CN113718673A - 一种公路结冰预警及自动处置系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种公路结冰预警及自动处置系统和方法，遥感式路面状况监测仪检测道路的路面状况，预警监控中心在路面状况的覆盖物类型为冰或雪时，根据结冰厚度或积雪厚度确定融雪剂喷洒量，输出融雪剂喷洒指令，结冰处置系统根据融雪剂喷洒指令向道路定量喷洒融雪剂，实现了实时掌握道路路面的冰、雪覆盖情况，及时采取管控或应急预案，并能够根据冰、雪覆盖情况定时、定量、定点喷洒融雪剂，节能环保。

Description

一种公路结冰预警及自动处置系统和方法

技术领域

本发明涉及交通安全技术领域，特别是涉及一种公路结冰预警及自动处置系统和方法。

背景技术

道路路面采用沥青铺装，表面粗糙度大，呈现很多密集沟槽，在冬季空气温度低，路面温度也随之降低，尤其是桥面因缺少路基温度而降温更快，一旦遇到降雨或降雪的天气，路面极易出现潮湿、积水、积雪、结冰、凝冻等现象，导致路面湿滑，轮胎和路面的摩檫力降低而发生打滑、溜车等危险状况，给行驶车辆造成很大的安全隐患。

因此，目前亟需实时掌握道路路面的路况信息，进而根据实时掌握的路况信息及时采取管控或应急预案，提高科技管控的手段和效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种公路结冰预警及自动处置系统和方法，以实时掌握道路路面的冰、雪覆盖信息，及时采取管控或应急预案，自动定量喷洒融雪剂。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种公路结冰预警及自动处置系统，所述系统包括：遥感式路面状况监测仪、采集器、预警监控中心和结冰处置系统；

所述遥感式路面状况监测仪与采集器连接，遥感式路面状况监测仪用于检测道路的路面状况，并将所述路面状况传输至采集器；所述路面状况包括覆盖物类型和覆盖物厚度，所述覆盖物类型包括冰、雪和水；

所述采集器与预警监控中心连接，所述采集器用于将所述路面状况传输至预警监控中心；

所述预警监控中心与结冰处置系统连接，所述预警监控中心用于在所述路面状况的覆盖物类型为冰或雪时，根据结冰厚度或积雪厚度确定融雪剂喷洒量，输出融雪剂喷洒指令，并将融雪剂喷洒指令传输至结冰处置系统；

所述结冰处置系统用于根据融雪剂喷洒指令向道路定量喷洒融雪剂。

可选的，所述结冰处置系统包括：结冰处置控制柜和多个融雪除冰喷淋终端；

所述结冰处置控制柜分别与预警监控中心和多个融雪除冰喷淋终端连接，所述结冰处置控制柜用于根据预警监控中心的融雪剂喷洒指令控制结冰或积雪道路对应的融雪除冰喷淋终端向道路定量喷洒融雪剂。

可选的，所述融雪除冰喷淋终端包括：终端控制器、储液罐、水泵、流量控制阀和旋转喷头；

沿着融雪剂流动方向在储液罐和旋转喷头之间的管道上依次设置水泵和流量控制阀；

终端控制器和结冰处置控制柜连接，所述终端控制器用于接收结冰处置控制柜发送的融雪剂喷洒指令；

水泵的控制端和流量控制阀的控制端均与终端控制器连接；

所述水泵用于根据终端控制器的融雪剂喷洒指令为融雪剂的传输提供动力；

所述流量控制阀的输出端与旋转喷头连接，所述流量控制阀用于根据终端控制器的融雪剂喷洒指令控制旋转喷头向道路定量喷洒融雪剂。

可选的，所述系统还包括：多功能气象仪和动态发光标线；

动态发光标线设置在道路两侧；

所述多功能气象仪通过采集器与预警监控中心连接，所述多功能气象仪用于检测道路所处环境的气象信息，并将所述气象信息通过采集器传输至预警监控中心；所述气象信息包括：大气温度、雨量和风速；

所述预警监控中心用于当遥感式路面状况监测仪检测的覆盖物类型为水且大气温度下降至冰点时，发出结冰预警信号，并将结冰预警信号传输至结冰处置系统进行融雪剂的喷洒；

所述预警监控中心与动态发光标线的控制端连接，所述预警监控中心还用于当雨量大于雨量阈值或风速大于风速阈值时，发出暴雨预警信号或大风预警信号，并根据暴雨预警信号或大风预警信号控制动态发光标线进行闪烁。

可选的，所述系统还包括：能见度传感器；

所述能见度传感器通过采集器与预警监控中心连接，所述能见度传感器用于检测道路所处环境的能见度，并将所述能见度通过采集器传输至预警监控中心；

所述预警监控中心用于当所述能见度大于能见度阈值时，发出低能见度预警信号，并根据低能见度预警信号控制动态发光标线进行闪烁。

可选的，遥感式路面状况监测仪、多功能气象仪和能见度传感器均设置在气象监测站上；

所述气象监测站包括主立杆、基座、防雷模块、主控机箱和三个支架；

主立杆的一端与基座竖直连接，防雷模块、主控机箱和三个支架均设置在主立杆上；遥感式路面状况监测仪、多功能气象仪和能见度传感器分别一一对应地设置在三个支架上。

所述主控机箱与遥感式路面状况监测仪、多功能气象仪和能见度传感器连接的电源线和信号线均布设在主立杆的内部。

可选的，所述气象监测站的供电方式包括市电供电、太阳能供电和蓄电池供电。

可选的，所述遥感式路面状况监测仪为路面状态传感器。

一种公路结冰预警处置方法，所述方法包括：

获取监测道路的路面状况；所述路面状况包括覆盖物类型和覆盖物厚度，所述覆盖物类型包括冰、雪和水；

当所述覆盖物类型为冰时，将所述冰的厚度和监测道路的面积输入至结冰喷洒神经网络模型中，输出结冰时的融雪剂喷洒量；

当所述覆盖物类型为雪时，将所述雪的厚度和监测道路的面积输入至积雪喷洒神经网络模型中，输出积雪时的融雪剂喷洒量；

根据结冰时的融雪剂喷洒量或积雪时的融雪剂喷洒量，确定第一喷洒时间；

控制结冰处置系统按照所述第一喷洒时间进行融雪剂的喷洒。

可选的，所述控制结冰处置系统按照所述第一喷洒时间进行融雪剂的喷洒，之后还包括：

当所述覆盖物类型为水时，获得监测道路所处环境的大气温度；

若所述大气温度下降至冰点，则将所述水的深度和监测道路的面积输入至结冰喷洒神经网络模型中，输出积水时的融雪剂喷洒量；

根据积水时的融雪剂喷洒量，确定第二喷洒时间；

控制结冰处置系统按照所述第二喷洒时间进行融雪剂的喷洒。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明公开了一种公路结冰预警及自动处置系统和方法，遥感式路面状况监测仪检测道路的路面状况，预警监控中心在路面状况的覆盖物类型为冰或雪时，根据结冰厚度或积雪厚度确定融雪剂喷洒量，输出融雪剂喷洒指令，结冰处置系统根据融雪剂喷洒指令向道路定量喷洒融雪剂，实现了实时掌握道路路面的冰、雪覆盖情况，及时采取管控或应急预案，并能够根据冰、雪覆盖情况定时、定量、定点喷洒融雪剂，节能环保。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的公路结冰预警及自动处置系统的结构图；

图2为本发明提供的路面状态传感器的测量原理图；

图3为本发明提供的路面状态传感器的光路示意图；

图4为本发明提供的采集器的功能图；

图5为本发明提供的结冰处置系统的结构示意图；

图6为本发明提供的结冰处置系统的工作流程图；

图7为本发明提供的常规市电供电方式示意图；

图8为本发明提供的太阳能供电示意图。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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。

本发明的目的是提供一种公路结冰预警及自动处置系统和方法，以实时掌握道路路面的冰、雪覆盖信息，及时采取管控或应急预案，定量喷洒融雪剂。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明公开了一种公路结冰预警及自动处置系统，如图1所示，系统包括：遥感式路面状况监测仪、采集器、预警监控中心和结冰处置系统。

遥感式路面状况监测仪与采集器连接，遥感式路面状况监测仪用于检测道路的路面状况，并将路面状况传输至采集器；路面状况包括覆盖物类型和覆盖物厚度，覆盖物类型包括冰、雪和水；

采集器与预警监控中心连接，采集器用于将路面状况传输至预警监控中心；

预警监控中心与结冰处置系统连接，预警监控中心用于在路面状况的覆盖物类型为冰或雪时，根据结冰厚度或积雪厚度确定融雪剂喷洒量，输出融雪剂喷洒指令，并将融雪剂喷洒指令传输至结冰处置系统；

结冰处置系统用于根据融雪剂喷洒指令向道路定量喷洒融雪剂。

(1)遥感式路面状况监测仪

遥感式路面状况监测仪为路面状态传感器。路面状态传感器采用多光谱非接触式测量方式，实现对路面覆盖物水冰雪种类、厚度、路面温度实时检测，安装简单，维护方便，利用路面状态传感器及时预警路面恶劣情况，可为气象、交通等部门服务，减少因恶劣天气导致的交通事故，保障人民生命财产安全。

参照图2和图3，路面状态传感器的测量原理为：根据水冰雪的不同的红外光谱特性，通过对干燥路面反射的光谱信息和有覆盖物的情况下得到的光谱信息的对比，实时检测路面干、潮和湿的状态，测量霜，测量水、冰、雪的覆盖类型和覆盖厚度，并为道路气象信息系统提供道路湿滑信息。路面温度检测采用具有环境温度补偿功能的紧凑型红外测温头，不受污染、潮湿、电磁干扰的影响。图2中，d1为积水厚度，d2为结冰厚度，d3为积雪厚度。

本发明使用路面状态传感器的优点有：实现非接触检测，安装维护方便，不破坏路面；采用后向多波长红外光谱非接触式路面状况检测技术，测量准确度高；实时检测，为路面交通气象提供了新的观测方法；采用干信号自动调整、镜头污染检测、异常值剔除和温度补偿等算法，增强了产品的实用性；可以和采集器、太阳能供电单元以及GPRS通讯单元组成路面状况的监测网络。

本发明使用的路面状态传感器的技术指标如表1所示。

表1路面状态传感器的技术指标

(2)采集器

采集器由高稳定性电源，ARM处理器，大容量数据存储器，高精度时钟电路，高精度模数转换电路，以及多路数字及模拟传感器接口，通讯接口，指示灯电路等多种电路模块构成。它可实现数据采集、数据处理、数据储存及数据质量控制、数据通信、系统运行状态显示等功能。预留多种数字和模拟接口，满足传感器的扩展需求(可扩展多层温湿度，辐射，日照，CO2浓度等)。采集器上指示灯可以显示电源状态，外接存储卡状态，运行状态和通讯状态。

采集器的功能图如图4所示。采集器具有以下特点：

1.自动采集和预处理：自动采集各气象要素数据，对采集数据进行预处理，能对采集数据进行相关统计形成逐分钟的值并定位存储；

2.智能化管理存储器：自动管理采集器内置存储器，具有内存自动清除、循环管理、采集时间记忆、未测和缺测标记等功能；存储器可保存1个月(31天)采集到的逐分钟各气象要素的数据；

3.自动上传监测数据：能自动定时(每1分钟、10分钟、30分钟或每小时)上传气象采集资料，每小时上传一次监测站机箱内工作状态参数集；

4.设置自动上传时间间隔：可设置成每1、10、30、60分钟自动上传当前的逐分钟气象要素值，或设置成每小时自动上传当前小时的逐分钟气象要素值，并反馈设置结果；

5.遗漏资料补传：可补传采集器中存储的气象资料，按1分钟、10分钟、30分钟或小时长度上传存储的历史记录；每天自动检测接收报文记录，对漏传的报文进行补抄，也可以手动进行针对性补抄。

6.时钟校准：由监控中心软件下传日期和时间值对监测站的采集器进行日期和时间校准，并反馈校准信息。

7.监测站工作状态参数：每小时上传一次监测站工作状态参数集，包括：监测站AC220V供电状态或太阳能供电状态、蓄电池工作电压、机箱内温度、无线通讯在线状态、主要传感器工作状态参数等，并随时接收监控中心下达的指令上传监测站当前工作状态参数集。

8.监测站安全报警参数：对接收到的异常数据提供报警功能，例如：缺测、观测数据异常等；每小时上传一次监测站安全状态参数集，包括：能见度仪镜头前蜘蛛网、机箱门未关闭、监测设备发生倾斜、太阳能板装置脱离、雨量传感器脱离、通信中断、蓄电池电压过低等，并随时接收监控中心下达的指令上传监测站当前安全状态参数集。

采集器的技术指标如下：

1.存储容量：采用大容量电子存储芯片和外置SD卡双重备份，用于存储程序和采集处理后的资料，至少可以连续存储一个月(≥31天)的逐分钟的所有观测数据，以及观测站逐小时工作状态，安全报警信息，参数文件，配置文件，日志文件等。

2.通讯方式：通过约定的有线通信方式(光纤、交换机等)或无线通信方式(GPRS、CDMA、3G、4G等)实时向中心站直接传输数据，或接受中心站指令并组织上传所需的数据信息集，无线通信模块采用低功耗高性能的嵌入式处理器，可高速处理协议和大量数据；支持全透明数据传输与协议转换；支持DTU休眠，多种工作模式选择，可以单点传输，也可以一发多收。

3.通讯接口：RS232/485/RJ45

4.供电方式：常规市电是最可靠的供电方式，有交流电的区域以AC220V供电；没有交流电的站点采用光电互补供电方式，以太阳能(≥160W)为主，预留AC220V供电接入功能。蓄电池(300Ah)在出现市电因故障断电或使用太阳能供电因连阴雨天气无法正常工作的情况下，一次充电完成可保障连续供电≥14天。蓄电池配置自动充放电控制管理器。

5.采样周期：1分钟多次采样经统计得到1分钟的各气象要素值。

6.时钟准确度：监测站采用实时时钟，在产品寿命期内不会因供电中断而造成走时误差；月累计误差≤15秒。

7.工作环境：气温：-40℃～+60℃；地面温度：-40℃～+80℃；相对湿度：10％～100％；降水强度：6mm/min；抗风能力:不低于30m/s。

(3)通讯模块

采集器与预警监控中心通过通讯模块实现无线通信。通讯模块的型号为H7710DTU，H7710 DTU是一款基于2G/3G/4G网络的无线DDN数据通信产品。为客户终端设备和数据服务中心(平台)搭建起一条无线通信链路，客户基于该无线通信链路传输其用户数据，宏电H7710 DTU同时还通过了第三方EMC认证及电科院EMC四级测试。H7710DTU提供标准的RS-232/RS-485/RS-422/TTL电平接口，可为用户提供各种速率的高质量、透明数据传输的无线数据网。设备适合应用于嵌入式应用场合，满足客户对于嵌入式、低功耗等要求。

通讯模块的主要特点有：多种透明传输方式和组网方式；远程升级软件；数据多向传输；独立业务通道和管理通道；云管理平台统一管理；报警功能。

通讯模块的技术参数如表2所示。

表2通讯模块技术参数

(4)结冰处置系统

智能结冰预警处置系统采用现场/远程、手动/自动、相组合的方式进行结冰预警及处置。系统一旦接收到结冰预警信号，则可以通过现场判断或客户端软件远程开启融冰除雪系统，消除道路结冰和积雪。融雪药剂采用非氯融雪液，无毒、无气味，安全环保，不会对道路及周围植被产生影响，可运用于高速公路、机场、城市高架、风景区等对环境及路面要求程度严格的区域，产品通过降低熔点加速冰雪融化、降低凝固点防止再次结冰的方式达到融冰防冻的效果。

参照图5，结冰处置系统包括：结冰处置控制柜和多个融雪除冰喷淋终端；

结冰处置控制柜分别与预警监控中心和多个融雪除冰喷淋终端连接，结冰处置控制柜用于根据预警监控中心的融雪剂喷洒指令控制结冰或积雪道路对应的融雪除冰喷淋终端向道路定量喷洒融雪剂。

融雪除冰喷淋终端包括：终端控制器、储液罐、水泵、流量控制阀和旋转喷头；

沿着融雪剂流动方向在储液罐和旋转喷头之间的管道上依次设置水泵和流量控制阀；

终端控制器和结冰处置控制柜连接，终端控制器用于接收结冰处置控制柜发送的融雪剂喷洒指令；水泵的控制端和流量控制阀的控制端均与终端控制器连接；水泵用于根据终端控制器的融雪剂喷洒指令为融雪剂的传输提供动力；流量控制阀的输出端与旋转喷头连接，流量控制阀用于根据终端控制器的融雪剂喷洒指令控制旋转喷头向道路定量喷洒融雪剂。

系统利用铺设在路段的管道，将融冰剂输送至现场的各个流量控制阀，通过控制阀来均衡整个系统融冰剂的喷洒压力和喷洒流量，融冰剂通过铺设的喷洒头对监测的路面进行喷洒。

结冰处置系统的工作流程如图6所示。系统检测到路面需要喷洒时，会启动融雪除冰设备的电源，使整个融雪除冰系统开始工作，设备开启对应的阀门，控制设备终端进行定时定量的喷洒作业，当喷洒进行完毕后，设备关闭对应的阀门，并关闭设备电源，并向预警中心发送作业信息。

1、终端控制器

终端控制器为喷洒终端控制一体箱，主要包括智能控制电路、数据采集模块、数据传输模块、设备控制模块(凝冰处置或引导灯控制)、人机交互模块等；机电智能管理器，包括壳体、壳体内安装机柜智能控制电路、在壳体上设置有综合布线电子标签，按钮，便于管理和远程控制，可广泛应用工业控制及信息处理等领域。

2、储液管

主要用来存储除雪剂和清水，根据现场实际情况确定储液罐的大小和形状。

3、水泵

为液体传输提供动力，用于喷洒设备的增压。

4、流量控制阀

流量控制阀为喷洒控制模块，是控制喷洒作业的装置。喷洒控制模块采用高性能内核微控制器作为主控芯片，通过工业现场总线智能控制电动阀门工作，以达到对融雪剂用量的合理控制，达到预期的融雪效果。

5、旋转喷头

喷洒终端采用旋转喷头，扇形角度扇形角度及喷洒长度根据现场路面宽度及安装位置进行适应性调整。

结冰处置系统的主要特点有：

1)控制系统

喷头选用质量可靠的进口优质伸缩旋转喷头，该系统采用移动物联网技术，可实现手机APP遥控、气象自动调节水量、24小时全天候按计划运行等先进功能。

2)管路铺设

主水管及喷头分支水管、电磁阀、喷头塑料壳体均预埋于道路两侧，无隔离带的十字路口通过开挖实现主水管预埋。伸缩喷头地埋于隔离带30公分高度，喷淋启动后，出水呈现抛物线弧形旋转出水。

3)控制柜

每个喷淋道路区域安装一台智能喷淋控制箱，通过沿道路走线连接电磁阀，进行喷头驱动。可实现自动排队喷淋降尘，控制箱内置4G路由器，可实现加密连接互联网。

(5)多功能气象仪

系统还包括：多功能气象仪和动态发光标线；动态发光标线设置在道路两侧；多功能气象仪通过采集器与预警监控中心连接，多功能气象仪用于检测道路所处环境的气象信息，并将气象信息通过采集器传输至预警监控中心；气象信息包括：大气温度、雨量和风速；预警监控中心用于当遥感式路面状况监测仪检测的覆盖物类型为水且大气温度下降至冰点时，发出结冰预警信号，并将结冰预警信号传输至结冰处置系统进行融雪剂的喷洒；预警监控中心与动态发光标线的控制端连接，预警监控中心还用于当雨量大于雨量阈值或风速大于风速阈值时，发出暴雨预警信号或大风预警信号，并根据暴雨预警信号或大风预警信号控制动态发光标线进行闪烁。

多功能气象仪的型号为ZY2120，是一种测量多要素气象要素的专业级传感器，可同时测量大气温度、大气湿度、风速、风向、气压、雨量，光照等多种要素。其特点是精度高，响应时间快，串口输出，方便用户直接通过PC或外接仪器进行测量。

多功能气象仪的技术参数如表3所示。

表3多功能气象仪技术参数

(6)能见度传感器

系统还包括：能见度传感器；能见度传感器通过采集器与预警监控中心连接，能见度传感器用于检测道路所处环境的能见度，并将能见度通过采集器传输至预警监控中心；预警监控中心用于当能见度大于能见度阈值时，发出低能见度预警信号，并根据低能见度预警信号控制动态发光标线进行闪烁。

能见度传感器为ZYV200型能见度仪，是测量大气能见距离的仪器。根据前向散射原理，通过主动发射红外光束和测量采样区内大气颗粒对光束的散射，计算大气能见度。

ZYV200型能见度仪通过测量大气中悬浮粒子对红外光的散射强度来计算能见度，采用前散射测量原理，是一种技术要求很高的精密仪器。由于不同大气颗粒(雾、雨、雪、沙尘)的散射特性差异很大，所以在复杂天气条件下都能给出准确的能见度值是至关重要的。

ZYV200型能见度仪的主要特点有：采用一体化设计体积小巧、安装方便；性能稳定可靠，环境适应性强；数据准确，配置《地面观测气象数据字典》协议，可接入气象台站地面综合观测业务系统。

能见度传感器的技术参数如表4所示。

表4能见度传感器的技术参数

(7)气象监测站

多功能气象仪、能见度传感器和和路面状态传感器所在的气象监测站的外观结构符合气象观测技术需求，满足交通的实际需求，符合公路交通沿线的机电设备技术和安装要求。总体设计如下：

支架：观测站由主立杆、传感器等支架组合、基座组成，材质主要为不锈钢、镀锌钢管，外部均采用乳白色喷涂处理。主立杆高度3m，支架上传感器的安装位置可以根据道路走向(南北向、东西向等)进行调整。

如果安装现场有灯杆等立柱，可根据需要，把传感器和机箱安装在灯杆上(包括雨量传感器)。

传感器：在保证各传感器之间的相互干扰尽可能小的前提下，设计各气象要素传感器的安装位置和相互间距更合理；

能见度传感器和路面状态传感器：安装高度为3m±0.2m，考虑能见度方向性要求，两个传感器方向可以360^°调试；

多功能气象仪：安装高度为3m±0.2m。

机箱：主控机箱为不锈钢材质，配有防水及遮阳罩，具有散热、密封、防尘、防锈、耐腐蚀等功能；

进出机箱的所有电源线和信号线均从机箱背面直接进入主立杆金属管内，接口密封良好，达到防水、防尘、防盗和牢固的要求；

机箱安装高度为1.5m(机箱底部)，悬挂在支架杆上，接口采用法兰结构，从机箱内部用紧固螺栓与立杆固定，实现安全防盗；正面装有防盗锁具装置，实现了防盗和防破坏；箱内配备防雷模块装置，达到防雷标准规范要求。

机箱正面朝向公路行车道，或根据现场情况尽可能朝向同侧公路的来车方向。

机箱外部采用乳白色喷涂处理，美观大方。

机箱具有良好的密封性，防护等级达到IP65；

线缆布设：监测站的所有线缆从支架、立杆、机箱等金属管内布线，从外表上看不到电源线和信号线，达到隐蔽、保护、美观、防盗割、防雷电等效果。

蓄电池：安装在主体立柱底部电池箱内，美观，防盗。太阳能板：安装在主体立柱上，节省空间，美观，方便布线。

气象监测站除了传感器可以保持原外观色彩外，其它部分(如立杆、支架、机箱、防护罩等)的外表均做平整、防锈蚀处理，然后再进行外涂层工艺处理，机箱外涂层厚度＞80μm，立柱外涂层厚度＞120μm，色彩为乳白色。需要涂覆的零件，表面涂、敷、镀层应色泽均匀，无起泡，涂层无脱落，覆盖面达100％；各部件表面光泽一致、无划痕、无刻痕、无剥落、无锈蚀。

机械结构设计：

机械结构利于装配、调试、检验、包装、运输、安装、维护等工作，更换部件时简便易行。

各零部件安装正确，无机械变形、断裂、弯曲等，操作部分没有迟滞、卡死、松脱等情况。

机箱配有防盗锁具，具有防盗、防破坏能力。各部件之间的连接牢固，使用常规工具不易拆除。

监测站安装在硬质基础平台上。基础平台为钢筋混凝土构筑物，平台的填埋深度视立柱和安装设备的大小、重量、迎风面积，以及当地的地质和土壤条件经结构稳定设计而定，以牢固为原则。

在预制基础平台上，平台尺寸为800mm*800mm。

基础平台表面应刮平，无损边、无掉角；机箱、立柱、法兰及地脚螺栓规格符合设计要求，防腐措施得当，裸露金属无锈蚀。平台应具有泛水处理功能。

监测站还设置了防雷设施。基础中建有防雷接地系统，防雷接地体使用的主钢筋与钢筋笼相连接，并在基础侧面预留防雷接地使用的接口，便于外接其它接地装置。防雷接地系统达到国家防雷规范标准的要求，接地电阻≤4Ω。

监测主立杆上安装有避雷针，避雷针的长度(接闪器的高度)达到了观测站上端布设的各类传感器所需要的保护范围的要求，避雷针的制作材料、直径、接闪器材料、固定连接装置、引下线和接地等都达到了相关防雷的技术规范要求。避雷针固定安装在监测站主杆上，长度为2米，直径为25mm的钢管，用胶木连接件牢固，与监测站主杆和支架之间呈绝缘状态，并通过10mm的防雷引线从主杆内连接到防雷接地系统，防雷引线上下端均用铜鼻子，保证防雷线的接触良好。机箱内部安装有LDC20直流电涌保护器。LDC20直流电涌保护器应用于被保护设备的直流电源进出线处。可将直接雷和感应雷的过电压降至最小，保证设备安全运行。

防雷接地系统的主要特点有：体积小，可安装在保护设备内戥前配电中；具有可靠热稳定性，外壳采用VO级阻燃材料，能防止火灾的发生；组合式结构，方使实现不同保护模式的组合；故障功能显示，电涌保护器工作状态一目了然。

防雷接地系统的技术参数如表5所示。

表5防雷接地系统技术参数

系统电压	1000V
		最大持续工作电压	1200V
标称放电电流	20kA
		最大放电电流	40kA
漏电流	≤20μA
		指示窗口	有
防护等级	IP20

交通气象站供电方式可采用以下两种方式：

1.常规市电(AC220V)

常规市电是最可靠的供电方式，如图7所示。在气象观测站点布设位置或附近能够方便就近取电时，建议优先采用市电供电方式。如果气象观测站点与常规市电取电点距离较远，可以考虑采用太阳能供电。

2.太阳能供电

在太阳能资源比较富足的地区，可选择太阳能供电方式，如图8所示。亦可采用常规市电、太阳能等多种组合供电方式。

ZY3200交通气象站不管选择何种供电方式，都能保证气象观测。

市电供电因220V供电问题无法正常工作的情况下，蓄电池容量可保证气象观测站点能连续工作7天以上，太阳能供电因连阴雨天气无法正常工作的情况下，蓄电池容量可保证气象观测站点能连续工作14天以上，为确保气象观测站点的不间断供电，气象观测站点配备了蓄电池与充放电控制装置。

公路结冰预警及自动处置系统是安装在城市道路、高速公路、城市立交桥、机场出行闸道上的一种高效、节能、低成本新一代全自动融冰除雪系统。该系统由公路环境信息采集系统、预警系统、结冰处置系统三大系统组成，为管理者的决策提供可靠的信息来源并及时有效的解决道路结冰问题，提高道路行车安全。

本系统最大的优势是“大雪好清除，小雪无残留”，中雪以下可以自动化处置，清除积雪，保障道路安全畅通，大雪提前喷洒，在雪与道面之间形成不凝冰雪泥隔离层，24小时以内不结冰，消除路面暗冰，保障车辆快速清除。

本发明中公路环境信息采集系统包括多要素气象传感器，遥测式路面状态传感器，能见度传感器，通过采集板采集到的数据通过4G网络传输到预警系统，预警系统通过综合判别，在积雪结冰的情况下启动结冰处置系统，向路面喷洒除冰融雪剂，确保公路交通正常运行。

主要设备如表6所示。

表6主要设备

本发明产生了以下优点：

1、及时性

系统可以根据监测数据，通过网络及现场发布系统，远程监控，实时掌握天气警示信息，自动分析并提供相应的解决方案。

2、精准性

系统可以通过进口智能传感器，精准监测道面水冰雪厚度等情况，处理各种复杂道路状况下冰雪，使道路安全畅通，切实保障道路养护人员、过往车辆、驾乘人员的安全。

3、环保性

系统可以根据雪量大小，通过数据分析，定时、定量、定点喷洒，精准控制融雪剂的使用量，降低道路冰雪天气处理费用，节能环保，降低环境污染，延长桥梁道面使用寿命。

4、安全性

减少交通事故发生，保障人员生命财产安全。

本发明基于公路结冰预警及自动处置系统，提供了一种公路结冰预警处置方法，方法包括：

步骤1：获取监测道路的路面状况；路面状况包括覆盖物类型和覆盖物厚度，覆盖物类型包括冰、雪和水；

步骤2：当覆盖物类型为冰时，将冰的厚度和监测道路的面积输入至结冰喷洒神经网络模型中，输出结冰时的融雪剂喷洒量；

步骤3：当覆盖物类型为雪时，将雪的厚度和监测道路的面积输入至积雪喷洒神经网络模型中，输出积雪时的融雪剂喷洒量；

步骤4：根据结冰时的融雪剂喷洒量或积雪时的融雪剂喷洒量，确定第一喷洒时间；

步骤5：控制结冰处置系统按照第一喷洒时间进行融雪剂的喷洒。

控制结冰处置系统按照第一喷洒时间进行融雪剂的喷洒，之后还包括：

当覆盖物类型为水时，获得监测道路所处环境的大气温度；

若大气温度下降至冰点，则将水的深度和监测道路的面积输入至结冰喷洒神经网络模型中，输出积水时的融雪剂喷洒量；

根据积水时的融雪剂喷洒量，确定第二喷洒时间；

控制结冰处置系统按照第二喷洒时间进行融雪剂的喷洒。

本发明产生的经济效益：

(1)可最大程度地降低冰雪灾害对道路交通安全的影响，避免重大交通事故发生、有效减少因恶性交通事故造成的人民生命财产损失。

(2)可提高道路通行率，减少因凝冰灾害引起的高速公路、桥梁、机场封闭而造成的经济损失。同时，凝冰期间保障高速公路、桥梁、机场不需封闭保障了人民生活所需物资运输通道的畅通性，防止因供应不及而导致的物价上涨现象。

(3)采用预警系统，在凝冰到来之前可提示道路管理部门，及时作出有效应急措施，避免了应用部门传统的多次往来巡查模式所带来的汽车燃油、人工成本消耗，节省人力、物力成本，节省养护工作量。

(4)采用自动喷洒系统，与人工喷洒相比，可对喷洒量及喷洒时间进行精确控制，避免了抗凝冰改性剂的浪费，节约养护资金。

本发明产生的社会效益：在平安出行方面，系统可在凝冰形成的初期有效抑制其规模发展，最大限度减少由路面凝冰给道路交通带来的不利影响。由于系统的提前预警及自动化喷洒设备的自动化喷洒，使得路面凝冰不能形成。系统对降低我国冬季的道路交通事故率和保障人民群众安全及正常出行具有重大的社会意义。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种公路结冰预警及自动处置系统，其特征在于，所述系统包括：遥感式路面状况监测仪、采集器、预警监控中心和结冰处置系统；

所述遥感式路面状况监测仪与采集器连接，遥感式路面状况监测仪用于检测道路的路面状况，并将所述路面状况传输至采集器；所述路面状况包括覆盖物类型和覆盖物厚度，所述覆盖物类型包括冰、雪和水；

所述采集器与预警监控中心连接，所述采集器用于将所述路面状况传输至预警监控中心；

所述预警监控中心与结冰处置系统连接，所述预警监控中心用于在所述路面状况的覆盖物类型为冰或雪时，根据结冰厚度或积雪厚度确定融雪剂喷洒量，输出融雪剂喷洒指令，并将融雪剂喷洒指令传输至结冰处置系统；

所述结冰处置系统用于根据融雪剂喷洒指令向道路定量喷洒融雪剂。

2.根据权利要求1所述的公路结冰预警及自动处置系统，其特征在于，所述结冰处置系统包括：结冰处置控制柜和多个融雪除冰喷淋终端；

所述结冰处置控制柜分别与预警监控中心和多个融雪除冰喷淋终端连接，所述结冰处置控制柜用于根据预警监控中心的融雪剂喷洒指令控制结冰或积雪道路对应的融雪除冰喷淋终端向道路定量喷洒融雪剂。

3.根据权利要求1所述的公路结冰预警及自动处置系统，其特征在于，所述融雪除冰喷淋终端包括：终端控制器、储液罐、水泵、流量控制阀和旋转喷头；

沿着融雪剂流动方向在储液罐和旋转喷头之间的管道上依次设置水泵和流量控制阀；

终端控制器和结冰处置控制柜连接，所述终端控制器用于接收结冰处置控制柜发送的融雪剂喷洒指令；

水泵的控制端和流量控制阀的控制端均与终端控制器连接；

所述水泵用于根据终端控制器的融雪剂喷洒指令为融雪剂的传输提供动力；

所述流量控制阀的输出端与旋转喷头连接，所述流量控制阀用于根据终端控制器的融雪剂喷洒指令控制旋转喷头向道路定量喷洒融雪剂。

4.根据权利要求1所述的公路结冰预警及自动处置系统，其特征在于，所述系统还包括：多功能气象仪和动态发光标线；

动态发光标线设置在道路两侧；

所述多功能气象仪通过采集器与预警监控中心连接，所述多功能气象仪用于检测道路所处环境的气象信息，并将所述气象信息通过采集器传输至预警监控中心；所述气象信息包括：大气温度、雨量和风速；

所述预警监控中心用于当遥感式路面状况监测仪检测的覆盖物类型为水且大气温度下降至冰点时，发出结冰预警信号，并将结冰预警信号传输至结冰处置系统进行融雪剂的喷洒；

所述预警监控中心与动态发光标线的控制端连接，所述预警监控中心还用于当雨量大于雨量阈值或风速大于风速阈值时，发出暴雨预警信号或大风预警信号，并根据暴雨预警信号或大风预警信号控制动态发光标线进行闪烁。

5.根据权利要求4所述的公路结冰预警及自动处置系统，其特征在于，所述系统还包括：能见度传感器；

所述能见度传感器通过采集器与预警监控中心连接，所述能见度传感器用于检测道路所处环境的能见度，并将所述能见度通过采集器传输至预警监控中心；

所述预警监控中心用于当所述能见度大于能见度阈值时，发出低能见度预警信号，并根据低能见度预警信号控制动态发光标线进行闪烁。

6.根据权利要求5所述的公路结冰预警及自动处置系统，其特征在于，遥感式路面状况监测仪、多功能气象仪和能见度传感器均设置在气象监测站上；

所述气象监测站包括主立杆、基座、防雷模块、主控机箱和三个支架；

主立杆的一端与基座竖直连接，防雷模块、主控机箱和三个支架均设置在主立杆上；遥感式路面状况监测仪、多功能气象仪和能见度传感器分别一一对应地设置在三个支架上。

所述主控机箱与遥感式路面状况监测仪、多功能气象仪和能见度传感器连接的电源线和信号线均布设在主立杆的内部。

7.根据权利要求6所述的公路结冰预警及自动处置系统，其特征在于，所述气象监测站的供电方式包括市电供电、太阳能供电和蓄电池供电。

8.根据权利要求1所述的公路结冰预警及自动处置系统，其特征在于，所述遥感式路面状况监测仪为路面状态传感器。

9.一种公路结冰预警处置方法，其特征在于，所述方法包括：

获取监测道路的路面状况；所述路面状况包括覆盖物类型和覆盖物厚度，所述覆盖物类型包括冰、雪和水；

当所述覆盖物类型为冰时，将所述冰的厚度和监测道路的面积输入至结冰喷洒神经网络模型中，输出结冰时的融雪剂喷洒量；

当所述覆盖物类型为雪时，将所述雪的厚度和监测道路的面积输入至积雪喷洒神经网络模型中，输出积雪时的融雪剂喷洒量；

根据结冰时的融雪剂喷洒量或积雪时的融雪剂喷洒量，确定第一喷洒时间；

控制结冰处置系统按照所述第一喷洒时间进行融雪剂的喷洒。

10.根据权利要求9所述的公路结冰预警处置方法，其特征在于，所述控制结冰处置系统按照所述第一喷洒时间进行融雪剂的喷洒，之后还包括：

当所述覆盖物类型为水时，获得监测道路所处环境的大气温度；

若所述大气温度下降至冰点，则将所述水的深度和监测道路的面积输入至结冰喷洒神经网络模型中，输出积水时的融雪剂喷洒量；

根据积水时的融雪剂喷洒量，确定第二喷洒时间；

控制结冰处置系统按照所述第二喷洒时间进行融雪剂的喷洒。

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