一种路面自动除冰雪的喷洒控制系统及方法与流程

本技术属于道路融雪，具体涉及一种路面自动除冰雪的喷洒控制系统及方法。

背景技术：

1、近年来，冬季道路凝冰已成为影响交通安全运营的主要灾害之一。据统计，我国北方地区高速公路因路面凝冰导致的交通事故占冬季事故总量的30%以上，尤其以桥梁、隧道出入口、背阴长大纵坡及超高急弯路段最为突出。此类路段因空气对流强、日照不足或风速变化剧烈，路面温度往往显著低于环境温度，凝冰形成速度快且隐蔽性强，传统人工巡查方式难以及时发现和处置。

2、现有道路除冰雪技术主要分为三类：一是人工撒布融雪剂，依赖人工巡查发现结冰后，由养护车辆装载融雪剂进行撒布作业，存在响应滞后、撒布不均、夜间及恶劣天气作业安全隐患大等问题；二是机械除雪，通过除雪铲、除雪滚刷等设备进行物理清除，但设备投入大、作业速度慢，且对薄冰层和黑冰路段效果有限；三是固定式喷洒系统，已有部分路段试点安装自动喷洒装置，但现有系统多采用定时定量的粗放控制模式，缺乏对气象环境、路面状态等多元数据的实时感知与融合分析能力，无法实现凝冰风险的精准预测和按需喷洒，导致融雪剂过量使用造成路面腐蚀和环境污染，或喷洒不足而丧失除冰雪效果。

3、此外，现有喷洒系统的喷头布局多为固定式全覆盖设计，喷洒覆盖范围不可调，管路压力波动大，难以适应不同路段宽度和凝冰程度的差异化处置需求。因此，亟需一种能够实现精准预警、按需喷洒、智能调控的路面自动除冰雪喷洒控制系统。

技术实现思路

1、本技术提供一种路面自动除冰雪的喷洒控制系统及方法，目的在于解决现有道路除冰雪技术依赖人工巡查导致响应滞后、固定式喷洒系统缺乏多元数据感知与精准预测能力、难以实现按需喷洒及差异化处置的技术问题。

2、第一方面，本技术实施例提供了一种路面自动除冰雪的喷洒控制系统及方法，所述系统包括：

3、数据采集单元，包括气象环境采集装置和路面状态采集装置，所述气象环境采集装置用于采集道路区域的气象环境数据，所述路面状态采集装置用于采集路面状态参数；

4、预警分析单元，与所述数据采集单元通信连接，接收所述气象环境数据和所述路面状态参数，并基于预设的凝冰预测模型进行凝冰风险分析，在预测结果达到凝冰预警条件时输出凝冰预警信号；

5、喷洒控制单元，与所述预警分析单元通信连接，包括泵送装置、储液装置和管路系统，所述泵送装置接收所述凝冰预警信号后，将所述储液装置中的液态融雪剂经所述管路系统输送至喷洒执行单元；

6、喷洒执行单元，包括喷洒终端控制器和至少一组喷洒终端执行器，所述喷洒终端执行器布设于道路凝冰易发路段，所述喷洒终端控制器控制所述喷洒终端执行器将融雪剂以雾状喷洒至路面；

7、监控管理单元，分别与所述预警分析单元、所述喷洒控制单元和所述喷洒执行单元通信连接，用于远程监控系统运行状态并输出告警信息。

8、进一步的，所述数据采集单元包括微气象站和埋入式路面传感器；所述微气象站配置有多普勒24g雷达雨量计、超声波风速风向仪、ntc温度计、电容式湿度计和mems电容式气压计中的至少一种，用于采集空气温度、空气湿度、风速、风向、气压、能见度气象环境数据中的至少一种；

9、所述埋入式路面传感器用于采集路面温度、路面状态、摩擦系数、水膜厚度、冰点温度、路面含盐量路面状态参数中的至少一种。

10、进一步的，所述预警分析单元还用于：

11、接入外部气象大数据源，并将所述气象环境数据、所述路面状态参数与所述气象大数据进行数据融合处理，执行数据解码转换、数据计算与gis地理信息融合，以进行公里级预报和分钟级凝冰预警。

12、进一步的，所述喷洒控制单元包括主控机房泵站单元；

13、所述主控机房泵站单元包括储液罐、过滤阀、管道球阀、立式多级离心泵、电动阀、流量计以及压力计；

14、所述储液罐存储环保型液态融雪剂；

15、所述主控机房泵站单元接收所述凝冰预警信号后，依次通过所述过滤阀过滤、所述立式多级离心泵加压，并经所述流量计和所述压力计实时监测管路流量与压力，将融雪剂输送至所述喷洒执行单元。

16、进一步的，所述喷洒终端执行器包括单喷头、三喷头、全路面扇形喷头或升降式喷头中的至少一种；

17、所述喷洒终端执行器布设于道路中央分隔带侧护栏或路侧护栏，喷洒方向覆盖道路行车道方向；

18、所述喷洒终端执行器的喷洒间隔配置为30秒至3分钟可调，雾状喷洒有效处置宽度覆盖单侧三车道及以上。

19、进一步的，所述喷洒终端执行器包括驱动箱、旋转执行电机、万向旋转接头和喷嘴；

20、所述旋转执行电机驱动所述喷嘴在水平方向0°-180°范围内旋转调节，所述万向旋转接头内设有稳流叶片，所述喷嘴的喷洒范围为4-32m可调节；

21、所述喷洒终端执行器还包括可调球形接头，用于在安装调试阶段手动调节喷嘴的俯仰角度。

22、进一步的，所述喷洒终端控制器包括电控箱、手动球阀和电动球阀；

23、所述手动球阀用于安装调试时调节管路流量，所述电动球阀用于喷洒作业时控制喷洒管路的通断；

24、所述喷洒终端控制器通过工业现场总线与所述喷洒控制单元通信连接，接收控制指令并反馈设备运行状态信息。

25、进一步的，所述监控管理单元搭载可视化业务平台，所述可视化业务平台集成gis地图模块、数据统计模块和趋势预测模块；

26、所述gis地图模块展示全路域气象及路面状态点位分布；

27、所述数据统计模块统计预警次数和喷洒作业记录；

28、所述趋势预测模块输出监测点气象及路面参数变化曲线并预测未来路面凝冰发展趋势；

29、所述可视化业务平台适配电脑客户端与移动终端。

30、进一步的，所述监控管理单元配置自动控制模式、远程控制模式、移动无线控制模式和现场手动控制模式四种控制模式；

31、所述监控管理单元还配置多渠道告警输出，包括系统报警、短信报警和app小程序报警中的一种或者多种；

32、所述监控管理单元支持远程查看气象数据信息、设备状态信息以及远程控制系统启动；

33、其中，所述系统还包括视频监控子系统；

34、所述视频监控子系统的摄像头布设于隧道口、桥梁、长大纵坡高危点位中的至少一处，用于在视频画面回传时，复核路面凝冰实况并辅助人工干预喷洒作业；

35、所述监控管理单元，还用于根据所述视频监控子系统回传的喷洒效果图像信息，反馈调整喷洒参数；

36、其中，所述预警分析单元内预设多组冰点-融雪剂浓度映射参数表，根据所述路面状态采集装置反馈的路面冰点温度，匹配输出对应环保型融雪剂配比浓度指令至所述喷洒控制单元；

37、所述喷洒控制单元依据路面水膜厚度、冰点、环境温度参数计算单位面积融雪剂撒布量，实现定点、定时、定量精准喷洒。

38、第二方面，本技术实施例提供了一种路面自动除冰雪的喷洒控制方法，所述方法由如上所述的路面自动除冰雪的喷洒控制系统执行，所述方法包括：

39、s1，通过气象环境采集装置持续采集道路区域的气象环境数据，路面状态采集装置持续采集路面状态参数；

40、s2，对接入的气象环境数据、路面状态参数以及外部气象大数据进行数据融合处理，调用凝冰预测模型开展凝冰风险判别；当监测参数达到预设凝冰喷洒阈值时，生成凝冰预警信号，向监控管理单元输出告警信息，同时向喷洒控制单元下发喷洒作业指令；

41、s3，接收喷洒作业指令后，启动泵送装置，将储液装置中的液态融雪剂经管路系统输送至喷洒执行单元；喷洒终端控制器根据指令控制喷洒终端执行器，按照设定喷洒间隔、喷洒量、喷洒浓度向路面进行雾状喷洒，实现路面提前抗凝冰处置；

42、s4，喷洒作业过程中，持续回传路面实时状态，预警分析单元动态修正喷洒阈值；当路面参数脱离凝冰风险区间后，下发停止喷洒指令，结束喷洒作业；并用于记录完整的监测、预警、喷洒历史数据。

43、第三方面，本技术实施例提供了一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上所述的路面自动除冰雪的喷洒控制系统。

44、第四方面，本技术实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述的方法。

45、本技术实施例所提供的技术方案，通过数据采集单元、预警分析单元、喷洒控制单元、喷洒执行单元及监控管理单元的协同配合，实现了凝冰风险的实时感知、精准预测与自动喷洒处置的闭环控制，相比于现有技术，本发明能够基于气象环境与路面状态多元数据的融合分析，提前预判凝冰风险并自动触发喷洒作业，显著缩短了应急处置响应时间，同时，本方案可以通过雾状喷洒方式实现融雪剂的精准、定量施用，避免了融雪剂过量使用造成的路面腐蚀与环境污染，有效提升了冬季道路行车安全性与融雪剂使用经济性。