CN114197380B - 一种应用于跨江大桥的环境质量自动补偿装置 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种应用于跨江大桥的环境质量自动补偿装置，包括环境质量智能感知模块、桥面环境质量预测模型、桥面自降温工作模块、桥面融冰雪工作模块和脉冲型高能见度喷洒模块；环境质量智能感知模块用于获取目标桥梁的实时环境质量参数；桥面环境质量预测模型用于确定环境质量补偿指令、降温指令和融冰雪指令；桥面自降温工作模块用于接收所述降温指令；桥面融冰雪工作模块用于接收融冰雪指令；脉冲型高能见度喷洒模块用于根据环境质量补偿指令、降温指令和融冰雪指令，对目标桥梁的桥面洒水和/或洒药。本申请可以用于桥梁的日常维护、高温或低温等极端情况，不需人工操作和频繁维护，不影响行车能见度，高效保障跨江大桥通行环境质量。
Description
技术领域
本申请涉及环境质量补偿技术领域，尤其是一种应用于跨江大桥的环境质量自动补偿装置。
背景技术
交通运输是国民经济的动脉，公路是交通运输设施必不可少的重要组成部分，公路的建设和正常运营，对整个国民经济的发展起着不可估量的作用。近年来，突发性热浪、冰雪天气在各地频发，而高速公路尤其是跨江大桥极易受到气象条件的影响，针对桥面的环境质量补偿显得尤为重要。跨江大桥由于地处独特的地理环境，加之结构与运行安全风险相对较高，通行环境质量一直是行业重点关注的焦点。夏季高温炎热给铺装结构带来了高温失稳风险，部分已通车桥梁桥面在高温情况下铺装材料极易产生车辙流变等病害，严重影响了运行安全，同时也造成了大量的养护经费的支出；冬季严寒条件下，由于跨江大桥所处的独特地理环境，其表面温度一般比路面段低2-5℃，同时由于冻雨、下雪等恶劣气候导致桥面极易结冰，尤其是冬季晚上临界温度情况下，桥面凝冰给车辆的行驶带来了重大的安全隐患。
现有技术中对于跨江大桥桥面的环境质量补偿主要体现在日常养护和应急养护两方面，普遍采用洒水车降温、洒药除雪的工作方式，但是这种方法采用人工进行处理，工作效率低下，不能针对路面情况具体设置洒水量和洒药量，容易造成环境污染、养护失效以及路面二次损害的问题。
发明内容
为了解决现有技术中在对跨江大桥进行环境质量补偿时，只在高温或低温等极端天气状况对桥梁造成损伤后，才对桥梁进行人工维护，造成的工作效率低、处理不及时的问题，本申请公开了一种应用于跨江大桥的环境质量自动补偿装置。
本申请公开了一种应用于跨江大桥的环境质量自动补偿装置，包括环境质量智能感知模块、桥面环境质量预测模型、桥面自降温工作模块、桥面融冰雪工作模块和脉冲型高能见度喷洒模块；所述环境质量智能感知模块、桥面环境质量预测模型、桥面自降温工作模块、桥面融冰雪工作模块和脉冲型高能见度喷洒模块之间为无线连接；
所述环境质量智能感知模块用于获取目标桥梁的实时环境质量参数，所述实时环境质量参数包括桥面的温度、温度场分布状况、湿度、光照强度和气象信息；
所述桥面环境质量预测模型用于根据实时环境质量参数，确定环境质量补偿指令；所述环境质量补偿指令包括洒水量、洒药量、药剂配比、喷洒强度和喷洒时间；
所述桥面环境质量预测模型还用于判断目标桥梁的温度是否超过预设高温阈值，以及用于预测目标桥梁的温度是否会持续超过高温阈值；若所述目标桥梁的温度超过预设高温阈值且会持续超过高温阈值，向所述桥面自降温工作模块发送降温指令；所述降温指令包括洒水量、喷洒强度和喷洒时间；
所述桥面环境质量预测模型还用于判断目标桥梁的温度是否低于预设低温阈值，以及用于预测目标桥梁的温度是否会持续低于预设低温阈值；若所述目标桥梁的温度低于预设低温阈值且会持续低于预设低温阈值，向所述桥面融冰雪工作模块发送融冰雪指令；所述融冰雪指令包括洒药量、药剂配比、喷洒强度和喷洒时间；
所述桥面自降温工作模块用于接收所述降温指令，并传输至所述脉冲型高能见度喷洒模块；所述桥面融冰雪工作模块用于接收所述融冰雪指令，并传输至所述脉冲型高能见度喷洒模块；
所述脉冲型高能见度喷洒模块用于根据所述环境质量补偿指令、所述降温指令和所述融冰雪指令，对目标桥梁的桥面洒水和/或洒药；以及用于控制液滴直径；以及用于以脉冲射流方式对目标桥梁洒水和/或洒药。
可选的，所述脉冲型高能见度喷洒模块包括中央控制机构、联合泵房、柱塞泵、配水管网和离心喷头；所述中央控制机构与所述联合泵房连接，所述柱塞泵一端连接所述联合泵房，另一端连接所述配水管网，所述配水管网与所述离心喷头连接；所述配水管网铺设在所述目标桥面的底层；所述离心喷头设置为多个，分布在所述目标桥梁的上方。
可选的，所述中央控制机构1用于获取所述环境质量补偿指令、所述降温指令和所述融冰雪指令，并发送启动指令至所述联合泵房，所述联合泵房用于接收到启动指令后启动，以及用于根据所述环境质量补偿指令、所述降温指令和所述融冰雪指令，确定管网压力；以及用于将所述管网压力传输至所述柱塞泵；
所述柱塞泵根据所述管网压力控制所述配水管网蓄水、蓄药；
所述离心喷头用于调整喷头角度，以及用于对所述目标桥梁的桥面洒水或洒药。
可选的，所述配水管网工作压力为1.2兆帕，所述离心喷头喷洒射程为9-15米，液滴直径大于500微米。
可选的，所述桥面环境质量预测模型根据桥面的历史环境质量参数实测数据集和历史环境质量参数预测数据集进行训练和测试；所述历史环境质量参数实测数据集和历史环境质量参数预测数据集为预设数据集；所述历史环境质量参数预测数据集根据所述历史环境质量参数实测数据集和年度统计学规律获取。
可选的，所述环境质量智能感知模块包括温度传感器、湿度传感器、光照强度传感器和气象传感器。
可选的，所述环境质量智能感知模块设置在所述目标桥梁纵断面的位置为桥头、1/8跨、1/4跨、1/2跨位置；若所述目标桥梁为悬索桥，所述环境质量智能感知模块设置在1/4跨位置上坡段；若所述目标桥梁为斜拉桥，所述环境质量智能感知模块设置在1/2跨至1/4跨位置上坡段。
可选的，所述环境质量智能感知模块还设置在沿所述目标桥梁纵断面每隔200米处的普通断面上。
可选的，所述环境质量智能感知模块设置在所述目标桥梁横断面的位置为钢箱梁内位置和铺装层内位置；所述钢箱梁内位置为箱梁顶板、箱梁侧板、横隔板、箱梁底板、顶板U肋、箱梁内部；所述铺装层内位置为铺装下层层底、铺装下层表面、铺装上层表面。
本申请公开了一种应用于跨江大桥的环境质量自动补偿装置，包括环境质量智能感知模块、桥面环境质量预测模型、桥面自降温工作模块、桥面融冰雪工作模块和脉冲型高能见度喷洒模块；所述环境质量智能感知模块用于获取目标桥梁的实时环境质量参数；所述桥面环境质量预测模型用于确定环境质量补偿指令、降温指令和融冰雪指令；所述桥面自降温工作模块用于接收所述降温指令；所述桥面融冰雪工作模块用于接收所述融冰雪指令；所述脉冲型高能见度喷洒模块用于根据所述环境质量补偿指令、所述降温指令和所述融冰雪指令，对目标桥梁的桥面洒水和/或洒药。
本申请通过科学布设环境质量智能感知模块，全面收集并处理环境温度、湿度、光照强度和气象等数据；本申请结合桥面环境质量预测模型，自动化生成洒水量、洒药量、药剂配比、喷洒强度和喷洒时间等工作参数；本申请配备了脉冲型高能见度喷洒模块，将目标水剂/药剂科学适量的洒至桥面；本申请可以用于桥梁的日常维护，以及用于高温或低温等极端情况，工作效率高，不需人工操作和频繁维护；本申请在洒水和/或洒药过程中，喷洒流态为脉冲射流，周期性的对目标桥梁进行环境质量补偿，不影响行车能见度，不妨碍交通，可以高效保障跨江大桥通行环境质量。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案，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，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例公开的一种应用于跨江大桥的环境质量自动补偿装置的结构示意图；
图2为本申请实施例公开的一种脉冲型高能见度喷洒模块应用在目标桥梁时的结构示意图；
图中：1-中央控制机构、2-联合泵房、3-柱塞泵、4-配水管网、5-离心喷头。
具体实施方式
为了解决现有技术中在对跨江大桥进行环境质量补偿时，只在高温或低温等极端天气状况对桥梁造成损伤后，才对桥梁进行人工维护，造成的工作效率低、处理不及时的问题，本申请公开了一种应用于跨江大桥的环境质量自动补偿装置。
本申请公开了一种应用于跨江大桥的环境质量自动补偿装置，参见图1所示的结构示意图，包括环境质量智能感知模块、桥面环境质量预测模型、桥面自降温工作模块、桥面融冰雪工作模块和脉冲型高能见度喷洒模块。所述环境质量智能感知模块、桥面环境质量预测模型、桥面自降温工作模块、桥面融冰雪工作模块和脉冲型高能见度喷洒模块之间为无线连接。
所述环境质量智能感知模块用于获取目标桥梁的实时环境质量参数，所述实时环境质量参数包括桥面的温度、温度场分布状况、湿度、光照强度和气象信息。
所述环境质量智能感知模块包括温度传感器、湿度传感器、光照强度传感器和气象传感器。参见图2所示的结构示意图，图中黑色实心圆位置为环境质量只能感知模块的布设位置，所述环境质量智能感知模块设置在所述目标桥梁纵断面的位置为桥头、1/8跨、1/4跨、1/2跨位置。若所述目标桥梁为悬索桥，所述环境质量智能感知模块设置在1/4跨位置上坡段。若所述目标桥梁为斜拉桥，所述环境质量智能感知模块设置在1/2跨至1/4跨位置上坡段。所述环境质量智能感知模块还设置在沿所述目标桥梁纵断面每隔200米处的普通断面上。
所述环境质量智能感知模块设置在所述目标桥梁横断面的位置为钢箱梁内位置和铺装层内位置。所述钢箱梁内位置为箱梁顶板、箱梁侧板、横隔板、箱梁底板、顶板U肋、箱梁内部。所述铺装层内位置为铺装下层层底、铺装下层表面、铺装上层表面。
所述桥面环境质量预测模型用于根据实时环境质量参数，确定环境质量补偿指令。所述环境质量补偿指令包括洒水量、洒药量、药剂配比、喷洒强度和喷洒时间。
所述桥面环境质量预测模型还用于判断目标桥梁的温度是否超过预设高温阈值，以及用于预测目标桥梁的温度是否会持续超过高温阈值。若所述目标桥梁的温度超过预设高温阈值且会持续超过高温阈值，向所述桥面自降温工作模块发送降温指令。所述降温指令包括洒水量、喷洒强度和喷洒时间。
所述桥面环境质量预测模型还用于判断目标桥梁的温度是否低于预设低温阈值，以及用于预测目标桥梁的温度是否会持续低于预设低温阈值。若所述目标桥梁的温度低于预设低温阈值且会持续低于预设低温阈值，向所述桥面融冰雪工作模块发送融冰雪指令。所述融冰雪指令包括洒药量、药剂配比、喷洒强度和喷洒时间。
所述桥面环境质量预测模型根据桥面的历史环境质量参数实测数据集和历史环境质量参数预测数据集进行训练和测试。所述历史环境质量参数实测数据集和历史环境质量参数预测数据集为预设数据集。所述历史环境质量参数预测数据集根据所述历史环境质量参数实测数据集和年度统计学规律获取。
所述桥面环境质量预测模型的建立基于NIPALS算法和历年地方气象数据。即传感器实测某个工作周期（一般以24h计）内的跨江大桥的环境数据，并根据一个样本年内地方温度、湿度、光照强度和天气数据，利用统计学规律，在实验室预测下个工作周期环境可能情况，将预测数据Ic与实测下个工作周期环境数据It建立非线性迭代偏最小二乘法NIPALS模型，计算NIPALS模型参数（转换权重、因子得分和载荷）。
依次迭代Ic和It因子及残差，计算修正下个工作周期的预测环境数据If。最后以预测环境数据调取系统下阶段的工作参数（例：下个工作周期预测桥面温度T≥60℃，持续时间10:30~14:30，预准备桥面自降温工作模块，系统设计喷水量120m³/h，喷洒时间4h，序批式进行，脉冲流周期1.8s），通过NIPALS模型迭代修正尽可能准确的预测下个周期的桥面环境质量，提前预防桥面病害，提高工作效率。
所述桥面自降温工作模块用于接收所述降温指令，并传输至所述脉冲型高能见度喷洒模块。所述桥面融冰雪工作模块用于接收所述融冰雪指令，并传输至所述脉冲型高能见度喷洒模块。
所述脉冲型高能见度喷洒模块用于根据所述环境质量补偿指令、所述降温指令和所述融冰雪指令，对目标桥梁的桥面洒水和/或洒药；以及用于控制液滴直径；以及用于以脉冲射流方式对目标桥梁洒水和/或洒药。
参见图2所示的结构示意图，所述脉冲型高能见度喷洒模块包括中央控制机构1、联合泵房2、柱塞泵3、配水管网4和离心喷头5。所述中央控制机构1与所述联合泵房2连接，所述柱塞泵3一端连接所述联合泵房2，另一端连接所述配水管网4，所述配水管网4与所述离心喷头5连接。所述配水管网4铺设在所述目标桥面的底层。所述离心喷头5设置为多个，分布在所述目标桥梁的上方。
所述中央控制机构1用于获取所述环境质量补偿指令、所述降温指令和所述融冰雪指令，并发送启动指令至所述联合泵房2，所述联合泵房2用于接收到启动指令后启动，以及用于根据所述环境质量补偿指令、所述降温指令和所述融冰雪指令，确定管网压力。以及用于将所述管网压力传输至所述柱塞泵3。
所述柱塞泵3根据所述管网压力控制所述配水管网4蓄水、蓄药。
所述离心喷头5用于调整喷头角度，以及用于对所述目标桥梁的桥面洒水或洒药。
所述配水管网4工作压力为1.2兆帕，所述离心喷头5喷洒射程为9-15米，液滴直径大于500微米。
本申请公开了一种应用于跨江大桥的环境质量自动补偿装置，包括环境质量智能感知模块、桥面环境质量预测模型、桥面自降温工作模块、桥面融冰雪工作模块和脉冲型高能见度喷洒模块；所述环境质量智能感知模块用于获取目标桥梁的实时环境质量参数；所述桥面环境质量预测模型用于确定环境质量补偿指令、降温指令和融冰雪指令；所述桥面自降温工作模块用于接收所述降温指令；所述桥面融冰雪工作模块用于接收所述融冰雪指令；所述脉冲型高能见度喷洒模块用于根据所述环境质量补偿指令、所述降温指令和所述融冰雪指令，对目标桥梁的桥面洒水和/或洒药。
本申请通过科学布设环境质量智能感知模块，全面收集并处理环境温度、湿度、光照强度和气象等数据；本申请结合桥面环境质量预测模型，自动化生成洒水量、洒药量、药剂配比、喷洒强度和喷洒时间等工作参数；本申请配备了脉冲型高能见度喷洒模块，将目标水剂/药剂科学适量的洒至桥面；本申请可以用于桥梁的日常维护，以及用于高温或低温等极端情况，工作效率高，不需人工操作和频繁维护；本申请在洒水和/或洒药过程中，喷洒流态为脉冲射流，周期性的对目标桥梁进行环境质量补偿，不影响行车能见度，不妨碍交通，可以高效保障跨江大桥通行环境质量；本申请可以提前进行蓄水和排液的工作准备，及时应对危害发生。
以上结合具体实施方式和范例性实例对本申请进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本申请的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本申请精神和范围的情况下，可以对本申请技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本申请的范围内。本申请的保护范围以所附权利要求为准。
Claims (9)
1.一种应用于跨江大桥的环境质量自动补偿装置，其特征在于，包括环境质量智能感知模块、桥面环境质量预测模型、桥面自降温工作模块、桥面融冰雪工作模块和脉冲型高能见度喷洒模块；所述环境质量智能感知模块、桥面环境质量预测模型、桥面自降温工作模块、桥面融冰雪工作模块和脉冲型高能见度喷洒模块之间为无线连接；
所述环境质量智能感知模块用于获取目标桥梁的实时环境质量参数，所述实时环境质量参数包括桥面的温度、温度场分布状况、湿度、光照强度和气象信息；
所述桥面环境质量预测模型用于根据实时环境质量参数，确定环境质量补偿指令；所述环境质量补偿指令包括洒水量、洒药量、药剂配比、喷洒强度和喷洒时间；
所述桥面环境质量预测模型还用于判断目标桥梁的温度是否超过预设高温阈值，以及用于预测目标桥梁的温度是否会持续超过高温阈值；若所述目标桥梁的温度超过预设高温阈值且会持续超过高温阈值，向所述桥面自降温工作模块发送降温指令；所述降温指令包括洒水量、喷洒强度和喷洒时间；
所述桥面环境质量预测模型还用于判断目标桥梁的温度是否低于预设低温阈值，以及用于预测目标桥梁的温度是否会持续低于预设低温阈值；若所述目标桥梁的温度低于预设低温阈值且会持续低于预设低温阈值，向所述桥面融冰雪工作模块发送融冰雪指令；所述融冰雪指令包括洒药量、药剂配比、喷洒强度和喷洒时间；
所述桥面自降温工作模块用于接收所述降温指令，并传输至所述脉冲型高能见度喷洒模块；所述桥面融冰雪工作模块用于接收所述融冰雪指令，并传输至所述脉冲型高能见度喷洒模块；
所述脉冲型高能见度喷洒模块用于根据所述环境质量补偿指令、所述降温指令和所述融冰雪指令，对目标桥梁的桥面洒水和/或洒药；以及用于控制液滴直径；以及用于以脉冲射流方式对目标桥梁洒水和/或洒药。
2.根据权利要求1所述的一种应用于跨江大桥的环境质量自动补偿装置，其特征在于，所述脉冲型高能见度喷洒模块包括中央控制机构（1）、联合泵房（2）、柱塞泵（3）、配水管网（4）和离心喷头（5）；所述中央控制机构（1）与所述联合泵房（2）连接，所述柱塞泵（3）一端连接所述联合泵房（2），另一端连接所述配水管网（4），所述配水管网（4）与所述离心喷头（5）连接；所述配水管网（4）铺设在所述目标桥梁的底层；所述离心喷头（5）设置为多个，分布在所述目标桥梁的上方。
3.根据权利要求2所述的一种应用于跨江大桥的环境质量自动补偿装置，其特征在于，所述中央控制机构（1）用于获取所述环境质量补偿指令、所述降温指令和所述融冰雪指令，并发送启动指令至所述联合泵房（2），所述联合泵房（2）用于接收到启动指令后启动，以及用于根据所述环境质量补偿指令、所述降温指令和所述融冰雪指令，确定管网压力；以及用于将所述管网压力传输至所述柱塞泵（3）；
所述柱塞泵（3）根据所述管网压力控制所述配水管网（4）蓄水、蓄药；
所述离心喷头（5）用于调整喷头角度，以及用于对所述目标桥梁的桥面洒水或洒药。
4.根据权利要求3所述的一种应用于跨江大桥的环境质量自动补偿装置，其特征在于，所述配水管网（4）工作压力为1.2兆帕，所述离心喷头（5）喷洒射程为9-15米，液滴直径大于500微米。
5.根据权利要求1所述的一种应用于跨江大桥的环境质量自动补偿装置，其特征在于，所述桥面环境质量预测模型根据桥面的历史环境质量参数实测数据集和历史环境质量参数预测数据集进行训练和测试；所述历史环境质量参数实测数据集和历史环境质量参数预测数据集为预设数据集；所述历史环境质量参数预测数据集根据所述历史环境质量参数实测数据集和年度统计学规律获取。
6.根据权利要求1所述的一种应用于跨江大桥的环境质量自动补偿装置，其特征在于，所述环境质量智能感知模块包括温度传感器、湿度传感器、光照强度传感器和气象传感器。
7.根据权利要求6所述的一种应用于跨江大桥的环境质量自动补偿装置，其特征在于，所述环境质量智能感知模块设置在所述目标桥梁纵断面的位置为桥头、1/8跨、1/4跨、1/2跨位置；若所述目标桥梁为悬索桥，所述环境质量智能感知模块设置在1/4跨位置上坡段；若所述目标桥梁为斜拉桥，所述环境质量智能感知模块设置在1/2跨至1/4跨位置上坡段。
8.根据权利要求7所述的一种应用于跨江大桥的环境质量自动补偿装置，其特征在于，所述环境质量智能感知模块还设置在沿所述目标桥梁纵断面每隔200米处的普通断面上。
9.根据权利要求8所述的一种应用于跨江大桥的环境质量自动补偿装置，其特征在于，所述环境质量智能感知模块设置在所述目标桥梁横断面的位置为钢箱梁内位置和铺装层内位置；所述钢箱梁内位置为箱梁顶板、箱梁侧板、横隔板、箱梁底板、顶板U肋；所述铺装层内位置为铺装下层层底、铺装下层表面、铺装上层表面。
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