以及采用上述第一消融喷头1-13和第二消融喷头2-1喷洒的速度和喷口大小。如表1所示：

表1 第一/第二消融喷头喷洒速率和喷口大小列表

备注：第一/第二消融喷头喷洒速率和喷口大小由算法运算得出，不具备相关单位表述。

选用的处理软件可分为后台式和嵌入式两种,后台式可安装在交通管理部门控制管理中心,通过无线控制传输模式实施控制,相关的控制指令实时备案待查；嵌入式安装在本系统结构内部,可以进行实时控制,相关的控制指令等信息可通过无线网络传输至交通管理部门控制管理中心,实施备案待查。

本发明中，自主消融系统主机A和喷射系统B可安装在高速道路防护栏，喷射系统B的具体数量可以根据用户需求和往年道路结冰积雪统计值进行合理装配。

本发明公开了上述的图像与激光复合式遥感路面监测自动报警系统的使用方法，该方法如下：自主消融系统主机A中的激光发射装置1-11和激光接收装置1-14相配合，通过第一控制信号信息处理板1-2确定被测区域积雪、积水、积冰的厚度和路面湿滑系数；同时CCD图像探测器1-12在第一控制信号信息处理板1-2的作用下，确定被测区域的冰雪覆盖率；第一控制信号信息处理板1-2由被测区域积雪、积水、积冰的厚度、路面湿滑系数和冰雪覆盖率确定融雪剂的用量及喷洒速度，由第一泵机1-3控制第一消融喷头1-13工作；第二控制信号信息处理板2-2接收第一控制信号信息处理板1-2发送的被测区域信息，确定融雪剂的用量及喷洒速度，由第二泵机2-3控制第二消融喷头2-1工作。