CN104594278B - 一种高速公路雾、霾净化系统及净化方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高速公路雾、霾净化系统及净化方法，包括净化装置、控制中心和检测装置，所述净化装置包括位于地上的防护栏和位于地下的除雾装置，所述防护栏由竖直杆分别与两根平行的上、下横管连接组成，所述下横管为吸气管道，所述上横管为喷气管道，所述喷气管道及吸气管道上设有喷气口及吸气口；所述除雾装置包括初效过滤器、除湿器、深效过滤器、鼓风机及排水管路。与传统的雾、霾处理技术相比，本发明可实现道路上空雾、霾气体和洁净气体的快速交换，达到净化空气的目的，同时避免了传统除雾措施中雾水滞留在路表面导致路面湿滑等现象。

Description

一种高速公路雾、霾净化系统及净化方法

技术领域

本发明涉及一种高速公路雾、霾净化系统及净化方法，属道路除雾领域。

背景技术

雾是近地面层空气中水汽凝结或凝华的产物，是由大量悬浮在近地面空气中的微小水滴或冰晶组成的气溶胶系统。霾是大量烟、尘等微粒悬浮而形成的浑浊现象，其核心物质是空气中悬浮的灰尘颗粒，气象学上称之为气溶胶颗粒。雾、霾天气使空气能见度降低，从而导致驾驶员的视距急剧变短，驾驶员观察能力和判断能力下降，无法做出正确判断；高速公路车辆行驶速度较低，严重时会封闭高速公路，大大降低了高速公路的通行能力，导致高速公路的运营效益和服务水平严重下降；雾天导致高速公路的附着系数降低，制动距离增长，易造成高速公路连环追尾交通事故，甚至发生特大交通事故，造成巨大的人员伤亡和经济损失。

雾的处理措施，国内外均从“控制行车”的角度提出相应措施。美国犹他州在公路配置除雾车流动除雾，运用液态二氧化碳使雾凝结成水滴，以达到了除雾的目的。但水滴在路面沉积，造成路面湿滑，冬季水滴结冰还需要在路面喷洒防冻剂。华东师范大学张洋设计出超声波除雾装置。此装置成本较高，共振条件难以满足。兰州大学高根树提出一种新型离心除雾机，该设备在道路上的适用性不大。上述方法虽然降低了雾天交通事故的发生，但不能从根本上解决雾天行车安全问题，车速降低、通行能力下降、运营效益降低以及投资过高等问题依然存在。

对于雾、霾的处理措施，据新华社电港媒称，科学家正在研究向大气中注入超冷气体，制冷能力达到干冰三倍的工业制冷剂液氮有望成为一种抗雾、霾的作用剂，相关研究还处在初期阶段。据新京报讯报道，由中航研制的新型柔翼无人机在机场、港口进行了首轮消雾试验,有望以其载荷量大、飞行时间长等优势投入雾、霾天气防治工作，但是上述方法投资较高。除此之外，还有控制车辆尾气排放或多植树造林等方法，均需要长期缓慢的作用。

我国高速公路的建设处于快速发展阶段，雾、霾天气对道路的影响范围在进一步扩大。因此，在道路基础建设的同时,研究雾、霾天气条件下保证道路安全、高效运营的先进技术，是道路科研人员的迫切任务。

雾、霾的形成往往面积大、范围广，利用现有技术将空中的雾气全部消除，从方法、能源、成本、效率等方面来说都不具备可行性。由于高速公路上行车所需要的视线空间具有局限性，因此无需将空中的雾、霾全部消除，只要能保证高速公路上驾驶员安全视线空间内有良好的能见度，就能高速安全的正常行驶。基于此条件，对雾天高速公路上空局部空间进行消雾，以满足驾驶员行车安全视距，从而达到雾天高速公路安全、高效行驶的目的。

发明内容

本发明针对现有技术中的不足，提供了一种高速公路雾、霾净化系统和净化方法，与传统的雾、霾处理技术相比，本发明可实现道路上空雾、霾气体和洁净气体的快速交换，达到净化空气的目的，同时避免了传统除雾措施中雾水滞留在路表面导致路面湿滑等现象。

为实现上述发明目的，本发明采用下述技术方案予以实现：一种高速公路雾、霾净化系统，包括净化装置、控制中心和检测装置，所述净化装置包括位于地上的防护栏和位于地下的除雾装置，所述防护栏由竖直杆分别与两根平行的上、下横管连接组成，所述下横管为吸气管道，所述上横管为喷气管道，所述喷气管道及吸气管道上设有喷气口及吸气口；所述除雾装置包括初效过滤器、除湿器、深效过滤器、鼓风机及排水管路，所述过滤器、除湿器、深效过滤器和鼓风机依次顺序连接，所述初效过滤器的进口端与吸气管道连接，所述鼓风机的出口端与喷气管道连接，所述初效过滤器、除湿器和深效过滤器的底部分别与排水管路连接。

进一步的，所述检测装置包括能见度检测器和传感器，所述能见度检测器和传感器位于吸气管道上，与控制中心连接。

进一步的，所述喷气口、吸气口上分别设有盖板，所述盖板与控制中心连接；所述喷气口及吸气口处设有过滤网。

进一步的，所述吸气口位于地面以上0.4-0.5m处，所述喷气口位于地面以上0.9-1.0m。

进一步的，所述喷气口的角度为35°-45°，所述吸气口的角度为8°-15°。

进一步的，所述防护栏与除雾装置采用柔性接头连接。

进一步的，所述防护栏安装于道路两侧路肩及中央分隔带的地上；所述除雾装置安装于道路两侧路肩或中央分隔带的地下；所述除雾装置的排水管路与道路地下排水管线连接。

进一步的，排水管路与道路地下排水管线之间设有单向阀；所述鼓风机与喷气口之间设有单向阀。

本发明还提供了一种高速公路雾、霾净化方法，具体为第一步由检测装置检测高速公路上的大气指标，并将检测数据传输至控制中心；第二步由控制中心判断检测数据是否满足预设值，当检测数据满足预设值时，进入第三步；当检测数据不满足预设值时，重复第一步；第三步开启净化装置；第四步继续检测大气指标，并判断检测数据是否满足预设值，当检测数据满足预设值时，重复第三步，当能见度值不满足预设值时，系统结束。

进一步的，一种高速公路雾、霾净化方法，具体为：第一步由控制中心按高速公路上右侧车道行车方向，将所有检测装置依次编号为i＝1,2...n；第二步由控制中心接收检测装置输送的外界能见度值，并进行数据处理和判断，当能见度值小于预设值时，进入第三步；当能见度值大于等于预设值时，重复第二步；第三步由控制中心将小于系统预设值的能见度检测值对应的检测装置编号，生成为集合A，确定A集合中的最小值a和最大值b，进入第四步；第四步由控制中心计算满足要求的相邻编号装置的距离并组成的集合，生成集合X＝﹛x|x＝in-in_-1﹜，判断其中是否有小于距离预设值的情况，若有，控制中心将筛选出小于距离预设值的x，找到相减得到x的两个编号对应的检测装置，启动所在位置的净化装置；若没有，程序结束。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：

本发明在高速公路上设置雾、霾净化装置，通过破坏雾、霾的形成条件，对高速公路上空局部空间进行消雾。在地上采用新型防护栏，将喷吸气导管与道路防护栏相结合，兼备空气喷、吸气管道的作用及防护作用，节省了道路空间及设备费用，提高系统运行的可行性。在地下空间设置除雾装置，并与地上管道相连接。利用吸气管道吸入安全行车视线空间内的空气，通过除雾装置对道路上空雾、霾进行除湿、净化处理，将雾水及微小颗粒引入排水管线，处理后的干燥气体经鼓风装置加压后由喷气导管喷向道路上空，达到净化空气以满足高速公路雾、霾天气下的能见度、提高道路通行能力和降低交通事故率的目的。

结合附图阅读本发明的具体实施方式后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

图1本发明的整体结构图；

图2本发明的地下结构图；

图3本发明的工作流程图；

图4本发明的控制与检测流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下将结合附图和实施例，对本发明的高速公路雾、霾净化装置作进一步详细说明。

1.1整体结构

本发明的一种高速公路雾、霾净化系统，包括净化装置、控制中心和检测装置，由于高速公路上发生雾、霾的路段具有局域性的特点，因此本发明的高速公路雾、霾的净化装置由多个独立结构单元组成。单位里程(1公里)内的各个结构单元依次编号，单元之间无关联，便于控制中心对各个结构单元工作状态分别进行控制。每个结构单元由地上防护栏和地下除雾装置两部分组成。

1.2地下结构

如图2所示，所述地下结构为除雾装置，包括初效过滤器2、除湿器3、深效过滤器(霾颗粒过滤器)4、鼓风机5及排水管路10，所述初效过滤器2、除湿器3、深效过滤器4、鼓风机5依次顺序连接，所述初效过滤器2、除湿器3、深效过滤器4的底端分别通过导管7与排水管路10连接，所述排水管路10与道路地下排水管线11连接。多条导管7通过转换头8与排水管路10连接，连接端分别设有单向阀；所述转换头起到连接各管路实现转向的作用。由于雾、霾气体当中通常会夹杂固体颗粒，为了防止固体颗粒进入除湿器影响其正常工作并进而降低其使用寿命，本发明首先将吸入的雾、霾气体通过初效过滤器，过滤后再进入除湿器和深效过滤器进行除雾、除霾处理，净化后的气体经鼓风机加压后排出，经净化处理后形成的水及微尘进入排水管道中。为了防止地下排水管道11中的污水倒流进入除雾系统的排水管路10，所述排水管路与地下排水管道的连接口安装单向阀9。

本发明的除雾装置能够按颗粒大小实现多级过滤净化过程，分别由吸气口处设置的过滤网、初效过滤器、除湿器和深效过滤器实现。所述过滤网阻止柳絮、扬尘等大颗粒杂质进入管道；所述初效过滤器能够过滤大气中5μm以上尘埃粒子，有效地保护除湿器正常工作；所述除湿器设有中效过滤器，能够过滤2.5～5μm微颗粒；最后由深效过滤器进行2.5μm以下霾颗粒的深度过滤，过滤后的杂物通过排水管路排入道路地下排水管线。

所述除湿器3的进口端与初效过滤器2连接，出口端与深效过滤器4连接，底端通过导管7与排水管路10连接。所述除湿器能够破坏雾的形成条件，对吸入的雾气进行加热除湿，生成干燥的气体，最终经鼓风机加压后通过防护栏上的喷气管道排到道路上空驾驶员视距范围内，实现气体交换，除湿后形成的水通过排水管路10排入道路地下排水管线11，最终引入高速公路的纵向排水沟渠中。

所述深效过滤器4安装在除湿器与喷气管路之间，能够过滤空气中的2.5μm以下微尘颗粒，是道路除霾的核心构件，所述深效过滤器内设有铜线圈，所述铜线圈通电后制造静电场，通过静电场来吸附气体中的悬浮颗粒物，实现道路除霾的效果，最后将吸附的微尘排入地下排水管道中。

本发明的除雾装置的工作流程为：所述除雾系统启动后，利用防护栏吸气导管吸入雾气，被吸入的雾气经过初效过滤器过滤后，分别通过地下除湿和深效过滤器对道路上空行车区域内的空气进行除湿、净化处理，处理后的干燥气体经过鼓风装置加压后经喷气导管喷向道路上空；两侧喷射的干燥空气形成气幕，阻挡或减缓外部雾气的入侵，最终达到净化空气的目的；地下除雾设施与地下排水管道相结合，将雾水及微尘引入排水管道。

1.3地上结构

所述地上结构为新型防护栏，所述防护栏由多个竖直钢管21分别与上、下两根平行横向钢管连接组成，所述竖向钢管为支撑和连接杆件，与地面刚性连接；所述下横管22为吸气管道，与地下初效过滤器2的进口端连接；所述上横管23为喷气管道，与地下鼓风机5的出口端连接。所述喷气管道及吸气管道上每间隔2.5-3.5m设有喷气口24及吸气口25，优选为3m，上下彼此交错，如图1所示，避免喷气、吸气相互干扰；考虑到车辆排气管道的距地高度以及排出尾气的上升过程，本发明的吸气口位于地面以上0.4-0.5米处，喷气口位于地面以上0.9-1.0米处。所述喷气口及吸气口处设有过滤网26，过滤大颗粒杂质，以保护地下设施的正常运行。所述鼓风机与喷气管道之间设有单向阀27。

本发明的地上新型防护栏与路面采用刚性连接，以确保其防护功能。为了增强新型防护栏的防护功能，在所述两横管之间设置防护挡板，固定于管壁外侧，防护挡板亦可阻止行车道外侧气流进入，确保气幕的形成，实现限定的除雾范围。

本发明将防护栏与喷、吸气体管道结合，既满足自身原有防护功能，还能兼备喷、吸气体管道的作用，在减少经济投入的同时，也避免了因额外增加高速公路的附属设施建设而干扰驾驶员视线的影响。本发明将地上的防护栏安装在高速公路中央分隔带和道路两侧的路肩的地上，将地下的除雾装置安装在中央分隔带和道路两侧的路肩的地下，便于以后进行维修。

由于所述防护栏与地下除雾装置相连，当防护栏受到运行车辆等外力撞击时会发生变形和移位，为了避免或减少该破坏对地下设施的影响，本发明的防护栏与除雾装置采用柔性接头连接，使其可产生横向、轴向、角向位移，避免管道不通心，法兰不平行的限制，满足道路运行环境的需要。为了后期维护和破坏后维修方便，地上管线之间采用拆装灵活的连接形式，优选为法兰连接或承插连接，并在连接部位采用柔性接头，满足防撞效果的同时，提高吸振能力，减少管线彼此之间的影响。

由于本发明只对满足驾驶员安全行车所需视线区域进行消雾，喷气口、吸气口的角度，即喷气口、吸气口与水平地面形成的夹角，是控制雾、霾净化范围(即满足道路行车安全的视线范围)的重要指标。综合空气流动、车速及车道宽度、气流压力等因素的影响，确定喷气口及吸气口的角度，以控制气流运动轨迹，保障道路安全行车所需的消雾、霾空间。经发明人的严格计算和实际运行实验结果显示，所述喷气口的角度为35°-45°，所述吸气口的角度为8°-15°，可以满足安全行车要求，当喷气口的角度为41°，吸气口的角度为11°时，除雾、霾的效果最优，能见度最好，最节省能源。

1.4控制中心和检测装置

本发明还包括控制中心和多个检测装置12，每个独立结构单元均与控制中心连接。所述控制中心和检测装置用于本发明的数据采集，具体为信息的接收、汇集、统计、分析、判断、确认、系统工作状态的处理决策、指令发布和控制等，控制流程图如图3所示。

所述检测装置包括能见度检测器和传感器，所述能见度检测器利用红外线向散射技术测量经过大粒子或小粒子中的散射光总数来测量能见度；所述传感器通过测量微小悬浮颗粒和大颗粒计算大气消光系数(EXCO)，再从EXCO导出气象光学视程(MOR)和能见度，再将采集的数据传送到控制中心。考虑到雾的出现具有局域性，所述检测装置间隔一定距离(1公里)安装在防护栏吸气管道上，实时检测气象数据，如空气湿度、能见度、微颗粒含量等，并传送给控制中心，以控制“雾、霾出现区域”的地下除雾装置的运行。

优选的，为了防止系统关闭期间雨、雪、霜或空中杂物等从喷气口、吸气口进入管道损坏装置，每个喷气口、吸气口均安装盖板，所述盖板由控制中心控制开关。系统启动期间盖板打开，系统关闭后盖板关闭。

本发明的高速公路雾、霾净化方法，流程图如图3所示，具体为：

第一步通过大气指标检测装置监测空气湿度、能见度、微颗粒含量等大气指标，将检测数据传递给控制中心。

第二步由控制中心进行数据处理和判断，当检测数据达到预设值时，进入第三步；当检测数据不满足预设值时，重复第一步。

第三步由控制中心接通沿线供电系统，相应路段的净化装置启动，进入工作状态，此时防护栏的吸气管道吸入雾、霾气体，经过初效过滤器过滤后输送到除湿器进行干燥处理，然后通过深效过滤器进行微颗粒净化处理，处理后产生的水分和微颗粒杂质进入高速公路地下排水管道中，同时处理后产生的干燥洁净气体由鼓风机进行加压后再经防护栏的喷气管道喷向高速公路上空，形成的气幕起到阻隔或减缓雾气的进一步下降的作用。

第四步继续检测大气指标，并判断检测数据是否满足预设值，当检测数据满足预设值时，重复第三步，以此循环，直至大气指标检测装置检测到的大气数据满足预定指标后，系统关闭。

具体的，本发明的控制与检测流程如图4所示。第一步由控制中心按高速公路上右侧车道行车方向，将所有检测装置依次编号为i＝1,2...n(n为正整数)。第二步由控制中心接收检测装置输送的外界能见度值，并进行数据处理和判断，当能见度值小于预设值时，进入第三步；当能见度值大于等于预设值时，重复第二步。第三步由控制中心将小于系统预设值的能见度检测值对应的检测装置编号，生成为集合A，确定A集合中的最小值a和最大值b，进入第四步。第四步由控制中心计算满足要求的相邻编号装置的距离并组成的集合生成集合X＝﹛x|x＝i_n-i_n-1﹜，判断其中是否有小于距离预设值的情况，若有，控制中心将筛选出小于距离预设值的x，找到相减得到x的两个编号对应的检测装置，启动所在位置的净化装置；若没有，程序结束。

本发明的高速公路雾、霾净化装置具有如下优势：

(1)本发明对防护栏及边坡防护设施等道路原有附属设施进行改进，实现原有功能基础上实现系统吸、喷气和太阳能的发电功能；利用储能装置储满电后，会把多余的电能传送给沿线的供电设施使用。通过上述两方面的设计，减少新增设施的投入和能源的消耗，降低系统资金投入，提高了系统的适应性和经济性。

(2)本发明的控制与检测装置能够实时检测气象数据，在第一时间反应出天气的变化情况，适时开启系统进行雾、霾净化处理；吸入道路上空的潮湿雾、霾气体，通过除湿器、深效过滤器处理后喷出干燥洁净气体，使道路雾、霾区内快速实现气体交换，与传统的雾、霾处理技术相比，雾、霾的消散更加及时、高效。

(3)本发明是由多个相互独立的结构单元组成，每个结构单元负责相应的路段，各部分构造连接拆装灵活方便，以便系统的后期维护和更新。因此本发明具有良好的可控性。

(4)本发明中除雾、霾产生的水和微尘通过管道直接排入地下排水管道中，所述单向阀可以避免地下管线的水倒流到本发明的地下除雾装置中，和现有除雾方法相比，本发明不会导致水在路面沉积，避免了因积水导致的路面附着系数减小，而使车速降低、冬天路面结冰使车辆制动距离增加等问题，增加了行车安全性。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种高速公路雾、霾净化系统，包括净化装置、控制中心和检测装置，其特征在于：所述净化装置包括位于地上的防护栏和位于地下的除雾装置，所述防护栏由竖直杆分别与两根平行的上、下横管连接组成，所述下横管为吸气管道，所述上横管为喷气管道，所述喷气管道及吸气管道上设有喷气口及吸气口，所述喷气口的角度为35o-45o，所述吸气口的角度为8o-15o；所述除雾装置包括初效过滤器、除湿器、深效过滤器、鼓风机及排水管路，所述初效过滤器、除湿器、深效过滤器和鼓风机依次顺序连接，所述初效过滤器的进口端与吸气管道连接，所述鼓风机的出口端与喷气管道连接，所述初效过滤器、除湿器和深效过滤器的底部分别与排水管路连接。

2.根据权利要求1所述的一种高速公路雾、霾净化系统，其特征在于：所述检测装置包括能见度检测器和传感器，所述能见度检测器和传感器位于吸气管道上，与控制中心连接。

3.根据权利要求1所述的一种高速公路雾、霾净化系统，其特征在于：所述喷气口、吸气口上分别设有盖板，所述盖板与控制中心连接；所述喷气口及吸气口处设有过滤网。

4.根据权利要求1所述的一种高速公路雾、霾净化系统，其特征在于：所述吸气口位于地面以上0.4-0.5m处，所述喷气口位于地面以上0.9-1.0m。

5.根据权利要求1所述的一种高速公路雾、霾净化系统，其特征在于：所述防护栏与除雾装置采用柔性接头连接。

6.根据权利要求1所述的一种高速公路雾、霾净化系统，其特征在于：所述防护栏安装于道路两侧路肩及中央分隔带的地上；所述除雾装置安装于道路两侧路肩或中央分隔带的地下；所述除雾装置的排水管路与道路地下排水管线连接。

7.根据权利要求1所述的一种高速公路雾、霾净化系统，其特征在于：排水管路与道路地下排水管线之间设有单向阀；所述鼓风机与喷气口之间设有单向阀。

8.根据权利要求1所述的一种高速公路雾、霾净化系统的净化方法，其特征在于：第一步由检测装置检测高速公路上的大气指标，并将检测数据传输至控制中心；第二步由控制中心判断检测数据是否满足预设值，当检测数据满足预设值时，进入第三步；当检测数据不满足预设值时，重复第一步；第三步开启净化装置；第四步继续检测大气指标，并判断检测数据是否满足预设值，当检测数据满足预设值时，重复第三步，当能见度值不满足预设值时，系统结束。

9.根据权利要求8所述的一种高速公路雾、霾净化系统的净化方法，其特征在于：第一步由控制中心按高速公路上右侧车道行车方向，将所有检测装置依次编号为i=1,2...n；

第二步由控制中心接收检测装置输送的外界能见度值，并进行数据处理和判断，当能见度值小于预设值时，进入第三步；当能见度值大于等于预设值时，重复第二步；

第三步由控制中心将小于系统预设值的能见度检测值对应的检测装置编号，生成为集合A，确定A集合中的最小值a和最大值b，进入第四步；

第四步由控制中心计算满足要求的相邻编号装置的距离并组成的集合，生成集合X=﹛x|x=i_n-i_n-1﹜，判断其中是否有小于距离预设值的情况，若有，控制中心将筛选出小于距离预设值的x，找到相减得到x的两个编号对应的检测装置，启动所在位置的净化装置；若没有，程序结束。