基于路面融雪响应的固态融雪剂适宜投加量测定方法

本发明涉及融雪剂适宜投加量测定，尤其涉及基于路面融雪响应的固态融雪剂适宜投加量测定方法。

背景技术：

1、冬季降雪和道路结冰会降低路面抗滑性能，影响车辆行驶安全和道路通行效率。为快速恢复道路通行能力，养护部门通常采用固态融雪剂进行除冰融雪处理。由于固态融雪剂具有运输方便、施撒效率高、适用范围广等特点，目前已广泛应用于城市道路、高速公路、桥梁、匝道以及山区公路等冰雪道路养护场景；现有固态融雪剂投加量通常依据环境温度、降雪厚度、路面温度、交通等级以及经验投加标准进行确定，或者通过固定用量表直接指导施撒作业。这类方法主要依据外部环境条件预测融雪剂需求，而较少考虑融雪剂投加后在路面上的实际传播过程。由于不同路面材料、表面纹理、冰雪压实程度以及路面微观结构存在差异，相同投加量的固态融雪剂在不同路面上的扩散能力、盐液传递能力及融雪效率存在明显区别，因此按照经验或固定标准进行投加，容易出现局部融雪不足或者局部投加过量的问题。

2、进一步分析发现，固态融雪剂投加后的实际作用过程并不是简单地以投加点为中心向外均匀扩散，而是经历颗粒溶解、盐液形成、冰雪覆盖层与路面之间盐液薄膜建立、盐液沿界面层传播以及最终形成表层融雪连通等多个阶段。在冰雪覆盖层表面尚未出现明显融雪连通之前，冰雪覆盖层与路面之间往往已经形成连续的盐液传递通道，该隐性传播过程直接决定了后续融雪响应传播能力和融雪剂利用效率。然而，现有技术通常以融雪面积、融雪速度或冰雪消融程度作为评价依据，难以识别界面层盐液传播过程，更无法利用该传播过程反推出形成连续盐液传递通道所需的最低投加量以及触发盐液持续外排的临界投加量，导致适宜投加量缺乏科学依据。

技术实现思路

1、本发明提供了基于路面融雪响应的固态融雪剂适宜投加量测定方法，通过分析多个点源融雪响应之间的传播关系，识别界面盐液隐性贯通状态、表层融雪连通状态以及响应衰减断裂位置，并据此确定贯通临界投加量和外排临界投加量，实现固态融雪剂适宜投加量的精准测定，在保证融雪效率的同时减少融雪剂浪费及盐液外排带来的环境影响。

2、基于路面融雪响应的固态融雪剂适宜投加量测定方法，包括以下步骤：

3、s1：在目标路面冰雪覆盖区域内设置多个间隔分布的微量投加点，向各微量投加点施加相同微量的固态融雪剂，并连续采集各微量投加点周围形成的局部融雪响应扩展过程，生成点源融雪响应扩展序列；

4、s2：依据所述点源融雪响应扩展序列，识别相邻微量投加点之间的表层融雪连通状态、界面盐液隐性贯通状态和响应衰减断裂位置，生成路面融雪响应传播能力结果；所述界面盐液隐性贯通状态用于表征冰雪覆盖层表面尚未完全融通时，冰雪覆盖层与路面之间的盐液薄膜是否已经形成连续传递通道；

5、s3：依据所述路面融雪响应传播能力结果，确定能够使相邻融雪响应区域在冰雪覆盖层与路面之间形成连续盐液传递通道且未形成持续盐液外排的单位面积固态融雪剂用量，并将所述单位面积固态融雪剂用量作为固态融雪剂适宜投加量。

6、可选的，所述s1具体包括：

7、s11：在所述目标路面的冰雪覆盖区域内，标定出呈规则网格排布的多个所述微量投加点，相邻两个所述微量投加点之间的中心间距根据冰雪覆盖区域的尺寸预设确定，且微量投加点总数量设置为能够覆盖所述区域有效响应统计单元的数目；

8、s12：采用定量施撒装置，在起始时刻向各所述微量投加点一次性施加质量相等的固态融雪剂，各投加点间的单次施撒质量偏差控制在等量允许误差范围内；

9、s13：自所述起始时刻起，启动架设于所述冰雪覆盖区域上方的图像采集设备，以等时间间隔连续采集各所述微量投加点所在位置的垂直俯视影像；

10、s14：对各帧所述垂直俯视影像执行图像识别与边缘提取处理，获取每一帧图像中各投加点周围融雪环的径向扩展边界，计算并记录对应采集时刻的融雪环径向尺寸，生成以采集时间顺序为索引、以各投加点融雪环径向尺寸序列为数据内容的所述点源融雪响应扩展序列。

11、可选的，所述连续采集的持续时长至少覆盖至相邻投加点所形成融雪前锋首次发生交汇融合之后。

12、可选的，所述对各帧所述垂直俯视影像执行图像识别与边缘提取处理具体包括：

13、对各帧所述垂直俯视影像进行灰度化转换处理，并对灰度图像执行灰度拉伸增强处理，以增强融雪区域与冰雪区域之间的灰度差异；

14、根据增强后的灰度图像识别灰度变化连续区域，将灰度变化幅度超过预设边缘判定阈值的位置提取为候选边缘区域；

15、以各微量投加点的中心位置为基准，在对应候选边缘区域内搜索包围所述微量投加点中心位置的闭合边界，并将面积最大的闭合边界确定为对应微量投加点的融雪环外边界轮廓；

16、当所述闭合边界存在间断区域时，对间断区域执行轮廓连接处理和边界平滑处理，获得完整连续的融雪环外边界轮廓。

17、可选的，所述s2具体包括：

18、s21：调取所述点源融雪响应扩展序列，提取各微量投加点在不同采集时刻下的融雪环径向尺寸，将相邻两个微量投加点的融雪环径向尺寸之和与所述相邻两个微量投加点之间的预设间距进行实时比较；当所述融雪环径向尺寸之和首次大于或等于所述预设间距时，判定所述相邻两个微量投加点之间达到表层融雪连通状态，并记录判定发生时所对应的累计响应时长；

19、s22：在所述表层融雪连通状态被触发之前，依据各微量投加点融雪环径向尺寸随时间的变化率曲线，识别所述变化率曲线中是否存在由持续下降趋势转换为平稳趋势或上升趋势的拐点时刻；

20、s23：遍历所述点源融雪响应扩展序列，定位各微量投加点融雪环径向尺寸在时间维度上出现持续停滞或收缩的响应位置，以及相邻投加点之间融雪前锋传播路径中断的响应位置，将所述响应位置标记为响应衰减断裂位置；

21、s24：综合所述表层融雪连通状态的分布、所述界面盐液隐性贯通状态的达成时刻以及所述响应衰减断裂位置的空间分布，生成用于表征所述目标路面冰雪覆盖区域内融雪响应传播通畅程度与受阻程度的路面融雪响应传播能力结果。

22、可选的，所述s22还包括若存在所述拐点时刻，则判定所述相邻两个微量投加点之间在冰雪覆盖层表面尚未完全融通的条件下，冰雪覆盖层与路面之间的盐液薄膜已形成连续传递通道，即达到界面盐液隐性贯通状态，并记录所述拐点时刻所对应的累计响应时长。

23、可选的，所述s24还包括根据各融雪传播单元对应的传播能力指数分布情况，对目标路面冰雪覆盖区域进行综合评价；传播能力指数越大，表明融雪响应传播越通畅；传播能力指数越小，表明融雪响应传播受阻程度越高，最终形成所述路面融雪响应传播能力结果。

24、可选的，所述s3包括依据所述路面融雪响应传播能力结果，识别各相邻微量投加点之间首次达到所述界面盐液隐性贯通状态时所对应的累计响应时长，并根据所述累计响应时长以及预先记录的固态融雪剂累计投加历程，反推获得使所述冰雪覆盖层与路面之间形成连续盐液传递通道所需的最低单位面积固态融雪剂用量，将所述最低单位面积固态融雪剂用量标记为贯通临界投加量。

25、可选的，依据所述路面融雪响应传播能力结果，定位所述响应衰减断裂位置的空间分布，当所述响应衰减断裂位置出现在所述冰雪覆盖区域的边缘且伴随有盐液自所述边缘持续外渗的响应特征时，判定所述冰雪覆盖区域已形成持续盐液外排状态，并根据所述持续盐液外排状态发生前所对应的固态融雪剂累计投加历程，反推获得未触发所述持续盐液外排状态的最大单位面积固态融雪剂用量，将所述最大单位面积固态融雪剂用量标记为外排临界投加量。

26、可选的，所述s3还包括以所述贯通临界投加量作为适宜投加量的下限值，以所述外排临界投加量作为适宜投加量的上限值，确定所述固态融雪剂的适宜投加量区间，将所述适宜投加量区间内的任一单位面积固态融雪剂用量作为所述固态融雪剂适宜投加量或者将所述适宜投加量区间的下限值作为所述固态融雪剂适宜投加量。

27、本发明的有益效果：

28、本发明提出基于点源融雪响应传播过程的适宜投加量测定机制，通过在冰雪覆盖区域内设置多个微量投加点，利用相同微量固态融雪剂形成多个独立的点源融雪响应，并连续获取各点源融雪响应扩展序列，不再依赖传统的大面积试撒、经验投加或环境参数估算方式，而是以融雪响应在路面上的实际传播行为作为分析对象。通过构建点源之间的融雪响应传播关系，能够真实反映固态融雪剂在不同路面、不同冰雪状态下的扩散能力和作用规律，提高适宜投加量测定对实际路面工况的适应能力，使测定结果更加准确、稳定，降低传统经验法因路面条件差异导致的投加误差。

29、本发明提出界面盐液隐性贯通状态这一评价指标，在冰雪覆盖层表面尚未形成融雪连通的情况下，通过分析融雪环径向尺寸变化率曲线的变化特征，提前识别冰雪覆盖层与路面之间是否已经形成连续盐液传递通道，实现了对融雪传播过程的提前判定，相比现有技术仅依据融雪面积、融雪速度或冰雪消融程度进行评价，本发明能够捕捉冰雪界面内部尚未显现于表面的盐液传播行为，使适宜投加量的确定建立在界面层真实传递能力的基础上，避免因等待表层完全融通而导致的投加滞后或过量投加，提高融雪剂利用效率。

30、本发明分别以形成连续盐液传递通道所需的贯通临界投加量和触发持续盐液外排前的外排临界投加量作为适宜投加量区间的下限和上限，通过响应传播能力结果同时约束融雪效果与盐液外排行为，建立兼顾融雪效率和环境负荷的双临界判定机制。该方法不仅能够保证冰雪覆盖层与路面之间形成稳定连续的盐液传递网络，而且能够避免融雪剂过量投加导致盐液持续外排、资源浪费、路面腐蚀及周边环境污染等问题，实现固态融雪剂由经验投加向响应驱动精准投加的转变。