高速公路早期凝冰预警及自动化处置技术研究

1、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

2、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

3、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

4、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,2.研究内容,2.2高速公路凝冰信息采集技术研究,2.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2C,根据传感器的测量进行报警,主

5、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0C，道面 湿滑,报警2：,主动道面结冰传感器结冰警报（比道面低2C） 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,2.3高速公路早期凝

6、冰预警系统开发,2.研究内容,2.3高速公路早期凝冰预警系统开发,2.研究内容,2.4特殊高危路段凝冰自动化处置技术 研发了自动喷洒系统研究 试验路特殊高危路段（耒宜高速天池地大桥、石忠路冷水桥）凝冰自动喷洒方案,2.研究内容,自动喷洒系统,20 x 5 m,灌体和泵站,带有微小喷嘴的喷洒头,预警系统,2.研究内容,实时图像可以监测路面状况,喷洒工作状态,系统工作状态,工作模式可以选择,工作参数可以选择,融冰剂以雾状喷洒到道面上。道面上行使的车辆使得除冰液更加均匀的分布在道面上。一条喷洒带，可以覆盖两条车道，可调的喷洒宽度和覆盖区域以满足路况要求。 融冰剂喷洒间隔时间30秒到3分钟可调，如30

7、秒间隔，每平米的除冰液撒布量约为2克。 80200扇形喷雾测试.MOV,融冰剂喷洒,喷洒视频（双击播放）,喷洒图示,2.研究内容,性能参数,2.5抗凝冰沥青混合料研究 抗凝冰改性剂开发 抗凝冰沥青混合料设计与施工技术研究,2.研究内容,2.5抗凝冰沥青混合料研究 功能性试验 路用性能试验,2.研究内容,2.5.1功能性试验 进行了重复下雪试验，最多做了12次循环，融雪功能明显。,2.研究内容,2.5抗凝冰沥青混合料研究 抗凝冰沥青混合料级配设计方法,2.研究内容,2.5.2路用性能试验,2.研究内容,2.研究内容,2.研究内容,抗滑性能试验 摆式摩擦仪：95105,2.研究内容,3.研究成果,

8、35,路面状态遥感传感器及自动喷洒控制系统具有自主知识产权，已申请专利； 建立了高速公路凝冰信息采集与预警系统管理平台; 编写了抗凝冰沥青混合料设计施工技术指南; 发表了3篇相关论文。,位于G50高速公路重庆石忠段从冉家坝到冷水乡的部分；全程共计70公里的山区路段,4.应用情况,示范工程为G50重庆段石柱冷水大桥。该地区地处山区，气候变化异常，下雪期长。该桥地处于长下坡弯道路段，事故频发，其主要原因，环境温度在零度以上，在没有下雪的情况下，由于通过的大型车辆对轮毂洒水降温造成路面有水，当气温降低时，路面易形成暗冰和结冰情况，给行车带来极大的危险性。,4.应用情况,4. 抗凝冰沥青混合料研究 门

9、头沟G109 K7375073950处进行了试验路的铺筑,4.应用情况,凝冰信息预警与自动化喷洒技术结论 (1)非接触式进行路面状况探测，无需破坏路面以及因施工影响道路正常通行； (2)实时采集危险路面状况信息，系统自动控制（也可人工干预设置）喷洒，极大缩短指令反应时间； (3)探测精度高，判断准确，抗干扰性强； (4)利用物联网远程控制技术实现信息的迅速反馈和互联 (5)系统可依据不同的需求自动控制融雪剂的用量； (6)实时、准确、高效、环保和低成本。,5.结论,5.结论,40,抗凝冰沥青路面研究结论 （1）添加的以融雪剂沥青路面能够起到主动融冰雪功能； （2）自融冰沥青路面的低温性能有所提高； （3）优良的环保性能对道路设施、周边环境