本發(fā)明屬于智能交通技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及自主式道路結(jié)冰積雪消融系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

目前我國高速交通迅猛發(fā)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(jié)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(jié)冰、積雪，隧道內(nèi)容易結(jié)冰，坡道因貨車制動容易造成路面結(jié)冰等情況，目前交管部門沒有相關(guān)設(shè)備和方法,能夠?qū)崿F(xiàn)對路面狀況(積雪、結(jié)冰)變化的測試，尤其是高速路路橋、隧道、坡道等易積雪、結(jié)冰等路段的路面狀況實(shí)時(shí)測試和先期預(yù)警，缺乏交通道路主動進(jìn)行積雪結(jié)冰主動消融，致使路面濕滑，導(dǎo)致車輛有效制動距離縮短,造成交通事故頻發(fā)問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種根據(jù)路面狀況，實(shí)時(shí)測量路面積雪結(jié)冰狀況、提前進(jìn)行預(yù)警，主動進(jìn)行路面積雪結(jié)冰消融的自主式道路結(jié)冰積雪消融系統(tǒng)及方法。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是，自主式道路結(jié)冰積雪消融系統(tǒng)，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(gè)自主消融系統(tǒng)主機(jī)和多個(gè)噴射系統(tǒng)，所述自主消融系統(tǒng)主機(jī)設(shè)置于高速路同向車道的其中一側(cè)，所述噴射系統(tǒng)分別間隔設(shè)置于高速路同向車道的兩側(cè)；同一組消融單元內(nèi)，所述自主消融系統(tǒng)主機(jī)和多個(gè)噴射系統(tǒng)間無線信號連接；所述自主消融系統(tǒng)主機(jī)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(tǒng)主機(jī)用于檢測路面被測區(qū)域的積雪、積水及積冰的厚度、濕滑系數(shù)和冰雪覆蓋率，并向被測區(qū)域噴灑消融劑；所述自主消融系統(tǒng)主機(jī)還用于向噴射系統(tǒng)和交通管理部門控制管理中心發(fā)送被測區(qū)域信息；所述噴射系統(tǒng)用于接收自主消融系統(tǒng)主機(jī)發(fā)送的被測區(qū)域信息，并向?qū)?yīng)的被測區(qū)域噴射融雪劑。

進(jìn)一步地，每一組消融單元中至少包括如下：依次間隔設(shè)置于高速路同向車道的其中一側(cè)的一個(gè)自主消融系統(tǒng)主機(jī)和兩個(gè)噴射系統(tǒng)，還包括間隔設(shè)置于高速路同向車道相對側(cè)的三個(gè)噴射系統(tǒng)。

進(jìn)一步地，該自主消融系統(tǒng)主機(jī)包括依次相連接的圖像與激光復(fù)合式遙感路面監(jiān)測自動報(bào)警系統(tǒng)、第一控制信號信息處理板和第一泵機(jī)；圖像與激光復(fù)合式遙感路面監(jiān)測自動報(bào)警系統(tǒng)包括一對并列設(shè)置的激光發(fā)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(fā)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(qū)域積雪、積水、積冰的厚度和路面濕滑系數(shù)；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(qū)域的冰雪覆蓋率；第一控制信號信息處理板由被測區(qū)域積雪、積水、積冰的厚度、路面濕滑系數(shù)和冰雪覆蓋率確定融雪劑的用量及噴灑速度，由第一泵機(jī)控制第一消融噴頭工作。

進(jìn)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(shè)置于其中部的一個(gè)第一主噴嘴，還包括環(huán)繞于第一主噴嘴一周的多個(gè)第一副噴嘴，且多個(gè)第一副噴嘴的噴灑量之和等于第一主噴嘴的噴灑量。

進(jìn)一步地，該自主消融系統(tǒng)主機(jī)還包括消融劑儲箱，第一消融劑儲備箱與第一泵機(jī)相連接。

進(jìn)一步地，該噴射系統(tǒng)包括依次相連接的第二消融噴頭、第二泵機(jī)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(fā)送的被測區(qū)域信息，確定融雪劑的用量及噴灑速度，由第二泵機(jī)控制第二消融噴頭工作。

進(jìn)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(shè)置于其中部的一個(gè)第二主噴嘴，還包括環(huán)繞于第二主噴嘴一周的多個(gè)第二副噴嘴，且多個(gè)第二副噴嘴的噴灑量之和等于第一主噴嘴的噴灑量。

本發(fā)明還公開了上述的圖像與激光復(fù)合式遙感路面監(jiān)測自動報(bào)警系統(tǒng)的使用方法，該方法如下：自主消融系統(tǒng)主機(jī)中的激光發(fā)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(qū)域積雪、積水、積冰的厚度和路面濕滑系數(shù)；同時(shí)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(qū)域的冰雪覆蓋率；所述第一控制信號信息處理板由被測區(qū)域積雪、積水、積冰的厚度、路面濕滑系數(shù)和冰雪覆蓋率確定融雪劑的用量及噴灑速度，由第一泵機(jī)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(fā)送的被測區(qū)域信息，確定融雪劑的用量及噴灑速度，由第二泵機(jī)控制第二消融噴頭工作。

本發(fā)明自主式道路結(jié)冰積雪消融系統(tǒng)具有如下優(yōu)點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)根據(jù)道路路面狀況尤其是路面積雪結(jié)冰等情況進(jìn)行道路積雪結(jié)冰及時(shí)主動消融，解決由于因路面結(jié)冰積雪致使路面濕滑,導(dǎo)致車輛有效制動距離縮短,造成交通事故頻發(fā)問題。

附圖說明

圖1是本發(fā)明自主式道路結(jié)冰積雪消融系統(tǒng)排布圖；

圖2是本發(fā)明中自主消融系統(tǒng)主機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明中第一消融噴頭的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明中噴射系統(tǒng)的接頭示意圖；

圖5是本發(fā)明中第二消融噴頭的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是圖像與激光復(fù)合式遙感路面監(jiān)測自動報(bào)警系統(tǒng)曲線測試圖；

其中：A.自主消融系統(tǒng)主機(jī)；B噴射系統(tǒng)；1-1.圖像與激光復(fù)合式遙感路面監(jiān)測自動報(bào)警系統(tǒng)；1-11.激光發(fā)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(jī)；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(jī)；2-4.第二消融劑儲箱。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明自主式道路結(jié)冰積雪消融系統(tǒng)，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(gè)自主消融系統(tǒng)主機(jī)A和多個(gè)噴射系統(tǒng)B，自主消融系統(tǒng)主機(jī)A設(shè)置于高速路同向車道的其中一側(cè)，噴射系統(tǒng)B分別間隔設(shè)置于高速路同向車道的兩側(cè)；同一組消融單元內(nèi)，自主消融系統(tǒng)主機(jī)A和多個(gè)噴射系統(tǒng)B間無線信號連接；自主消融系統(tǒng)主機(jī)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(tǒng)主機(jī)A用于檢測路面被測區(qū)域的積雪、積水及積冰的厚度、濕滑系數(shù)和冰雪覆蓋率，并向被測區(qū)域噴灑消融劑；自主消融系統(tǒng)主機(jī)A還用于向噴射系統(tǒng)B和交通管理部門控制管理中心發(fā)送被測區(qū)域信息；噴射系統(tǒng)B用于接收自主消融系統(tǒng)主機(jī)A發(fā)送的被測區(qū)域信息，并向?qū)?yīng)的被測區(qū)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(shè)置于高速路同向車道的其中一側(cè)的一個(gè)自主消融系統(tǒng)主機(jī)A和兩個(gè)噴射系統(tǒng)B，還包括間隔設(shè)置于高速路同向車道相對側(cè)的三個(gè)噴射系統(tǒng)B。

如圖2所示，上述自主消融系統(tǒng)主機(jī)A包括依次相連接的圖像與激光復(fù)合式遙感路面監(jiān)測自動報(bào)警系統(tǒng)1-1、第一控制信號信息處理板1-2和第一泵機(jī)1-3；圖像與激光復(fù)合式遙感路面監(jiān)測自動報(bào)警系統(tǒng)1-1包括一對并列設(shè)置的激光發(fā)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(fā)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(qū)域積雪、積水、積冰的厚度和路面濕滑系數(shù)；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(qū)域的冰雪覆蓋率；第一控制信號信息處理板1-2由被測區(qū)域積雪、積水、積冰的厚度、路面濕滑系數(shù)和冰雪覆蓋率確定融雪劑的用量及噴灑速度，由第一泵機(jī)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(shè)置于其中部的一個(gè)第一主噴嘴1-131，還包括環(huán)繞于第一主噴嘴1-131一周的多個(gè)第一副噴嘴1-132，且多個(gè)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(tǒng)主機(jī)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(jī)1-3相連接。

該圖像與激光復(fù)合式遙感路面監(jiān)測自動報(bào)警系統(tǒng)是基于分光光度計(jì)測量的工作原理，激光發(fā)射裝置1-11朝向路面檢測區(qū)域發(fā)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(tài)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(tài)。

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

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

如圖4和圖5所示，噴射系統(tǒng)B包括依次相連接的第二消融噴頭2-1、第二泵機(jī)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(fā)送的被測區(qū)域信息，確定融雪劑的用量及噴灑速度，由第二泵機(jī)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(shè)置于其中部的一個(gè)第二主噴嘴2-11，還包括環(huán)繞于第二主噴嘴2-11一周的多個(gè)第二副噴嘴2-12，且多個(gè)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(jié)冰積雪消融系統(tǒng)一般采用AC220V市電進(jìn)行供電，同時(shí)也可以根據(jù)用戶要求采用太陽能進(jìn)行供電。該第一泵機(jī)1-3和第二泵機(jī)2-3采用現(xiàn)有成熟技術(shù)，已達(dá)到滿足本產(chǎn)品噴射速度、耐高溫、耐高濕、耐鹽堿指標(biāo)即可，其供電指標(biāo)為AC220V市電進(jìn)行供電，同時(shí)也可以采用太陽能進(jìn)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(xiàn)有成熟技術(shù)，其外觀形狀不限，具有耐高溫、耐高濕、耐鹽堿指標(biāo)即可，容量根據(jù)不同用戶需求可以進(jìn)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(biāo)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(shù)，將由圖像與激光復(fù)合式遙感路面監(jiān)測自動報(bào)警系統(tǒng)1-1實(shí)時(shí)測量值進(jìn)行數(shù)據(jù)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(yùn)算得出，不具備相關(guān)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(shí)施控制,相關(guān)的控制指令實(shí)時(shí)備案待查；嵌入式安裝在本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)內(nèi)部,可以進(jìn)行實(shí)時(shí)控制,相關(guān)的控制指令等信息可通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸至交通管理部門控制管理中心,實(shí)施備案待查。

本發(fā)明中，自主消融系統(tǒng)主機(jī)A和噴射系統(tǒng)B可安裝在高速道路防護(hù)欄，噴射系統(tǒng)B的具體數(shù)量可以根據(jù)用戶需求和往年道路結(jié)冰積雪統(tǒng)計(jì)值進(jìn)行合理裝配。

本發(fā)明公開了上述的圖像與激光復(fù)合式遙感路面監(jiān)測自動報(bào)警系統(tǒng)的使用方法，該方法如下：自主消融系統(tǒng)主機(jī)A中的激光發(fā)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(qū)域積雪、積水、積冰的厚度和路面濕滑系數(shù)；同時(shí)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(qū)域的冰雪覆蓋率；第一控制信號信息處理板1-2由被測區(qū)域積雪、積水、積冰的厚度、路面濕滑系數(shù)和冰雪覆蓋率確定融雪劑的用量及噴灑速度，由第一泵機(jī)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(fā)送的被測區(qū)域信息，確定融雪劑的用量及噴灑速度，由第二泵機(jī)2-3控制第二消融噴頭2-1工作。