CN113355976A - 一种城市人行道路智能融雪化冰系统及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种城市人行道路智能融雪化冰系统及其施工方法，该系统包括智能控制模块、数据采集模块、人行道路模块和终端系统；智能控制模块包括服务器、智能控制器，数据采集模块包括高清摄像头、结冰探测器、温湿度传感器；人行道路模块包括人行道路、碳纤维发热线、电路检测模块；碳纤维发热线布置在人行道路中，电路检测模块与碳纤维发热线和智能控制器相连，智能控制器、高清摄像头、结冰探测器、温湿度传感器与服务器相连，其中温湿度传感器和结冰探测器布置于人行道路表面，高清摄像头布置在人行道路旁。本发明能高效地实现人行道路的主动式、预防式融冰，保持人行道路冬季全天候无积雪，解决了冬季城市人行道路不能自动融雪化冰的问题。

Description

一种城市人行道路智能融雪化冰系统及其施工方法

技术领域

本发明涉及市政工程技术领域，具体是一种城市人行道路智能融雪化冰系统及其施工方法。

背景技术

冬季我国中部和北部大部分地区常常被冰雪覆盖，城市人行道路面经常会积雪结冰，从而导致路面摩擦系数降低，给行人出行带来极大不便。而目前市面上的常规清除路面冰雪的方式存在被动性、滞后性，且不适用于城市人行道路上，因为人行道路上绿化植被以及附属设备较多，如：景观树、路灯、公交站牌、休息长椅等，会阻碍大型除雪机械的运行，并且路面砖会被机械损坏，因此人行道路不适用大型除雪机械；而常规的融雪剂洒在人行道上后产生氯化物水流，该氯化物水流会腐蚀人行道上的附属设施并污染绿化带的土壤，不符合绿色、环保的城市发展理念。新型无机融雪剂具备环保无污染的优点，但该无机融雪剂价格昂贵目前仅应用于机场跑道等重要场所，应用于城市人行道上并不经济。

目前冬季人行道路上的冰雪主要靠人工清除，不仅费时费力、效率低，而且普遍存在被动性、滞后性等明显弊端。

发明内容

本发明的目的在于提供一种城市人行道路智能融雪化冰系统及其施工方法，克服现有的技术缺陷，精准、节能、环保，能高效地实现人行道路的主动式、预防式融冰，保持人行道路冬季全天候无积雪，解决了冬季城市人行道路不能自动融雪化冰的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种城市人行道路智能融雪化冰系统，包括智能控制模块、数据采集模块、人行道路模块和终端系统；所述智能控制模块包括服务器、与服务器通信连接的智能控制器，数据采集模块包括高清摄像头、结冰探测器、温湿度传感器；所述人行道路模块包括人行道路、碳纤维发热线、电路检测模块；所述碳纤维发热线布置在人行道路中，所述电路检测模块与碳纤维发热线和智能控制器相连，所述智能控制器、高清摄像头、结冰探测器、温湿度传感器与服务器相连，其中温湿度传感器和结冰探测器布置于人行道路表面，高清摄像头布置在人行道路旁。

进一步的，所述人行道路自下而上依次包括垫层、基层、整平层、面层。

进一步的，垫层厚度设定为150mm，采用黏土夯实而成；基层厚度设定为150mm，采用C15混凝土浇筑而成；整平层厚度设定为30mm，采用水泥砂浆浇筑而成；面层厚度设定为60mm，采用路面砖铺设而成。

进一步的，在整平层中设置保温层，所述保温层设定为15mm，采用加布橡胶垫材料。

进一步的，所述路面砖采用透水砖，沿高度方向中心位置预留两个安装孔，用于穿入碳纤维发热线。

进一步的，所述碳纤维发热线采用并联的形式接入电路中，所述电路检测模块与碳纤维发热线并联接入每条支路，用以检查该支路是否正常，并将信号传输至服务器，同时具有单独控制该支路通电的功能。

进一步的，所述智能控制器布置于碳纤维发热线电路中的干路上，与服务器相连并受服务器的预警指令控制，自动控制整个碳纤维发热线加热电路的启动功率和关闭。

进一步的，所述服务器用于收集并存储电路检测模块、高清摄像头、结冰探测器、温湿度传感器的数据，所述服务器中预装有分析模块、决策模块和数据发送模块，其功能包括：

接收所述电路检测模块的信息后可以分析并检测碳纤维发热线的运行情况，对不能正常通电发热的支路产生报警指令并发送至终端系统，便于各个支路上碳纤维发热线的检测和更换；

接收高清摄像头、结冰探测器、温湿度传感器的信息后，根据高清摄像头、结冰探测器、温湿度传感器的信息进行决策预警。

进一步的，所述服务器根据高清摄像头、结冰探测器、温湿度传感器的信息进行决策预警具体包括：

第一步，分析温湿度传感器检测的路面温湿度是否能够达到预期的温湿度，若低于预期温度或高于预期的湿度则所述服务器将指令发送给所述智能控制器，所述智能控制器持续保持碳纤维发热线所在电路为闭合状态不断给路面加热；若路面温度高于预期加热的温度则所述服务器将指令发送给所述智能控制器，所述智能控制器使碳纤维发热线所在电路断开，停止给路面加热；

第二步，分析结冰探测器的数据，结冰探测器探测到路面的状态有5种，分别为结冰、潮湿、积水、积雪、干燥，同时在结冰与积雪状态下自动测得结冰与积雪厚度，当结冰探测器输出的状态是结冰与积雪时，则所述服务器根据测得的结冰与积雪厚度，分析出启动功率，并将指令发送给所述智能控制器，保持电路闭合状态不断给路面加热；当结冰探测器输出的状态不是结冰与积雪时，则所述服务器将发送指令给所述智能控制器，使其断开，停止给路面加热；

第三步，接收高清摄像头传来的图像信息后利用深度学习对其进行图像识别，判断人行道路面是否有冰雪存在，同时计算出冰雪覆盖的区域，并将指令发送给智能控制器，再发送给电路检测模块，根据路面存在冰雪的区域来智能控制人行道路面相应支路发热线的运行。

一种如上所述城市人行道路智能融雪化冰系统的施工方法，包括如下步骤：

(1)人行道路的垫层填充黏土，分两次填充，每次填充后进行压实处理使其压实度达到95％，垫层厚度为150mm，基层设置在垫层上边，采用C15混凝土浇筑而成厚度为150mm，基层浇筑后养护24小时后开始浇筑整平层，整平层采用30mm厚的水泥砂浆浇筑而成，其中整平层浇筑至15mm处时布置加布橡胶垫充当保温层；

(2)面层采用特制的路面砖铺设而成，铺设面层时路面砖并排布置，按“行”施工；每行铺设路面砖时，每铺设一块路面砖的同时将两根独立的碳纤维发热线传入路面砖预留的两个安装孔中，然后在安装孔两侧用导热硅胶密封，同样的施工工艺进行下一块砖的铺设，每行路面砖铺设完成后在每根碳纤维发热线外侧裸露部位接入电路检测模块，面层铺设完成后，在表面布置温湿度传感器和结冰探测器，其中温湿度传感器布置在砖缝中，结冰探测器布置人行道路与排水沟交界处，并在人行道路面内侧布置高清摄像头；

(3)碳纤维发热线以并联的形式接入电路，智能控制器布置在

电路的干路处，其中智能控制器、高清摄像头、结冰探测器、温湿度传感器运用TCP/IP协议的5G通信与服务器相连，将服务器与终端系统相连。

本发明通过将高清摄像头、结冰探测器、温湿度传感器布置于人行道路，可及时获取关于人行道路是否结冰的实时信息，服务器根据获取的实时信息进行决策预警，同时通过智能控制器控制碳纤维发热线所在电路的工作状态，在自动测得结冰与积雪时控制碳纤维发热线工作对地面进行加热，能高效地实现人行道路的主动式、预防式融冰，保持人行道路冬季全天候无积雪，解决了冬季城市人行道路不能自动融雪化冰的问题。

附图说明

图1为本发明城市人行道路智能融雪化冰系统其中一个实施例的结构示意图；

图2为本发明中人行道路其中一个实施例的结构示意图；

图3为本发明中人行道路另一实施例的结构示意图；

图4为发明中路面砖的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1所示为本发明城市人行道路智能融雪化冰系统其中一个实施例的结构示意图，所述城市人行道路智能融雪化冰系统包括智能控制模块1、数据采集模块2、人行道路模块3和终端系统4。

所述智能控制模块1包括服务器11、与服务器11通信连接的智能控制器12；数据采集模块2包括高清摄像头21、结冰探测器22、温湿度传感器23；所述人行道路模块3包括人行道路31、碳纤维发热线32、电路检测模块33。

所述碳纤维发热线32布置在人行道路31中，所述电路检测模块33与碳纤维发热线32和智能控制器12相连，所述智能控制器12、高清摄像头21、结冰探测器22、温湿度传感器23运用TCP/IP协议的5G通信与服务器11相连，其中温湿度传感器23和结冰探测器22布置于人行道路31表面，高清摄像头12布置在人行道路32旁。

请进一步参阅图2，所述人行道路31自下而上依次包括垫层311、基层312、整平层313、面层314。垫层311厚度设定为150mm，采用黏土夯实而成；基层312厚度设定为150mm，采用C15混凝土浇筑而成；整平层313厚度设定为30mm，采用水泥砂浆浇筑而成；面层314厚度设定为60mm，采用路面砖3141铺设而成。较佳的，可在整平层313中设置保温层315(如图3所示)，所述保温层315设定为15mm，采用加布橡胶垫材料。

请进一步参阅图4，所述面层314由特制的路面砖3141铺设而成，所述路面砖3141尺寸为：长200mm×宽100mm×高60mm，该路面砖3141沿高度方向中心位置预留两个安装孔3142，每个安装孔3142直径为7mm，两个安装孔3142间隔100mm。

所述碳纤维发热线32采用规格为PAN碳纤维制成的钢丝包裹的24k型号的碳纤维发热线；碳纤维发热线32布置在路面砖3141的安装孔3142中；碳纤维发热线32的钢丝外套能够有效避免碳纤维发热线32在穿孔中出现磨损破坏，并且具有优异的抗压强度和抗剪强度。碳纤维发热线32采用并联的形式接入电路中，优点在于单根碳纤维发热线出现故障不影响其它支路上的碳纤维发热线工作。

所述碳纤维发热线32穿孔布置在所述路面砖3141内部后，在每个安装孔3142中两端用导热硅胶封口用以增强路面砖的导热性能，减少碳纤维发热线32的热量损失，提高人行道路面的导热性能。

所述高清摄像头21布置在人行道路31的内侧，用于拍摄人行道路31表面的积雪并将照片传输到服务器11。

所述结冰探测器22是从空气、水和冰三种物质状态的不同谐振、光电、阻抗和温度四个角度进行分析，可以检测多种路面状况，布置在人行道路31与排水沟交界处，用于探测人行道路31表面的状态(结冰、潮湿、积水、积雪、干燥)并传输到服务器11。

所述温湿度传感器23布置在所述人行道路31表面，用于监测路面的温湿度数据并传输到服务器11。

电路检测模块33与碳纤维发热线32并联接入每条支路，用以检查该支路是否正常，并将信号传输至服务器11，同时具有单独控制该支路通电的功能。

智能控制器12布置于碳纤维发热线12电路中的干路上，与服务器11相连并受服务器11的预警指令控制，自动控制整个碳纤维发热线12加热电路的启动功率和关闭。

所述终端系统4包括PC端和移动端，通过HTTP协议访问服务器11，可以实现人行道路可视化的数据监测同时可操作服务器11给智能控制器12发出预警指令。

所述服务器11用于收集并存储电路检测模块33、高清摄像头21、结冰探测器22、温湿度传感器23的数据，所述服务器11中预装有分析模块、决策模块和数据发送模块，其功能包括：

接收所述电路检测模块33的信息后可以分析并检测碳纤维发热线32的运行情况，对不能正常通电发热的支路产生报警指令并发送至终端系统4，便于各个支路上碳纤维发热线32的检测和更换；

接收高清摄像头21、结冰探测器22、温湿度传感器23的信息后，进行三步决策预警，具体步骤为：

第一步，分析温湿度传感器23检测的路面温湿度是否能够达到预期的温湿度，若低于预期温度或高于预期的湿度则所述服务器11将指令发送给所述智能控制器12，所述智能控制器12持续保持碳纤维发热线32所在电路为闭合状态不断给路面加热；若路面温度高于预期加热的温度则所述服务器将11指令发送给所述智能控制器12，所述智能控制器12使碳纤维发热线32所在电路断开，停止给路面加热，通过这一步的决策预警可以实现人行道预加热，保证人行道路无积雪与不结冰；

第二步，分析结冰探测器22的数据，结冰探测器22可以探测到路面的状态有5种，分别为结冰、潮湿、积水、积雪、干燥，同时在结冰与积雪状态下还可以自动测得结冰与积雪厚度。当结冰探测器22输出的状态是结冰与积雪时，则所述服务器11根据测得的结冰与积雪厚度，分析出启动功率，并将指令发送给所述智能控制器12，保持电路闭合状态不断给路面加热；当结冰探测器11输出的状态不是结冰与积雪时，则所述服务器11将发送指令给所述智能控制器12，使其断开，停止给路面加热；

第三步，接收高清摄像头21传来的图像信息后利用深度学习对其进行图像识别，判断人行道路面是否有冰雪存在，同时计算出冰雪覆盖的区域，并将指令发送给智能控制器12，再发送给电路检测模块33，根据路面存在冰雪的区域来智能控制人行道路面相应支路发热线的运行。

通过上述三步决策预警能够实现节约能源的目的。

本发明具体施工方法如下：

(1)人行道路31的垫层311填充黏土，分两次填充，每次填充后进行压实处理使其压实度达到95％，垫层311厚度为150mm，基层312设置在垫层311上边，采用C15混凝土浇筑而成厚度为150mm，基层312浇筑后养护24小时后开始浇筑整平层313，整平层313采用30mm厚的水泥砂浆浇筑而成，其中整平层浇筑至15mm处时布置加布橡胶垫充当保温层315。

(2)面层314采用特制的路面砖3141(可采用透水砖)铺设而成，铺设面层314时路面砖并排布置，按“行”施工；每行铺设路面砖3141时，每铺设一块路面砖3141的同时将两根独立的碳纤维发热线32传入路面砖预留的两个安装孔3142中，然后在安装孔3142两侧用导热硅胶密封。以同样的施工工艺进行下一块砖的铺设，每行路面砖3141铺设完成后在每根碳纤维发热线32外侧裸露部位接入电路检测模块33。面层314铺设完成后，在表面布置温湿度传感器23和结冰探测器22，其中温湿度传感器23布置在砖缝中，结冰探测器22布置人行道路31与排水沟交界处，并在人行道路面31内侧布置高清摄像头21。

(3)碳纤维发热线32以并联的形式接入电路，智能控制器12布置在电路的干路处，其中智能控制器12、高清摄像头21、结冰探测器22、温湿度传感器23运用TCP/IP协议的5G通信与服务器11相连，将服务器11与终端系统4相连。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种城市人行道路智能融雪化冰系统，其特征在于：包括智能控制模块、数据采集模块、人行道路模块和终端系统；所述智能控制模块包括服务器、与服务器通信连接的智能控制器，数据采集模块包括高清摄像头、结冰探测器、温湿度传感器；所述人行道路模块包括人行道路、碳纤维发热线、电路检测模块；所述碳纤维发热线布置在人行道路中，所述电路检测模块与碳纤维发热线和智能控制器相连，所述智能控制器、高清摄像头、结冰探测器、温湿度传感器与服务器相连，其中温湿度传感器和结冰探测器布置于人行道路表面，高清摄像头布置在人行道路旁。

2.如权利要求1所述的城市人行道路智能融雪化冰系统，其特征在于：所述人行道路自下而上依次包括垫层、基层、整平层、面层。

3.如权利要求2所述的城市人行道路智能融雪化冰系统，其特征在于：垫层厚度设定为150mm，采用黏土夯实而成；基层厚度设定为150mm，采用C15混凝土浇筑而成；整平层厚度设定为30mm，采用水泥砂浆浇筑而成；面层厚度设定为60mm，采用路面砖铺设而成。

4.如权利要求2所述的城市人行道路智能融雪化冰系统，其特征在于：在整平层中设置保温层，所述保温层设定为15mm，采用加布橡胶垫材料。

5.如权利要求2所述的城市人行道路智能融雪化冰系统，其特征在于：所述路面砖采用透水砖，沿高度方向中心位置预留两个安装孔，用于穿入碳纤维发热线。

6.如权利要求1所述的城市人行道路智能融雪化冰系统，其特征在于：所述碳纤维发热线采用并联的形式接入电路中，所述电路检测模块与碳纤维发热线并联接入每条支路，用以检查该支路是否正常，并将信号传输至服务器，同时具有单独控制该支路通电的功能。

7.如权利要求1所述的城市人行道路智能融雪化冰系统，其特征在于：所述智能控制器布置于碳纤维发热线电路中的干路上，与服务器相连并受服务器的预警指令控制，自动控制整个碳纤维发热线加热电路的启动功率和关闭。

8.如权利要求1所述的城市人行道路智能融雪化冰系统，其特征在于：所述服务器用于收集并存储电路检测模块、高清摄像头、结冰探测器、温湿度传感器的数据，所述服务器中预装有分析模块、决策模块和数据发送模块，其功能包括：

接收所述电路检测模块的信息后可以分析并检测碳纤维发热线的运行情况，对不能正常通电发热的支路产生报警指令并发送至终端系统，便于各个支路上碳纤维发热线的检测和更换；

接收高清摄像头、结冰探测器、温湿度传感器的信息后，根据高清摄像头、结冰探测器、温湿度传感器的信息进行决策预警。

9.如权利要求1所述的城市人行道路智能融雪化冰系统，其特征在于：所述服务器根据高清摄像头、结冰探测器、温湿度传感器的信息进行决策预警具体包括：

第一步，分析温湿度传感器检测的路面温湿度是否能够达到预期的温湿度，若低于预期温度或高于预期的湿度则所述服务器将指令发送给所述智能控制器，所述智能控制器持续保持碳纤维发热线所在电路为闭合状态不断给路面加热；若路面温度高于预期加热的温度则所述服务器将指令发送给所述智能控制器，所述智能控制器使碳纤维发热线所在电路断开，停止给路面加热；

第二步，分析结冰探测器的数据，结冰探测器探测到路面的状态有5种，分别为结冰、潮湿、积水、积雪、干燥，同时在结冰与积雪状态下自动测得结冰与积雪厚度，当结冰探测器输出的状态是结冰与积雪时，则所述服务器根据测得的结冰与积雪厚度，分析出启动功率，并将指令发送给所述智能控制器，保持电路闭合状态不断给路面加热；当结冰探测器输出的状态不是结冰与积雪时，则所述服务器将发送指令给所述智能控制器，使其断开，停止给路面加热；

第三步，接收高清摄像头传来的图像信息后利用深度学习对其进行图像识别，判断人行道路面是否有冰雪存在，同时计算出冰雪覆盖的区域，并将指令发送给智能控制器，再发送给电路检测模块，根据路面存在冰雪的区域来智能控制人行道路面相应支路发热线的运行。

10.一种如权利要求1-9中任一项所述城市人行道路智能融雪化冰系统的施工方法，其特征在于：包括如下步骤：

(1)人行道路的垫层填充黏土，分两次填充，每次填充后进行压实处理使其压实度达到95％，垫层厚度为150mm，基层设置在垫层上边，采用C15混凝土浇筑而成厚度为150mm，基层浇筑后养护24小时后开始浇筑整平层，整平层采用30mm厚的水泥砂浆浇筑而成，其中整平层浇筑至15mm处时布置加布橡胶垫充当保温层；

(2)面层采用特制的路面砖铺设而成，铺设面层时路面砖并排布置，按“行”施工；每行铺设路面砖时，每铺设一块路面砖的同时将两根独立的碳纤维发热线传入路面砖预留的两个安装孔中，然后在安装孔两侧用导热硅胶密封，同样的施工工艺进行下一块砖的铺设，每行路面砖铺设完成后在每根碳纤维发热线外侧裸露部位接入电路检测模块，面层铺设完成后，在表面布置温湿度传感器和结冰探测器，其中温湿度传感器布置在砖缝中，结冰探测器布置人行道路与排水沟交界处，并在人行道路面内侧布置高清摄像头；

(3)碳纤维发热线以并联的形式接入电路，智能控制器布置在电路的干路处，其中智能控制器、高清摄像头、结冰探测器、温湿度传感器运用TCP/IP协议的5G通信与服务器相连，将服务器与终端系统相连。

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