CN104805754A - 一种道路智能融冰化雪系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种道路智能融冰化雪系统，包括铺设在道路表面以下的电热管，设置在每一根电热管上的第一温度传感器，设置在道路表面以下且接近道路表面的第二温度传感器，以及为各部件供电的电源；还包括设置在道路表面以下的结冰积雪智能检测装置，其包括本体、第三温度传感器、过滤网、电加热网和水量计，本体为漏斗状，在漏斗状本体的上部进口处设置所述过滤网，在过滤网的下方设置第三温度传感器，在第三温度传感器的下方设置电加热网，漏斗状本体的出口设置水量计。本发明可自动检测路面结冰积雪厚度以响应相应的加热等级，实时监测、控制电热管的加热温度，在融冰化雪的同时，避免了因加热体温度过高而导致沥青混凝土性能的改变。

Description

一种道路智能融冰化雪系统及方法

技术领域

本发明涉及一种融冰化雪系统及方法，具体的说是一种用于道路的电热管路面融冰化雪智能系统及方法。

背景技术

在寒冷的冬季，道路表面结冰积雪是常见的现象，这对交通运输安全的极为不利。而现有技术中主要的融冰化雪方式有两种，即人工清除法和化学融化法，前者需要大量的人力物力，而且效率不高。后者对路面或桥梁结构产生不利的影响，造成腐蚀和环境污染等问题。因此，设计一种节省人力物力，高效率，对路面结构伤害小，对环境污染小的智能融冰化雪控制系统意义重大。

有利用电加热法进行路面融冰化雪的专利，如中国专利“自动融雪融冰系统(201220315904.X)”、“道路融冰化雪碳纤维加热系统(201010599451.3)”，加热对象分别为发热电缆和碳纤维混凝土，在融冰化雪过程中，均仅监测路表的环境温度，而不能监测并控制加热体的温度，一方面，这可能导致加热体温度过高，影响沥青混凝土的性能，从而缩短路面的使用寿命。另一方面，这还会导致电力资源的白白浪费，增加融冰化雪的成本。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的缺点，提供一种道路智能融冰化雪系统及方法，在融冰化雪的同时，不影响沥青的使用性能，并且保证了电力资源的高效利用。

本发明解决以上技术问题的技术方案是：

一种道路智能融冰化雪系统，包括铺设在道路表面以下的用于加热路面的电热管，设置在每一根电热管上的用于监测电热管实时温度信息的第一温度传感器，设置在道路表面以下且接近道路表面的用于监测不同路段的实时温度信息的第二温度传感器(第二温度传感器根据道路所处环境的不同，设置在不同路段不同位置，用于监测不同路段的实时温度信息)，以及为各部件供电的电源；还包括设置在道路表面以下且接近道路表面的用于检测路面结冰积雪情况的结冰积雪智能检测装置，其包括本体、第三温度传感器、圆形过滤网、电加热网和水量计，本体为漏斗状，在漏斗状本体的上部进口处设置圆形过滤网，在圆形过滤网的下方设置用于监测道路表面温度的第三温度传感器，在第三温度传感器的下方设置电加热网，漏斗状本体的出口设置用于测量融冰化雪的水量的水量计，由融冰化雪的水量通过公式⑴得出冰雪的厚度：

       $Q=\frac{10}{44}{\mathrm{\πd}}^2{k_1}^2{k}_{2}h---\left(1\right)$

其中Q为融冰化雪的水量，单位为毫升ml，d为圆形过滤网的直径，单位为厘米cm，h为冰雪的厚度，单位为厘米cm，k₁为直径修正系数，k₂为厚度修正系数，其中1.0≤k₁≤1.2，0.3≤k₂≤1.0；k₁的取值范围根据电热管的热传导作用(忽略热对流和热辐射作用)选取，电热管低功率(150-200W)时取低值，电热管高功率(450-500W)时取高值，电热管功率位于高低功率之间时(250-300W)取中间值；k₂根据结冰积雪情况选取，全为冰时取1.0，全为积雪时取0.3，冰雪混合物时取中间值。

当第三温度传感器监测的路表温度小于等于冰点时，电加热网通电开始加热，当第三温度传感器监测的路表温度高于冰点时，电加热网关闭停止加热；当冰雪的厚度h处于厚度区间0＜h≤5mm，且由所述第二温度传感器获得的路面温度t处于温度区间-5℃≤t＜0时，电热管处于打开工位，加热功率为150-200W，且通过第一温度传感器获得电热管实时温度，并控制电热管温度位于30-40℃；当冰雪的厚度处于厚度区间5mm＜h≤10mm，且由第二温度传感器获得的路面温度t处于温度区间-10℃≤t＜-5℃时，电热管处于打开工位，加热功率为250-300W，且通过第一温度传感器获得电热管实时温度，并控制电热管温度位于40-50℃；当冰雪的厚度处于厚度区间h＞10mm、且由第二温度传感器获得的路面温度t处于温度区间t＜-10℃时，电热管处于打开工位，加热功率为450-500W，且通过第一温度传感器获得电热管实时温度，并控制电热管温度位于50-60℃。

一种道路智能融冰化雪方法，包括以下步骤：

㈠根据当地气候条件及道路环境信息对道路进行分段，然后分段按车道铺设电热管，安装第一温度传感器、第二温度传感器和结冰积雪智能检测装置；

㈡进入冬季并根据气象系统提供的实时天气信息，开启第一温度传感器、第二温度传感器和结冰积雪智能检测装置，检测冰雪的厚度和路面温度信息；

㈢当第三温度传感器监测的路表温度小于等于冰点时，电加热网通电开始加热，当第三温度传感器监测的路表温度高于冰点时，电加热网关闭；当冰雪的厚度处于厚度区间0＜h≤5mm，且由第二温度传感器获得的路面温度t处于温度区间-5℃≤t＜0时，打开电热管，控制其加热功率为150-200W，且通过第一温度传感器获得电热管实时温度，并控制电热管温度位于30-40℃；当冰雪的厚度处于厚度区间5mm＜h≤10mm，且由第二温度传感器获得的路面温度t处于温度区间-10℃≤t＜-5℃时，打开电热管，控制其加热功率为250-300W，且通过第一温度传感器获得电热管实时温度，并控制电热管温度位于40-50℃；当冰雪的厚度处于厚度区间h＞10mm、且由第二温度传感器获得的路面温度t处于温度区间t＜-10℃时，打开电热管，控制其加热功率为450-500W，且通过第一温度传感器获得所述电热管实时温度，并控制电热管温度位于50-60℃；

㈣当由结冰积雪智能检测装置的水量计获得的融冰化雪的水量等于零且由所述第二温度传感器获得的路面温度t处于温度t≥0℃时，关闭电热管。

本申请发明人在研究时发现，由于道路各路段所处环境不同，所以结冰积雪的厚度差别会很大，从而在运用电加热法融冰化雪时所需电能也存在差异，若统一控制，必然会导致加热体升温过快过高，无法控制；本发明科学的设置了结冰积雪智能检测装置，可以得出冰雪的厚度，通过冰雪的厚度去控制电热管的温度及功率，巧妙的解决了加热体升温过快、过高和无法控制的技术问题，形成智能化加热，使融冰化雪更高效。

本发明进一步限定的技术方案是：

前述的道路智能融冰化雪系统，其中漏斗状本体的下部出口上部还设有第二过滤网。

前述的道路智能融冰化雪系统，其中电热管埋置深度4-8cm,以6cm为宜，布设方式分为全路面加热融冰滑雪方式和按行车道节俭式行车道布设方式两种。

本发明的有益效果是：

本发明可以自动检测路面结冰积雪厚度以响应相应的加热等级，实时监测、控制电热管的加热温度，在路面融冰化雪完成时自动关闭，在融冰化雪的同时，避免了因加热体温度过高而导致沥青混凝土性能的改变，并能根据路面结冰积雪情况的不同对路面进行智能慢加热以融冰化雪，保证了电力资源的高效利用。

本发明通过逐点监测并控制每一根电热管的加热温度，一方面，使得在整个加热过程中电热管的温度始终处于一定阈值范围内，有效地避免了因加热体升温过快、过高无法控制而导致沥青性能的改变从而缩短整个路面结构使用寿命；另一方面，也能及时发现电热管问题，便于维修更换。

本发明严格控制了加热电源在何时关闭，现有技术仅提到待路面融冰化雪完成时关闭电源，可是什么时候路面冰雪完全融化是个问题，加热使路面温度达到融冰化雪温度，而环境温度低于冰点时，路面仍会继续结冰，这种伪融冰化雪完成状态容易使司机产生懈怠心理，严重威胁行车安全；但若加热过度，不仅影响路面结构寿命还会浪费电力资源。本发明通过实时监测加热管温度、路面温度和环境温度，通过严格的智能逻辑控制，使路面在融冰化雪完成时切断电源，在消除潜在的行车安全问题的同时节约了电力资源。

附图说明

图1是本发明的全路面加热融冰化雪示意图。

图2是本发明按行车道节加热融冰化雪示意图。

图3是本发明的结冰积雪智能检测装置结构示意图。

具体实施方式

实施例1

本实施例提供一种道路智能融冰化雪系统，如图1和图2所示，图1为全路面加热融冰化雪方式，图2为按行车道节俭式节加热融冰化雪方式，本系统包括铺设在道路表面以下的用于加热路面的电热管1，设置在每一根电热管上的用于监测电热管实时温度信息的第一温度传感器，设置在道路表面以下且接近道路表面的用于监测不同路段的实时温度信息的第二温度传感器2(第二温度传感器根据道路所处环境的不同，设置在不同路段不同位置，用于监测不同路段的实时温度信息)，以及为各部件供电的电源；还包括设置道路表面以下且接近道路表面的用于检测路面结冰积雪情况的结冰积雪智能检测装置3；其中电热管1埋置深度4-8cm,以6cm为宜，布设方式分为全路面加热融冰滑雪方式和按行车道节俭式行车道布设方式两种。

结冰积雪智能检测装置结构如图3所示，包括本体4、第三温度传感器5、第一过滤网6、电加热网7和水量计8，本体为漏斗状，在漏斗状本体的上部进口处设置第一过滤网6，在第一过滤网6的下方设置第三温度传感器5，在第三温度传感器5的下方设置电加热网7，漏斗状本体的出口设置用于测量融冰化雪的水量的水量计8，漏斗状本体的下部出口上部还设有第二过滤网9。

由融冰化雪的水量通过公式⑴得出冰雪的厚度：

       $Q=\frac{10}{44}{\mathrm{\πd}}^2{k_1}^2{k}_{2}h---\left(1\right)$

其中Q为融冰化雪的水量，单位为毫升ml，d为圆形过滤网的直径，单位为厘米cm，h为冰雪的厚度，单位为厘米cm，k₁为直径修正系数，k₂为厚度修正系数，其中，1.0≤k₁≤1.2；0.3≤k₂≤1.0；k₁的取值范围根据电热管的热传导作用(忽略热对流和热辐射作用)选取，电热管低功率(150-200W)时取低值，电热管高功率(450-500W)时取高值，电热管功率位于高低功率之间时(250-300W)取中间值；k₂根据结冰积雪情况选取，全为冰时取1.0，全为积雪时取0.3，冰雪混合物时取中间值；

当第三温度传感器监测的路表温度小于等于冰点时，电加热网通电，当第三温度传感器监测的路表温度高于冰点时，电加热网关闭；当冰雪的厚度h处于厚度区间0＜h≤5mm，且由所述第二温度传感器获得的路面温度t处于温度区间-5℃≤t＜0时，电热管处于打开工位，加热功率为150-200W，且通过第一温度传感器获得电热管实时温度，并控制电热管温度位于30-40℃；当冰雪的厚度处于厚度区间5mm＜h≤10mm，且由第二温度传感器获得的路面温度t处于温度区间-10℃≤t＜-5℃时，电热管处于打开工位，加热功率为250-300W，且通过第一温度传感器获得电热管实时温度，并控制电热管温度位于40-50℃；当冰雪的厚度处于厚度区间h＞10mm、且由第二温度传感器获得的路面温度t处于温度区间t＜-10℃时，电热管处于打开工位，加热功率为450-500W，且通过第一温度传感器获得电热管实时温度，并控制电热管温度位于50-60℃。

实施例2

本实施例是实施例1的道路智能融冰化雪方法，包括以下步骤：

㈠根据当地气候条件及道路环境信息对道路进行分段，然后分段按车道铺设电热管，安装第一温度传感器、第二温度传感器和结冰积雪智能检测装置；

㈡进入冬季并根据气象系统提供的实时天气信息，开启第一温度传感器、第二温度传感器和结冰积雪智能检测装置，检测冰雪的厚度和路面温度信息；

㈢当第三温度传感器监测的路表温度小于等于冰点时，电加热网通电开始加热，当第三温度传感器监测的路表温度高于冰点时，电加热网关闭；当冰雪的厚度处于厚度区间0＜h≤5mm，且由第二温度传感器获得的路面温度t处于温度区间-5℃≤t＜0时，打开电热管，控制其加热功率为150-200W，且通过第一温度传感器获得电热管实时温度，并控制电热管温度位于30-40℃；当冰雪的厚度处于厚度区间5mm＜h≤10mm，且由第二温度传感器获得的路面温度t处于温度区间-10℃≤t＜-5℃时，打开电热管，控制其加热功率为250-300W，且通过第一温度传感器获得电热管实时温度，并控制电热管温度位于40-50℃；当冰雪的厚度处于厚度区间h＞10mm、且由第二温度传感器获得的路面温度t处于温度区间t＜-10℃时，打开电热管，控制其加热功率为450-500W，且通过第一温度传感器获得所述电热管实时温度，并控制电热管温度位于50-60℃；

㈣当由结冰积雪智能检测装置的水量计获得的融冰化雪的水量等于零且由所述第二温度传感器获得的路面温度t处于温度t≥0℃时，关闭电热管，融冰化雪完成。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (4)

1.一种道路智能融冰化雪系统，包括铺设在道路表面以下的用于加热路面的电热管，设置在每一根所述电热管上的用于监测电热管实时温度信息的第一温度传感器，设置在道路表面以下且接近道路表面的用于监测不同路段的实时温度信息的第二温度传感器，以及为各部件供电的电源；其特征在于：还包括设置在道路表面以下且接近道路表面的用于检测路面结冰积雪情况的结冰积雪智能检测装置，其包括本体、第三温度传感器、圆形过滤网、电加热网和水量计，所述本体为漏斗状，在漏斗状本体的上部进口处设置所述圆形过滤网，在所述圆形过滤网的下方设置用于监测道路表面温度的所述第三温度传感器，在所述第三温度传感器的下方设置所述电加热网，所述漏斗状本体的出口设置用于测量融冰化雪的水量的所述水量计，由融冰化雪的水量通过公式⑴得出冰雪的厚度：

$Q=\frac{10}{44}{\mathrm{\πd}}^2{k_1}^2{k}_{2}h---\left(1\right)$

其中Q为融冰化雪的水量，单位为毫升ml，d为圆形过滤网的直径，单位为厘米cm，h为冰雪的厚度，单位为厘米cm，k₁为直径修正系数，k₂为厚度修正系数，其中，1.0≤k₁≤1.2，0.3≤k₂≤1.0；

当所述第三温度传感器监测的路表温度小于等于冰点时，所述电加热网通电，当所述第三温度传感器监测的路表温度高于冰点时，所述电加热网关闭；当冰雪的厚度h处于厚度区间0＜h≤5mm，且由所述第二温度传感器获得的路面温度t处于温度区间-5℃≤t＜0时，所述电热管处于打开工位，加热功率为150-200W，且通过所述第一温度传感器获得所述电热管实时温度，并控制所述电热管温度位于30-40℃；当冰雪的厚度处于厚度区间5mm＜h≤10mm，且由所述第二温度传感器获得的路面温度t处于温度区间-10℃≤t＜-5℃时，所述电热管处于打开工位，加热功率为250-300W，且通过所述第一温度传感器获得所述电热管实时温度，并控制所述电热管温度位于40-50℃；当冰雪的厚度处于厚度区间h＞10mm、且由所述第二温度传感器获得的路面温度t处于温度区间t＜-10℃时，所述电热管处于打开工位，加热功率为450-500W，且通过所述第一温度传感器获得所述电热管实时温度，并控制所述电热管温度位于50-60℃。

2.如权利要求1所述的道路智能融冰化雪系统，其特征在于：所述漏斗状本体的下部出口上部还设有第二过滤网。

3.如权利要求1所述的道路智能融冰化雪系统，其特征在于：所述电热管埋置深度4-8cm，布设方式分为全路面加热融冰滑雪方式和按行车道节俭式行车道布设方式两种。

4.用于权利要求1所述系统的道路智能融冰化雪方法，其特征在于：包括以下步骤：

㈠根据当地气候条件及道路环境信息对道路进行分段，然后分段按车道铺设电热管，安装第一温度传感器、第二温度传感器和结冰积雪智能检测装置；

㈡进入冬季并根据气象系统提供的实时天气信息，开启第一温度传感器、第二温度传感器和结冰积雪智能检测装置，检测冰雪的厚度和路面温度信息；

㈢当所述第三温度传感器监测的路表温度小于等于冰点时，所述电加热网通电开始加热，当所述第三温度传感器监测的路表温度高于冰点时，所述电加热网关闭；当冰雪的厚度处于厚度区间0＜h≤5mm，且由所述第二温度传感器获得的路面温度t处于温度区间-5℃≤t＜0时，打开电热管，控制其加热功率为150-200W，且通过所述第一温度传感器获得所述电热管实时温度，并控制所述电热管温度位于30-40℃；当冰雪的厚度处于厚度区间5mm＜h≤10mm，且由所述第二温度传感器获得的路面温度t处于温度区间-10℃≤t＜-5℃时，打开电热管，控制其加热功率为250-300W，且通过所述第一温度传感器获得所述电热管实时温度，并控制所述电热管温度位于40-50℃；当冰雪的厚度处于厚度区间h＞10mm、且由所述第二温度传感器获得的路面温度t处于温度区间t＜-10℃时，打开电热管，控制其加热功率为450-500W，且通过所述第一温度传感器获得所述电热管实时温度，并控制所述电热管温度位于50-60℃；

㈣当由结冰积雪智能检测装置的水量计获得的融冰化雪的水量等于零且由所述第二温度传感器获得的路面温度t处于温度t≥0℃时，关闭电热管。