高速公路早期凝冰预警及自动化处置技术

高速公路早期凝冰预警及自动化处置技术研究

交通运输部科学研究院

2013年01月1冬季公路养护技术交流汇报内容1.研究背景3.研究成果4.应用情况2.研究主要内容5.结论路面凝冰会导致路面抗滑能力大幅度降低，削弱道路的通行能力，严重时还会造成交通中断，使道路使用者的生活和生产无法正常进行；甚至可能导致恶性交通事故发生，危害人民生命和财产安全。1.项目背景1.1项目背景1.1项目背景通过对路面凝冰机理及凝冰形成环境条件的试验分析，研究高速公路产生路面凝冰的环境条件；建立与环境气候、海拔、道路线形等相关的路面凝冰危险等级标准；建立高速公路凝冰信息自动化采集系统与预警系统管理平台；针对重大路面凝冰灾害，提出依托工程高危路段凝冰自动化处置技术实施方案。1.2研究目的凝冰自动化处置技术研究高速公路早期凝冰预警及高危路段路面凝冰机理与凝冰环境条件研究高速公路早期凝冰预警系统开发特殊高危路段凝冰自动化处置技术高速公路凝冰信息采集技术研究抗凝冰沥青混合料研究1.3研究内容2.1路面凝冰机理与凝冰环境条件研究开展了凝冰形成的气象方面的已有研究和路面凝冰处置情况调研工作京珠高速湖南耒宜段调研重庆石忠高速调研2.研究内容2.研究内容2.1路面凝冰机理与凝冰环境条件研究采用恒温恒湿环境箱模拟产生路面凝冰的温度、湿度及风速等要素，借助显微镜、低温扫描电镜等微观结构试验的分析方法，分析了路面凝冰形成的微观形态，对路面凝冰的物理特征进行了研究。2.研究内容2.2高速公路凝冰信息采集技术研究对信息采集的凝冰要素因子进行了分析研究；如空气温度、空气相对湿度、风向和风速、能见度、降雨量、降雪量、雾霜、日照度等气候检测传感器的研发和借鉴，试验验证气候检测传感器的稳定性、准确性和精度。对凝冰的要素信息采集与传输方式进行了优化研究全球移动通信系统通用分组无线通信业务电话线光缆2.研究内容2.2高速公路凝冰信息采集技术研究降水下雪相对湿度气温风速风向能见度雾和霜降水量太阳辐射下雪厚度其它2.研究内容非接触激光路面状态传感器采用双波长激光器、红外探测器、数据采集卡路面干燥潮湿水冰雪技术参数:道面温度:±0.1℃路况(脏，潮湿以及湿度3个等级)水膜厚度：分辨±1mm冰点温度（计算）报警(计算)辨别路面状况：结冰:暗冰,道路结冰,白霜,冻雪.干燥被动传感器－被动冰冻点测量2.研究内容2.2高速公路凝冰信息采集技术研究路面状况输出信号幅值（单位：V）冰面（表面无水）2.5干燥路面2.1潮湿路面1.45结冰路面（表面含水）1.35雪上撒灰1.17干净雪0.69脏雪0.65水面0.42.研究内容2.2高速公路凝冰信息采集技术研究遥感探测模块主要技术指标路面状况测量方法激光

其他传感器温度测量方法半导体热敏传感器温度测量范围-60到100℃系统防盗功能震动传感器震动>10～50g报警数据采集频率10s～60min可设存储容量1000条（1分钟间隔）平均故障间隔时间20000h输出接口图像、RS232或GPRS（3G）防盗震动>50～100g主机功耗<5W2.研究内容2.2高速公路凝冰信息采集技术研究测量:

道面温度道面情况（干，潮，湿）水膜深度液体导电性能主动测量结冰点,通过仿真传

感器冷却使得温度比道面低2°C

根据传感器的测量进行报警主动传感器－主动冰冻点测量2.研究内容2.2高速公路凝冰信息采集技术研究2.3高速公路早期凝冰预警系统开发依据车速、路网通行能力、路线特点、关键节点等因素，研究划分所依托高速公路的凝冰高危路段，并对其危险性等级进行了评定。针对特殊高危路段，建立路面凝冰预警系统管理平台，发布凝冰预警信息，在凝冰发生前采取相应的处治措施，减少恶性交通事故发生。2.研究内容

报警1：冬季道面或空气温度小于0°C，道面湿滑报警2：主动道面结冰传感器结冰警报（比道面低2°C）决定除冰作业!道面危险来临或已经结冰报警3：报警系统高速公路凝冰危险性等级评价研究2.研究内容HistoricalData历史数据Nowcast预报2.3高速公路早期凝冰预警系统开发2.研究内容2.3高速需公路聋早期凝冰脉预警系统怖开发2.研究遗内容2.鬼4特殊驻高危偷路段凝冰自冤动化处浴置技术研发欢了自休动喷改洒系误统研掀究试验路窝特殊高咳危路段津（耒宜高睡速天池晃地大桥宗、石忠完路冷水躺桥）凝冰恒自动喷架洒方案2.研究内址容自动炎喷洒豆系统200m20上x尿5石m灌体和牧泵站带有微戒小喷嘴奋的喷洒她头预警系弄统2.研究内漠容实时图役像可以六监测路朝面状况喷洒工炕作状态系统镰工作经状态工作模去式可以销选择工作参套数可以勺选择融冰炒剂以映雾状助喷洒俭到道阴面上拆。道横面上畜行使溉的车脖辆使蜘得除乐冰液急更加玩均匀油的分禾布在彻道面勉上。傲一条堡喷洒贞带，这可以绑覆盖挠两条沫车道冒，可调的友喷洒宽乓度和覆欠盖区域浪以满足迷路况要毛求。融冰剂鄙喷洒间案隔时间30秒到3分钟肌可调储，如30秒间条隔，别每平百米的贱除冰抽液撒蛙布量性约为2克。802咏00扇形喷斥雾测试.MO吉V融冰牲剂喷烛洒喷洒意视频羽（双竖击播竞放）喷洒闸图示2.研究医内容性能抽参数自动喷洒模块主要技术指标管路压力0.2MPa喷洒时间1～100S（可自动调整）喷洒间隔30S～3Min可调喷洒装置距离间隔10～15M喷洒宽度5～7M储罐容量550～1000升（可定制）喷头个数依据现场情况定制结冰早期预警系统自动启动当道面达到危险状态时(如液体达到冰点，实际道面温度低于0.2℃，检测到白霜，积雪，冻雨及其他情况)控制系统底架80伏安;带断流器和90/230V变压器电源+15V/1A-15V/0.5A+5V/0.5A；采用切换技术2.5抗凝冰颂沥青混组合料研偶究抗凝肾冰改防性剂块开发抗凝曾冰沥欺青混角合料嫂设计福与施席工技珍术研奋究2.研究内漂容2.5抗凝尽冰沥母青混响合料丝式研究功能性哭试验路用衬性能敞试验2.研究郊内容功能林性试骆验进行了伸重复下衡雪试验逃，最多填做了12次循誉环，骡融雪银功能叶明显喊。2.研究踪蝶内容2.你5抗凝冰草沥青混活合料研昂究抗凝轧冰沥伞青混姐合料思级配拉设计闹方法2.研究馆内容路用性乒能试验名称单位符号123456空中质量gma1206.11208.81208.21211.81209.11202.4表干质量gmf1208.51210.61210.01213.41210.21202.7水中质量gmw705.4705.0705.4706.3703.7703.4毛体积相对密度无量纲rf2.3972.3912.3942.3902.3872.408毛体积密度g/㎝3ρf2.3972.3912.3942.3902.3872.408吸水率%Sa0.480.360.360.320.220.06理论最大相对密度无量纲rt2.5132.5132.5132.5132.5132.513试件的空隙率%VV4.64.94.74.95.04.2理论最大密度g/㎝3ρt2.5132.5132.5132.5132.5132.513试件中沥青的体积百分率%VA10.910.810.810.810.810.9矿料间隙率%VMA15.515.715.615.715.815.1试件沥青饱和度%VFA70.269.069.768.868.472.3马歇尔稳定度试件稳定度（MS）试件流值（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)马歇尔稳定度平均值—MS=9.33(kN)FL=4.6(mm)MS1=7.72(kN)FL1=5.6（mm)浸水残留稳定度MS0MS0=(7.72/9.33)*100=83%备注:1)骨料加热170°，沥青160°，掺融雪剂，拌合温度165°2)试件成型(双面击实75下)后保温25°24h3)水浴保温60°30-40分钟4)试件5、6做浸水残留试验,浸水48h后，试件骨料发散，易碎，抗压强度低。2.研究煌内容沥青混合料车辙试验左轮(45min变形量)Ⅳ左轮(60min变形量)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变形平均值（mm)-3.25120-3.88620动稳定度(次/mm)9922.研究雷内容

组类劈裂抗拉强度（MPa）劈裂抗拉强度比（%）加未进行冻融循环组1.2491.9进行冻融循环组1.142.研究艺内容抗滑性辆能试验摆式摩迟擦仪：95～10惨52.研究腊内容3.研究成裳果35路面供状态迈遥感剪传感柿器及占自动拒喷洒线控制顷系统冰具有桨自主假知识意产权繁，已你申请籍专利蛾；建立了颠高速公布路凝冰骑信息采它集与预买警系统丈管理平锋台;编写了汉抗凝冰亿沥青混脸合料设三计施工简技术指罩南;发表言了3篇相关孙论文。位于G50高速滥公路话重庆披石忠脖段从叼冉家舱坝到漫冷水妙乡的朵部分滔；全衡程共迈计70公里锡的山亡区路罢段4.应用情矿况示范工巧程为G5饺0重庆居段石降柱冷新水大扑桥。佣该地阀区地饰处山蝴区，扎气候用变化筒异常惨，下号雪期东长。递该桥掉地处拨于长件下坡欲弯道毅路段析，事候故频膜发，完其主编要原体因，现环境虽温度否在零榆度以勾上，长在没壮有下象雪的驻情况繁下，摩由于扁通过侨的大骆型车机辆对逢轮毂蝇洒水疮降温偷造成战路面咸有水峰，当错气温如降低枯时，逆路面景易形止成暗陡冰和觉结冰花情况挎，给恢行车厘带来看极大寒的危话险性喊。4.应用叙情况4.抗凝冰腊沥青混告合料研污究门头沟G1尘09间K盼73＋750～73＋95低0处进行诊了试验注路的铺西筑4.应用塑情况凝冰信托息预警赚与自动递化喷洒圆技术结铸论(1)非接触屈式进行坐路面状馋况探测靠，无需次破坏路巩面以及鼓因施工晚影响道荣路正常妖通行；(2)实时采凉集危险路面料状况信息，系统自动控否制（也护可人工首干预设己置）喷论洒，极大缩香短指令按反应时绵间；