CN108416156B - 一种冬季路面融雪剂喷洒的控制方法 - Google Patents

一种冬季路面融雪剂喷洒的控制方法 Download PDF

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Abstract

一种冬季路面融雪剂喷洒的控制方法，本发明涉及冬季路面融雪剂喷洒的控制方法。本发明为了解决不正确的使用融雪剂会导致水泥基路面的寿命降低、喷洒工作效率低以及冬季道路管理花费高的问题。本发明包括：步骤一：当路面为积雪状态时执行步骤二，当路面为冻结状态时执行步骤三；步骤二：当Hi‑1>Hi‑sta时，则需要除雪；当Hi‑1≤Hi‑sta时，执行步骤三；步骤三：当E1>Esta时不需要喷洒融雪剂，进行监测；当E1≤Esta时，执行步骤四；步骤四：当Ms‑min>Mss‑in时，喷洒融雪剂；当Ms‑min≤Mss‑in时，喷洒防滑剂。本发明用于道路管理领域。

Description

一种冬季路面融雪剂喷洒的控制方法
技术领域
本发明涉及冬季路面融雪剂的用量及判定方法。
背景技术
在冬季道路管理中，为了改善路面滑动摩擦系数，在降雪或冻结路面上进行融雪剂的喷洒(后喷洒)。融雪剂的喷洒是保证冬季道路安全的不可或缺的措施之一。目前，国内城市路面、郊区路面、山区路面、高速公路路面和桥梁路面中应用较广的是氯盐类融雪剂。在考虑氯盐类融雪剂对道路和桥梁的盐害等问题的背景下，融雪的效果显得越来越重要。
目前，相关融雪剂的规范与标准为：道路除冰融雪剂规范(GB/T 23851-2009)、北京市融雪剂的地方标准(DB11/T 161-201)和融雪剂的国家标准(修订版)。以上规范与标准对融雪剂的化学组成、分类、使用及技术标准进行了说明，是目前冬季路面管理的依据与标准。然而，规范与标准中并未对融雪剂的用量进行指导和说明。同时，针对不同地域和气候中不同路面所处于的不同冰雪天气条件、路面的类型、交通流量等因素的影响，以上规范与标准仍有不充分与不恰当之处用来确定和执行融雪剂的喷洒工作。因此，不正确的使用融雪剂会对道路路面的除冰和除雪工作带来影响，甚至会影响水泥基路面的耐久性和寿命。
发明内容
本发明的目的是为了解决不正确的使用融雪剂会导致水泥基路面的寿命降低、喷洒工作效率低以及冬季道路管理花费高的缺点，而提出一种冬季路面融雪剂喷洒的控制方法。
一种冬季路面融雪剂喷洒的控制方法包括以下步骤：
步骤一：冬季路面状态分为积雪状态和冻结状态，当路面为积雪状态时执行步骤二，当路面为冻结状态时执行步骤三；
步骤二：当Hi-1>Hi-sta时，则需要除雪；当Hi-1≤Hi-sta时，执行步骤三；其中Hi-1为路面积雪和结冰厚度，Hi-sta为由设定的除雪水平作为路政管理条件转换而来的路面积雪厚度和冰厚度；
步骤三：当E1>Esta时不需要喷洒融雪剂，进行监测；当E1≤Esta时，执行步骤四；其中E1为喷洒前实际测得的路面摩擦系数，Esta为喷洒前设定的路面摩擦系数；
步骤四：当Ms-min>Mss-in时，喷洒融雪剂；当Ms-min≤Mss-in时，喷洒防滑剂；其中Ms-min为喷洒融雪剂的最优用量，Mss-in为预估喷洒融雪剂的量。
本发明的有益效果为：
本发明提出了一种冬季路面融雪剂用量的计算方法及冬季道路的管理系统(WRSDM系统)。其中，所述冬季路面融雪剂用量的计算方法由融雪剂使用条件(计算条件和路政管理条件)的输入和融雪剂使用量的计算结果输出两部分组成。其中，融雪剂使用条件包含有：a)路面状态，涵盖“冻结”和“积雪”；b)路面温度(T)，选择喷洒前路面温度的平均值；c)路面积雪和结冰厚度(Hi-1)；d)预估喷洒融雪剂的量(Mss-in)，初步设置为20～40g/m2；e)交通量(Qv)；f)路面类型；g)路面摩擦判定水准(Esta)和h)除雪水准(Hsf-sta)。融雪剂使用量的计算结果输出包含有：I)除雪与喷洒与否的判定；II)喷洒除雪剂后的系数与III)建议措施与最优融雪剂/防滑剂的用量。同时，基于以上计算方法提出WRSDM系统用于冬季道路的管理。本发明中提出的融雪剂使用量计算方法综合考虑不同地域、不同冰雪天气条件、不同路面的类型、交通流量等因素的影响，对融雪剂的喷洒用量提供科学和合理建议值。同时，本发明中WRSDM方法相较于传统的道路管理方法，具有喷洒更客观、科学、合理，并且喷洒后道路安全性提高、喷洒工作效率提高15～20％、冬季道路管理花费降低3000元/次以及水泥基路面的使用寿命延长3～5年等优点。
附图说明
图1为本发明方法流程图；
图2为传统方法的冬季道路管理办法；
图3为基于WRSDM系统的冬季道路管理方法。
具体实施方式
具体实施方式一：一种冬季路面融雪剂喷洒的控制方法包括以下步骤：
步骤一：冬季路面状态分为积雪状态和冻结状态，当路面为积雪状态时执行步骤二，当路面为冻结状态时执行步骤三；
步骤二：当Hi-1>Hi-sta时，则需要除雪；当Hi-1≤Hi-sta时，执行步骤三；其中Hi-1为路面积雪和结冰厚度，Hi-sta为由设定的除雪水平作为路政管理条件转换而来的路面积雪厚度和冰厚度；
步骤三：当E1>Esta时不需要喷洒融雪剂，进行监测；当E1≤Esta时，执行步骤四；其中E1为喷洒前实际测得的路面摩擦系数，Esta为喷洒前设定的路面摩擦系数；
步骤四：当Ms-min>Mss-in时，喷洒融雪剂；当Ms-min≤Mss-in时，喷洒防滑剂；其中Ms-min为喷洒融雪剂的最优用量，Mss-in为预估喷洒融雪剂的量。
1)为了实现冬季路面融雪剂使用量的计算，本发明提供了一种的融雪剂使用量计算方法。具体步骤包括：融雪剂使用条件(计算条件和路政管理条件)的输入和融雪剂使用量的计算结果的输出。
融雪剂使用条件的输入如表1所示，其中具体包括：
Figure BDA0001602729250000031
(i)计算条件：
a)路面状态：本发明中路面状态涵盖“冻结”和“积雪”两种状态。对于干燥和潮湿的路面上喷洒融雪剂的情况不予考虑。同时应注意，如果在计算输入时的路面温度预计低于冰点，则为“冻结”状态。同样，如果预测到降雪，则为“积雪”状态。
b)路面温度(T)：参考需要喷洒融雪剂的路面的温度数据，选择喷洒前路面温度的平均值即喷洒前15分钟时段内的温度均值；
c)路面积雪和结冰厚度(Hi-1)：预喷洒融雪剂的目标路面的冰雪厚度(可查询当地气象信息)。应当注意，不同路面对于积雪和结冰厚度的影响不同见表2。尤其注意的是，对于SMA型路面、多孔型排水路面等，由于具有一定的排水设施和渗水功能，路面的冰雪厚度要比当地天气信息中路面的平均冰雪厚度薄0.03～0.07mm。
表2不同路面类型对积雪和结冰厚度的影响
Figure BDA0001602729250000041
注：+代表比当地气象信息中路面平均冰雪厚度多，-代表比当地气象信息中路面平均冰雪厚度少。
d)预估喷洒融雪剂的量(Mss-in)：可以初步设定融雪剂的用量。但是请注意，虽然可以任意的设定融雪剂的使用量，但是根据喷洒的实际情况，建议将其设置为20～40g/m2。
e)交通量(Qv)：交通量依据路面所处的区域可划分为：“市区”、“郊区”或“山区”区域。这些地区的交通量分别设定为1000、100和10个单位/小时(对于目标路面的交通量，请参考当地道路交通量数据，在上述基础上进行增减)。交通量与融雪剂/防滑剂喷洒效率、道路除雪作业效率、交通安全等具有密切关系，其关系如表3所述。
表3交通量与喷洒效率和除雪作业效率的关系
Figure BDA0001602729250000042
f)路面类型：填写目标喷洒路面的路面类型如：密实路面、沥青路面、水泥混凝土路面、水泥灰浆路面、SMA路面和排水路面。
(ii)路政管理条件：
g)路面摩擦系数(Esta)：依据气象和降雪条件，本发明中路面摩擦水准Esta可概括为：低摩擦系数(Esta＝0.15)、中摩擦系数(Esta＝0.25)和高摩擦系数(Esta＝0.35)。其中当路面处于冻结状态时，路面摩擦系数为低摩擦系数；当路面处于潮湿状态时，路面摩擦系数为中摩擦系数；当路面处于正常干燥状态时，路面摩擦系数为高摩擦系数。
h)除雪水准(H′sf-sta)：考虑人力与除雪车的工作效率，设定除雪的厚度为5cm、10cm和50cm。应该注意，以上除雪水准与目标道路所在地的标准相依托，并且考虑偶发的自然灾害如暴雪天气(blizzard)、极寒天气(extreme cold weather)及除雪效率(snowremoval efficiency)，引入偶发系数λsf-sta加以修正，偶发系数表达式为
Figure BDA0001602729250000043
取值范围为1～1.4。最终，除雪水准为H′sf-sta＝λsf-staHsf-sta。
融雪剂使用量的计算结果输出如表4所示，其中主要包括：
Figure BDA0001602729250000051
I)除雪与喷洒与否的判定：本发明中的计算法给出目标路段是否需要进行除雪与喷洒。首先，为不需要喷洒除雪剂，仅需要进行除雪工作这种情况。该情况内比较由设定的除雪水平作为路政管理条件转换而来的路面积雪厚度和冰厚度(Hi-sta)，Hi-sta的计算方程为：
Figure BDA0001602729250000052
并将计算结果与路面冰雪厚度(Hi-1)进行比较。当Hi-1≤Hi-sta时，不需要除雪；当Hi-1>Hi-sta的情况下，则需要除雪。对于喷洒除雪剂的操作，将喷洒前的路面摩擦水准(E1)与路面摩擦水准(Esta)进行比较，当E1>Esta时则不需要喷洒；当其为E1≤Esta时，则需要喷洒。喷洒前的路面摩擦水准见表5。
表5喷洒前的路面摩擦水准
Figure BDA0001602729250000053
Figure BDA0001602729250000061
II)喷洒除雪剂后的系数：现场勘测喷洒除雪剂后目标路面的雪厚度、冰厚度Hi-2和路面摩擦系数(E2)。
III)建议措施与最优融雪剂/防滑剂的用量：依据气候条件等的不同，推荐的有仅除雪(不需要喷洒融雪剂)、需要喷洒融雪剂/防滑剂(给出最优用量
Figure BDA0001602729250000062
或监测等不同对策如图1所示。
2)基于WRSDM系统指导冬季道路的管理工作：
基于以上计算方法本发明提出了WRSDM分析系统。图2和图3给出了传统的冬季道路管理方法和基于WRSDM系统的冬季道路管理方法。本发明中WRSDM方法相较于传统的道路管理方法，具有喷洒更客观、科学、合理，并且喷洒后道路安全性提高、喷洒工作效率提高、冬季道路管理花费更低等优点。同时应注意，WRSDM系统中考虑的车型为轿车车型，对于大型车辆和特种车辆等需要对系统中车流量进行适当增减。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述步骤二中Hi-sta的计算公式为：
Figure BDA0001602729250000063
其中H′sf-sta为考虑偶发气象灾害条件下除雪厚度的计算值。
其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：所述H′sf-sta的计算公式为：
H′sf-sta＝λsf-staHsf-sta
其中λsf-sta为偶发系数，Hsf-sta为不考虑偶发气象灾害条件下除雪厚度的计算值。
其它步骤及参数与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：所述λsf-sta的计算公式为：
Figure BDA0001602729250000071
其中λsf-bli为暴雪天气(24小时降雪量≥10毫米)时的影响系数，λsf-ecw为极寒天气(温度为-40℃以下)时的影响系数，λsf-sre为除雪效率，λsf-sta的取值范围为1～1.4。
其它步骤及参数与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：所述步骤三中Esta为喷洒前设定的路面摩擦系数具体为：
当路面处于冻结状态时，喷洒前设定的路面摩擦系数为Esta＝0.15；当路面处于潮湿状态时，喷洒前设定的路面摩擦系数为Esta＝0.25；当路面处于干燥状态时，喷洒前设定的路面摩擦系数为Esta＝0.35。
其它步骤及参数与具体实施方式一至四之一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：所述步骤四中喷洒融雪剂的最优用量Ms-min的计算公式为：
Ms-min＝13.73-0.74T
其中T为路面温度。
其它步骤及参数与具体实施方式一至五之一相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是：所述步骤四中喷洒防滑剂的最优用量Ns-min的计算公式为：
Ns-min＝14.55-0.877T。
其它步骤及参数与具体实施方式一至六之一相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是：所述步骤四中预估喷洒融雪剂的量Mss-in具体设置为20～40g/m2。
其它步骤及参数与具体实施方式一至七之一相同。
采用以下实施例验证本发明的有益效果：
实施例一：
结合附图1对东北某城市内某处冻结路面进行计算。首先确定路面类型为密实路面，路面状态为冻结；其次输入路面温度为-15℃，结冰厚度为0.4mm，除雪水准为10cm；然后确定目标路段为城市中，车流量为1200台/小时，路面摩擦判定水准Esta＝0.25(中水准)。在输入计算条件后，进行除雪和喷洒的必须性的判断。首先进行是否除雪的判断。已知该条件下结冰厚度为Hi-1＝0.4mm，转化而来的厚度为Hi-sta＝5.1mm，通过比较可以得到Hi-1＜Hi-sta，因此不需要除雪；喷洒前路面摩擦水准E1＝0.18，路面摩擦判定水准Esta＝0.25，E1＜Esta，需要喷洒。同时得到喷洒后，目标路面结冰厚度为Hi-2＝0.08mm，路面喷洒后摩擦水准为E2＝0.30。预测喷洒融雪剂的量为30.0g/m2，最终给出必要融雪剂的最优量为27.0g/m2。
实施例二：
本实施例采用了与实施例一相同的计算与判断步骤，但是路面状态和目标路段区域不同。现结合附图1对西部某郊区外某处积雪路面进行计算。首先确定路面类型为密实路面，路面状态为积雪；其次输入路面温度为-8℃，积雪厚度为6mm，除雪水准为10cm；然后确定目标路段为郊区外，车流量为100台/小时，路面摩擦判定水准Esta＝0.35(高水准)。在输入计算条件后，进行除雪和喷洒的必须性的判断。首先进行是否除雪的判断。已知该条件下积雪厚度为Hi-1＝6mm，转化而来的厚度为Hi-sta＝5.1mm，通过比较可以得到Hi-1＞Hi-sta，因此需要除雪；喷洒前路面摩擦水准E1＝0.2，路面摩擦判定水准Esta＝0.35，E1＜Esta，需要喷洒融雪剂。同时得到喷洒后，目标路面结冰厚度为Hi-2＝1.3mm，路面喷洒后摩擦水准为E2＝0.22。预测喷洒融雪剂量为35.0g/m2，最终给出必要喷洒融雪剂的最大量222g/m2，最优量为110.0g/m2。
本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，本领域技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种冬季路面融雪剂喷洒的控制方法，其特征在于：所述冬季路面融雪剂喷洒的控制方法包括以下步骤：
步骤一：冬季路面状态分为积雪状态和冻结状态，当路面为积雪状态时执行步骤二，当路面为冻结状态时执行步骤三；
步骤二：当Hi-1>Hi-sta时，则需要除雪；当Hi-1≤Hi-sta时，执行步骤三；其中Hi-1为路面积雪和结冰厚度，Hi-sta为由设定的除雪水平作为路政管理条件转换而来的路面积雪厚度和冰厚度；
步骤三：当E1>Esta时不需要喷洒融雪剂，进行监测；当E1≤Esta时，执行步骤四；其中E1为喷洒前实际测得的路面摩擦系数，Esta为喷洒前设定的路面摩擦系数；
步骤四：当Ms-min>Mss-in时，喷洒融雪剂；当Ms-min≤Mss-in时，喷洒防滑剂；其中Ms-min为喷洒融雪剂的最优用量，Mss-in为预估喷洒融雪剂的量；
所述喷洒融雪剂的最优用量Ms-min的计算公式为：
Ms-min＝13.73-0.74T
其中T为路面温度；
所述预估喷洒融雪剂的量Mss-in具体设置为20～40g/m2。
2.根据权利要求1所述的一种冬季路面融雪剂喷洒的控制方法，其特征在于：所述步骤二中Hi-sta的计算公式为：
Figure FDA0003144915790000011
其中Hs′f-sta为考虑偶发气象灾害条件下除雪厚度的计算值。
3.根据权利要求2所述的一种冬季路面融雪剂喷洒的控制方法，其特征在于：所述Hs′f-sta的计算公式为：
H′sf-sta＝λsf-staHsf-sta
其中λsf-sta为偶发系数，Hsf-sta为不考虑偶发气象灾害条件下除雪厚度的计算值。
4.根据权利要求3所述的一种冬季路面融雪剂喷洒的控制方法，其特征在于：所述λsf-sta的计算公式为：
Figure FDA0003144915790000021
其中λsf-bli为暴雪天气时的影响系数，λsf-ecw为极寒天气时的影响系数，λsf-sre为除雪效率，λsf-sta的取值范围为1～1.4。
5.根据权利要求4所述的一种冬季路面融雪剂喷洒的控制方法，其特征在于：所述步骤三中Esta为喷洒前设定的路面摩擦系数具体为：
当路面处于冻结状态时，喷洒前设定的路面摩擦系数为Esta＝0.15；当路面处于潮湿状态时，喷洒前设定的路面摩擦系数为Esta＝0.25；当路面处于干燥状态时，喷洒前设定的路面摩擦系数为Esta＝0.35。
6.根据权利要求1、2、3、4或5任一项所述的一种冬季路面融雪剂喷洒的控制方法，其特征在于：所述步骤四中喷洒防滑剂的最优用量Ns-min的计算公式为：
Ns-min＝14.55-0.877T。
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