高速公路早期凝冰預(yù)警及自動(dòng)化處置技術(shù)研究

交通運(yùn)輸部科學(xué)研究院

2013年01月1冬季公路養(yǎng)護(hù)技術(shù)交流匯報(bào)內(nèi)容1.研究背景3.研究成果4.應(yīng)用情況2.研究主要內(nèi)容5.結(jié)論路面凝冰會(huì)導(dǎo)致路面抗滑能力大幅度降低，削弱道路的通行能力，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)造成交通中斷，使道路使用者的生活和生產(chǎn)無法正常進(jìn)行；甚至可能導(dǎo)致惡性交通事故發(fā)生，危害人民生命和財(cái)產(chǎn)安全。1.項(xiàng)目背景1.1項(xiàng)目背景1.1項(xiàng)目背景通過對(duì)路面凝冰機(jī)理及凝冰形成環(huán)境條件的試驗(yàn)分析，研究高速公路產(chǎn)生路面凝冰的環(huán)境條件；建立與環(huán)境氣候、海拔、道路線形等相關(guān)的路面凝冰危險(xiǎn)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)；建立高速公路凝冰信息自動(dòng)化采集系統(tǒng)與預(yù)警系統(tǒng)管理平臺(tái)；針對(duì)重大路面凝冰災(zāi)害，提出依托工程高危路段凝冰自動(dòng)化處置技術(shù)實(shí)施方案。1.2研究目的凝冰自動(dòng)化處置技術(shù)研究高速公路早期凝冰預(yù)警及高危路段路面凝冰機(jī)理與凝冰環(huán)境條件研究高速公路早期凝冰預(yù)警系統(tǒng)開發(fā)特殊高危路段凝冰自動(dòng)化處置技術(shù)高速公路凝冰信息采集技術(shù)研究抗凝冰瀝青混合料研究1.3研究?jī)?nèi)容2.1路面凝冰機(jī)理與凝冰環(huán)境條件研究開展了凝冰形成的氣象方面的已有研究和路面凝冰處置情況調(diào)研工作京珠高速湖南耒宜段調(diào)研重慶石忠高速調(diào)研2.研究?jī)?nèi)容2.研究?jī)?nèi)容2.1路面凝冰機(jī)理與凝冰環(huán)境條件研究采用恒溫恒濕環(huán)境箱模擬產(chǎn)生路面凝冰的溫度、濕度及風(fēng)速等要素，借助顯微鏡、低溫掃描電鏡等微觀結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的分析方法，分析了路面凝冰形成的微觀形態(tài)，對(duì)路面凝冰的物理特征進(jìn)行了研究。2.研究?jī)?nèi)容2.2高速公路凝冰信息采集技術(shù)研究對(duì)信息采集的凝冰要素因子進(jìn)行了分析研究；如空氣溫度、空氣相對(duì)濕度、風(fēng)向和風(fēng)速、能見度、降雨量、降雪量、霧霜、日照度等氣候檢測(cè)傳感器的研發(fā)和借鑒，試驗(yàn)驗(yàn)證氣候檢測(cè)傳感器的穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性和精度。對(duì)凝冰的要素信息采集與傳輸方式進(jìn)行了優(yōu)化研究全球移動(dòng)通信系統(tǒng)通用分組無線通信業(yè)務(wù)電話線光纜2.研究?jī)?nèi)容2.2高速公路凝冰信息采集技術(shù)研究降水下雪相對(duì)濕度氣溫風(fēng)速風(fēng)向能見度霧和霜降水量太陽輻射下雪厚度其它2.研究?jī)?nèi)容非接觸激光路面狀態(tài)傳感器采用雙波長(zhǎng)激光器、紅外探測(cè)器、數(shù)據(jù)采集卡路面干燥潮濕水冰雪技術(shù)參數(shù):道面溫度:±0.1℃路況(臟，潮濕以及濕度3個(gè)等級(jí))水膜厚度：分辨±1mm冰點(diǎn)溫度（計(jì)算）報(bào)警(計(jì)算)辨別路面狀況：結(jié)冰:暗冰,道路結(jié)冰,白霜,凍雪.干燥被動(dòng)傳感器－被動(dòng)冰凍點(diǎn)測(cè)量2.研究?jī)?nèi)容2.2高速公路凝冰信息采集技術(shù)研究路面狀況輸出信號(hào)幅值（單位：V）冰面（表面無水）2.5干燥路面2.1潮濕路面1.45結(jié)冰路面（表面含水）1.35雪上撒灰1.17干凈雪0.69臟雪0.65水面0.42.研究?jī)?nèi)容2.2高速公路凝冰信息采集技術(shù)研究遙感探測(cè)模塊主要技術(shù)指標(biāo)路面狀況測(cè)量方法激光

其他傳感器溫度測(cè)量方法半導(dǎo)體熱敏傳感器溫度測(cè)量范圍-60到100℃系統(tǒng)防盜功能震動(dòng)傳感器震動(dòng)>10～50g報(bào)警數(shù)據(jù)采集頻率10s～60min可設(shè)存儲(chǔ)容量1000條（1分鐘間隔）平均故障間隔時(shí)間20000h輸出接口圖像、RS232或GPRS（3G）防盜震動(dòng)>50～100g主機(jī)功耗<5W2.研究?jī)?nèi)容2.2高速公路凝冰信息采集技術(shù)研究測(cè)量:

道面溫度道面情況（干，潮，濕）水膜深度液體導(dǎo)電性能主動(dòng)測(cè)量結(jié)冰點(diǎn),通過仿真?zhèn)?/p>

感器冷卻使得溫度比道面低2°C

根據(jù)傳感器的測(cè)量進(jìn)行報(bào)警主動(dòng)傳感器－主動(dòng)冰凍點(diǎn)測(cè)量2.研究?jī)?nèi)容2.2高速公路凝冰信息采集技術(shù)研究2.3高速公路早期凝冰預(yù)警系統(tǒng)開發(fā)依據(jù)車速、路網(wǎng)通行能力、路線特點(diǎn)、關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)等因素，研究劃分所依托高速公路的凝冰高危路段，并對(duì)其危險(xiǎn)性等級(jí)進(jìn)行了評(píng)定。針對(duì)特殊高危路段，建立路面凝冰預(yù)警系統(tǒng)管理平臺(tái)，發(fā)布凝冰預(yù)警信息，在凝冰發(fā)生前采取相應(yīng)的處治措施，減少惡性交通事故發(fā)生。2.研究?jī)?nèi)容

報(bào)警1：冬季道面或空氣溫度小于0°C，道面濕滑報(bào)警2：主動(dòng)道面結(jié)冰傳感器結(jié)冰警報(bào)（比道面低2°C）決定除冰作業(yè)!道面危險(xiǎn)來臨或已經(jīng)結(jié)冰報(bào)警3：報(bào)警系統(tǒng)高速公路凝冰危險(xiǎn)性等級(jí)評(píng)價(jià)研究2.研究?jī)?nèi)容HistoricalData歷史數(shù)據(jù)Nowcast預(yù)報(bào)2.3高速公路早期凝冰預(yù)警系統(tǒng)開發(fā)2.研究?jī)?nèi)容2.3高速需公路聾早期凝冰脈預(yù)警系統(tǒng)怖開發(fā)2.研究遺內(nèi)容2.鬼4特殊駐高危偷路段凝冰自冤動(dòng)化處浴置技術(shù)研發(fā)歡了自休動(dòng)噴改灑系誤統(tǒng)研掀究試驗(yàn)路窩特殊高咳危路段津（耒宜高睡速天池晃地大橋宗、石忠完路冷水躺橋）凝冰恒自動(dòng)噴架灑方案2.研究?jī)?nèi)址容自動(dòng)炎噴灑豆系統(tǒng)200m20上x尿5石m灌體和牧泵站帶有微戒小噴嘴奮的噴灑她頭預(yù)警系弄統(tǒng)2.研究?jī)?nèi)漠容實(shí)時(shí)圖役像可以六監(jiān)測(cè)路朝面狀況噴灑工炕作狀態(tài)系統(tǒng)鐮工作經(jīng)狀態(tài)工作模去式可以銷選擇工作參套數(shù)可以勺選擇融冰炒劑以映霧狀助噴灑儉到道陰面上拆。道橫面上畜行使溉的車脖輛使蜘得除樂冰液急更加玩均勻油的分禾布在徹道面勉上。傲一條堡噴灑貞帶，這可以綁覆蓋撓兩條沫車道冒，可調(diào)的友噴灑寬乓度和覆欠蓋區(qū)域浪以滿足迷路況要毛求。融冰劑鄙噴灑間案隔時(shí)間30秒到3分鐘肌可調(diào)儲(chǔ)，如30秒間條隔，別每平百米的賤除冰抽液撒蛙布量性約為2克。802詠00扇形噴斥霧測(cè)試.MO吉V融冰牲劑噴燭灑噴灑意視頻羽（雙豎擊播競(jìng)放）噴灑閘圖示2.研究醫(yī)內(nèi)容性能抽參數(shù)自動(dòng)噴灑模塊主要技術(shù)指標(biāo)管路壓力0.2MPa噴灑時(shí)間1～100S（可自動(dòng)調(diào)整）噴灑間隔30S～3Min可調(diào)噴灑裝置距離間隔10～15M噴灑寬度5～7M儲(chǔ)罐容量550～1000升（可定制）噴頭個(gè)數(shù)依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況定制結(jié)冰早期預(yù)警系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)當(dāng)?shù)烂孢_(dá)到危險(xiǎn)狀態(tài)時(shí)(如液體達(dá)到冰點(diǎn)，實(shí)際道面溫度低于0.2℃，檢測(cè)到白霜，積雪，凍雨及其他情況)控制系統(tǒng)底架80伏安;帶斷流器和90/230V變壓器電源+15V/1A-15V/0.5A+5V/0.5A；采用切換技術(shù)2.5抗凝冰頌瀝青混組合料研偶究抗凝腎冰改防性劑塊開發(fā)抗凝曾冰瀝欺青混角合料嫂設(shè)計(jì)福與施席工技珍術(shù)研奮究2.研究?jī)?nèi)漂容2.5抗凝盡冰瀝母青混響合料絲式研究功能性哭試驗(yàn)路用襯性能敞試驗(yàn)2.研究郊內(nèi)容功能林性試駱驗(yàn)進(jìn)行了伸重復(fù)下衡雪試驗(yàn)逃，最多填做了12次循譽(yù)環(huán)，騾融雪銀功能葉明顯喊。2.研究蹤蝶內(nèi)容2.你5抗凝冰草瀝青混活合料研昂究抗凝軋冰瀝傘青混姐合料思級(jí)配拉設(shè)計(jì)鬧方法2.研究館內(nèi)容路用性乒能試驗(yàn)名稱單位符號(hào)123456空中質(zhì)量gma1206.11208.81208.21211.81209.11202.4表干質(zhì)量gmf1208.51210.61210.01213.41210.21202.7水中質(zhì)量gmw705.4705.0705.4706.3703.7703.4毛體積相對(duì)密度無量綱rf2.3972.3912.3942.3902.3872.408毛體積密度g/㎝3ρf2.3972.3912.3942.3902.3872.408吸水率%Sa0.480.360.360.320.220.06理論最大相對(duì)密度無量綱rt2.5132.5132.5132.5132.5132.513試件的空隙率%VV4.64.94.74.95.04.2理論最大密度g/㎝3ρt2.5132.5132.5132.5132.5132.513試件中瀝青的體積百分率%VA10.910.810.810.810.810.9礦料間隙率%VMA15.515.715.615.715.815.1試件瀝青飽和度%VFA70.269.069.768.868.472.3馬歇爾穩(wěn)定度試件穩(wěn)定度（MS）試件流值（FL）MS=7.43(kN)FL=4.33(mm)MS=8.6(kN)FL=3.9(mm)MS=10.28(kN)FL=5.05(mm)MS=11.01(kN)FL=5.19(mm)MS=4.45(kN)FL=5.55(mm)MS=10.09(kN)FL=5.65(mm)馬歇爾穩(wěn)定度平均值—MS=9.33(kN)FL=4.6(mm)MS1=7.72(kN)FL1=5.6（mm)浸水殘留穩(wěn)定度MS0MS0=(7.72/9.33)*100=83%備注:1)骨料加熱170°，瀝青160°，摻融雪劑，拌合溫度165°2)試件成型(雙面擊實(shí)75下)后保溫25°24h3)水浴保溫60°30-40分鐘4)試件5、6做浸水殘留試驗(yàn),浸水48h后，試件骨料發(fā)散，易碎，抗壓強(qiáng)度低。2.研究煌內(nèi)容瀝青混合料車轍試驗(yàn)左輪(45min變形量)Ⅳ左輪(60min變形量)Ⅳ-1.259840012-1.249679923-1.437640071-1.61544013-1.706879973-1.706879973-1.859280109-2.164079905-2.341880083-2.39267993-2.712719917-3.383280039-4.084320068-4.130039692-4.490719795-5.638800144-4.72947979-6.187439919-5.085080147-6.847840309-6.05535984-7.432040215變形平均值（mm)-3.25120-3.88620動(dòng)穩(wěn)定度(次/mm)9922.研究雷內(nèi)容

組類劈裂抗拉強(qiáng)度（MPa）劈裂抗拉強(qiáng)度比（%）加未進(jìn)行凍融循環(huán)組1.2491.9進(jìn)行凍融循環(huán)組1.142.研究藝內(nèi)容抗滑性輛能試驗(yàn)擺式摩遲擦儀：95～10慘52.研究臘內(nèi)容3.研究成裳果35路面供狀態(tài)邁遙感剪傳感柿器及占自動(dòng)拒噴灑線控制頃系統(tǒng)冰具有槳自主假知識(shí)意產(chǎn)權(quán)繁，已你申請(qǐng)籍專利蛾；建立了顛高速公布路凝冰騎信息采它集與預(yù)買警系統(tǒng)丈管理平鋒臺(tái);編寫了漢抗凝冰億瀝青混臉合料設(shè)三計(jì)施工簡(jiǎn)技術(shù)指罩南;發(fā)表言了3篇相關(guān)孫論文。位于G50高速濫公路話重慶披石忠脖段從叼冉家艙壩到漫冷水妙鄉(xiāng)的朵部分滔；全衡程共邁計(jì)70公里錫的山亡區(qū)路罷段4.應(yīng)用情礦況示范工巧程為G5餃0重慶居段石降柱冷新水大撲橋。傭該地閥區(qū)地飾處山蝴區(qū)，扎氣候用變化筒異常慘，下號(hào)雪期東長(zhǎng)。遞該橋掉地處撥于長(zhǎng)件下坡欲彎道毅路段析，事候故頻膜發(fā)，完其主編要原體因，現(xiàn)環(huán)境雖溫度否在零榆度以勾上，長(zhǎng)在沒壯有下象雪的駐情況繁下，摩由于扁通過僑的大駱型車機(jī)輛對(duì)逢輪轂蠅灑水瘡降溫偷造成戰(zhàn)路面咸有水峰，當(dāng)錯(cuò)氣溫如降低枯時(shí)，逆路面景易形止成暗陡冰和覺結(jié)冰花情況挎，給恢行車?yán)鍘砜礃O大寒的危話險(xiǎn)性喊。4.應(yīng)用敘情況4.抗凝冰臘瀝青混告合料研污究門頭溝G1塵09間K盼73＋750～73＋95低0處進(jìn)行診了試驗(yàn)注路的鋪西筑4.應(yīng)用塑情況凝冰信托息預(yù)警賺與自動(dòng)遞化噴灑圓技術(shù)結(jié)鑄論(1)非接觸屈式進(jìn)行坐路面狀饞況探測(cè)靠，無需次破壞路鞏面以及鼓因施工晚影響道榮路正常妖通行；(2)實(shí)時(shí)采涼集危險(xiǎn)路面料狀況信息，系統(tǒng)自動(dòng)控否制（也護(hù)可人工首干預(yù)設(shè)己置）噴論灑，極大縮香短指令按反應(yīng)時(shí)綿間；