СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ДОРОЖНОГО ПОКРЫТИЯ ПРОТИВОГОЛОЛЕДНЫМ РЕАГЕНТОМ
METHOD FOR AUTOMATIC TREATMENT OF ROAD SURFACE WITH DEICING REAGENT

Изобретение может быть использовано на крупных дорожных магистралях. Сущность предложенных технических решений состоит в сборе информации о состоянии окружающей среды на контролируемых участках и передачи этой информации на терминал управления. Терминал на основании анализа полученных данных определяет вероятность возникновения гололеда на контролируемом участке и выдает команду стационарным средствам обработки на упреждающее нанесение противогололедных реагентов. Стационарные средства выполнены с возможностью включения в любой последовательности и выполнены в виде мобильного моноблока. Технический результат - снижение трудоемкости обработки дорожного полотна и точность исполнительской функции системы.
Изобретение относится к автоматизированным техническим средствам обеспечения противодействия гололедным явлениям и может быть использовано для борьбы с гололедом на крупных дорожных магистралях, кольцевых автодорогах, а также для противодействия ледовым образованиям на акваториях морских объектов хозяйственной деятельности.
Из уровня техники известны способы и устройства противогололедной обработки по патентам US №4557420 от 10.12.1985 [1], NL №8900249 от 03.09.1990 [2], JP №1129311 A от 24.08.1999 [3], JP №10280252 от 20.10.1999 [4], заявка US №20031 78501 от 25.09.2003 [5], предложенные в качестве наиболее близких аналогов. Указанное устройство состоит из насосной станции, гидравлической системы дорожного участка и автоматической метеостанции. Насосная станция представляет собой контейнер, установленный в непосредственной близости от обрабатываемого дорожного участка, внутри которого находятся емкости для хранения реагента, насосная гидравлическая система и аппаратура управления. Оборудование дорожного участка состоит из разбрызгивающих головок, расположенных вдоль дорожного участка и объединенных гидравлической системой. Автоматическая метеостанция оборудована датчиками для измерения температуры воздуха, атмосферного давления, относительной влажности, количества осадков (типа «ведро»), скорости и направления ветра. Способ осуществления противогололедной обработки включает нормированное распределение жидкого реагента на поверхности дорожного участка посредством автоматического или дистанционного включения операции разбрызгивания, благодаря которой реагент равномерно наносят по всей протяженности дорожного участка.
К недостаткам известных способа и устройства можно отнести отсутствие системы стабилизации давления в гидросистеме и возможности адресного управления интервалами разбрызгивания головок, что в свою очередь не позволяет нанести реагент с заданной точностью на поверхность дороги - управление разбрызгиванием производится по единственной команде «начать разбрызгивание», после которой производится последовательное автоматическое включение разбрызгивающих головок на единый, заданный для всех головок интервал времени. Кроме того, в состав известного устройства входит такой дорогостоящий и требующий постоянного контроля и обслуживания элемент, как гидроаккумуляторы, снижающие общую надежность системы, а для наполнения реагентом всей гидросистемы, включая гидроаккумуляторы, необходима длительная работа насоса, что удорожает стоимость эксплуатации устройства. Известна также группа изобретений (патент RU №2287635 [6]), сущностью которых является рассчитанное и строго нормируемое нанесение реагента с учетом метеорологической обстановки и рельефа конкретного дорожного участка. Технический результат, который может быть получен при реализации известной группы изобретений [6], заключается в повышении качества обработки дорожного полотна и точности исполнительской функции системы посредством возможности точечного нанесения реагента на конкретный участок дорожного покрытия (с точностью до нескольких квадратных метров) в режиме реального времени.
Для достижения поставленного результата способ автоматической обработки дорожного покрытия противогололедным реагентом включает измерение на контролируемом участке дороги параметры окружающей среды и/или состояние дорожного покрытия посредством установленных вдоль дороги метеорологических датчиков и/или датчиков состояния дорожного покрытия, направляют полученные данные на терминал управления, ведут обработку и анализ полученных параметров с последующим определением нарастания вероятности возникновения гололеда на контролируемом участке и в случае нарастания такой вероятности ведут расчет заданной плотности распределения реагента, направляя посредством терминала управления адресный сигнал на исполнительные механизмы разбрызгивающих головок, обеспечивающие их включение в любой последовательности для нанесения противогололедного реагента с заданной плотностью. Для достижения поставленного результата система автоматической обработки дорожного покрытия противогололедным реагентом включает связанные между собой терминал управления, расположенные вдоль определенных участков дорог метеорологических датчиков и/или датчиков состояния дорожного покрытия разбрызгивающие головки, при этом разбразгинающие головки установлены на проложенных вдоль дороги гидромагистралях, упомянутые датчики выполнены с возможностью измерения на контролируемом участке дороги параметров окружающей среды и/или состояния дорожного покрытия и передачи полученных данных на терминал управления, выполненный с возможностью определения на основании обработки и анализа упомянутых данных нарастания вероятности возникновения гололедной обстановки на контролируемом участке и в случае определения нарастания такой вероятности расчета заданной плотности распределения реагента и направления адресного сигнала на исполнительные механизмы разбрызгивающих головок для нанесения реагента с заданной плотностью, а упомянутые головки выполнены с возможностью включения в любой последовательности.
Известная система обеспечения противогололедной обстановки (СОПО) согласно группе изобретений [6] представляет собой стационарную систему, устанавливаемую в непосредственной близости к контролируемому дорожному участку. Одна СОПО может контролировать участок дороги протяженностью до 1,5 км или, при необходимости, более. В состав СОПО входят автоматическая метеорологическая станция (АМС), центральная насосная станция (ЦНС) и оборудование дорожного участка.
Основными составляющими ЦНС являются шкаф с аппаратурой управления СОПО, гидравлическое оборудование и насос высокого давления.
Аппаратура управления обеспечивает удобный интерфейс, позволяющий управлять СОПО и предоставлять все необходимые данные пользователю в наглядном виде, управление гидравлическим оборудованием, стабилизацию рабочего давления в гидросистеме во время обработки участка дороги реагентом, управление оборудованием контролируемого дорожного участка, получение и обработку данных от АМС, расчет метеорологического прогноза образования гололеда, расчет необходимой плотности распределения реагента, автоматическое выполнение цикла обработки дорожного участка реагентом (включая подготовительные и завершающие операции), контроль за функционированием электронной части системы управления, гидравлического оборудования ЦНС и модулей управления клапанами дорожных участков, графическое отображение текущего состояния гидравлического оборудования ЦНС, обмен данными с центральным терминалом, прием и выполнение команд управления от центрального терминала и хранение данных за заданный период времени.
Оборудование дорожного участка включает блоки дорожных головок, установленных на проложенных вдоль дорожных участков гидромагистралях, а также кабели управления и питания.
Автоматические метеорологические станции за счет применения метеорологических датчиков обеспечивают высокоточное измерение параметров атмосферы, таких как температура воздуха, атмосферное давление, скорость и направление ветра, влажность, количество и тип осадков (с возможностью определения «дождь» или «снег»), приходящую энергию солнечного излучения. Контроль состояния дорожного покрытия обеспечивают дорожные датчики, измеряющие температуру дорожного покрытия на различных глубинах, а также на поверхности дороги, концентрацию реагента на дороге и его состояние - «вода» или «лед». Дорожные датчики могут быть подсоединены как к АМС, так и непосредственно к СОПО через интерфейс оборудования дорожного участка. Обработку дорог реагентом производят при нарастании вероятности возникновения гололедных явлений. Такую вероятность определяют на основании метеорологических данных, выдаваемых АМС. Данные поступают в аппаратуру управления СОПО и на центральный терминал. Команду на обработку вырабатывает либо система управления СОПО, либо центральный терминал.
Для оптимального решения поставленной задачи обработку проводят посредством нанесения реагента перед возникновением гололедной обстановки или перед выпадением осадков, приводящих к гололеду.
Реагент наносят путем разбрызгивания его форсунками блока дорожных головок, расположенных по краю проезжей части. Каждый блок обслуживает участок дороги длиной 10-12 м и шириной в 2-3 полосы. Реагент наносят равномерно с заданной плотностью распределения на всю обслуживаемую площадь дорожного полотна.
Стабильность работы головок обеспечивают за счет увеличения производительности насоса и включения в гидравлическую схему регулятора давления, что устраняет колебания давления в процессе последовательного разбрызгивания реагента и позволяет поддерживать заданные расходные характеристики разбрызгивающих головок.
Кроме того, используемая аппаратура управления ЦНС позволяет формировать последовательный пакет сигналов, включающих адрес головки, команды «включить - выключить», служебные биты и, как следствие, управлять разбрызгивающими головками в любой последовательности, в частности управлять произвольными группами головок, вплоть до одной конкретной головки, задавая для них интервал разбрызгивания и количество наносимого реагента, что в свою очередь позволяет вести контроль и обработку конкретного дорожного участка в данном месте в реальном времени.
Существенными недостатками известной группы изобретений [6] являются:
- необходимость оборудования дорожных участков форсунками блока дорожных головок, установленных на проложенных вдоль дорожных участков гидромагистралях, а также кабелями управления и питания, гидронасосами;
- необходимость оборудования дорожных участков АМС;
- сезонность использования по прямому назначению.
Кроме того, необходимо обеспечить транспортировку реагента к местам разбрызгивания.
Отмеченные недостатки существенно увеличивают материальные затраты на выполнение работ, связанных с обработкой автомагистралей противогололедным реагентом. А с учетом сравнительно невысокой производительностью при применении известной группы изобретений [6] существенно возрастают трудозатраты, особенно если обработке будут подвергаться одновременно существенные по длине участки автомагистрали.
Задачей предлагаемого технического решения является снижение трудозатрат автоматической обработки дорожного покрытия противогололедным реагентом.
Поставленная задача решается за счет того, что в способ автоматической обработки дорожного покрытия противогололедным реагентом, при котором измеряют на контролируемом участке дороги параметры окружающей среды и/или состояние дорожного покрытия посредством метеорологических датчиков и/или датчиков состояния дорожного покрытия, направляют полученные данные на терминал управления, ведут обработку и анализ полученных параметров с последующим определением нарастания вероятности возникновения гололеда на контролируемом участке и, в случае нарастания такой вероятности, ведут расчет заданной плотности распределения реагента, направляя посредством терминала управления адресный сигнал на исполнительные механизмы разбрызгивающих головок, обеспечивающие их включение в любой последовательности для нанесения противогололедного реагента с заданной плотностью, в котором в отличие от прототипа терминал управления, метеорологические датчики и/или датчики состояния дорожного покрытия, исполнительные механизмы разбрызгивающих головок и разбрызгивающие головки и резервуары с противогололедным реагентом размещены на летательном аппарате, выполненном в виде вертолета и/или дирижабля, размещенных в начальных пунктах каждой дистанции автомагистрали, при этом реагент содержит добавления в виде гранитной крошки.
Система автоматической обработки дорожного покрытия противогололедным реагентом, включающая связанные между собой терминал управления, метеорологические датчики и/или датчики состояния дорожного покрытия и разбрызгивающие головки, упомянутые датчики выполнены с возможностью измерения на контролируемом участке дороги параметров окружающей среды и/или состояния дорожного покрытия и передачи полученных данных на терминал управления, выполненный с возможностью определения на основании обработки и анализа упомянутых данных нарастания вероятности возникновения гололедной обстановки на контролируемом участке и, в случае определения нарастания такой вероятности, расчета заданной плотности распределения реагента и направления адресного сигнала на исполнительные механизмы разбрызгивающих головок для нанесения реагента с заданной плотностью, а упомянутые головки выполнены с включением в любой последовательности, в которой, в отличие от прототипа, система автоматической обработки дорожного покрытия противогололедным реагентом выполнена в виде мобильного моноблока.
Новые отличительные признаки, заключающиеся в том, что терминал управления, метеорологические датчики и/или датчики состояния дорожного покрытия, исполнительные механизмы разбрызгивающих головок и разбрызгивающие головки и резервуары с противогололедным реагентом размещены на летательном аппарате, выполненном в виде вертолета и/или дирижабля, размещенных в начальных пунктах каждой дистанции автомагистрали, при этом реагент содержит добавления в виде гранитной крошки, система автоматической обработки дорожного покрытия противогололедным реагентом выполнена в виде мобильного моноблока, позволяет исключить недостатки известного прототипа [6], обусловленные необходимостью оборудования дорожных участков форсунками блока дорожных головок, установленных на проложенных вдоль дорожных участков гидромагистралях, а также кабелями управления и питания, гидронасосами необходимость и оборудования дорожных участков АМС, а также исключить простой механизмов в межсезонье, что существенно может снизить трудозатраты на проведение данных работ.
Кроме того, добавление в реагент гранитной крошки позволит повысить сцепление автошин с дорожным покрытием.
Сущность предлагаемого технического решения заключается в следующем.
Оборудуют летательный аппарат, выполненный в виде вертолета или дирижабля, метеорологическими датчиками и/или датчиками состояния дорожного покрытия, терминалом управления, резервуаром для реагента, механизмами разбрасывания реагента.
В качестве метеорологических датчиков могут быть использованы штатные АМС летательных аппаратов, а также еще и штатные средства, например дирижабля типа Au 30, включающие лазерный локатор и средства аэрофото- и тепловизионной съемки (Фролов А. Дирижабли в системе «Газпрома». Корпоративный журнал ОАО «Газпром» (www.GAZPROM.RU), 2009, №6, с.40-41), которые могут быть использованы для определения характеристик состояния дорожного покрытия автомагистрали. Выбор летательного аппарата, представляющего собой дирижабль, в качестве носителя системы автоматической обработки дорожного покрытия противогололедным реагентом обусловлен тем, что дирижабль может совершить посадку практически в любой местности, например для восполнения запаса реагента. Плавность и скорость перемещения, а также надежность полета позволяют с заданной плотностью размещать реагент по заданной трассе. Наличие на дирижабле спутниковой навигационной системы позволяет обеспечить высокоточное движение вдоль автомагистрали и своевременно вносить необходимые корректирующие действия в план выполнения работ.
Предлагаемые способ и устройство для его осуществления могут быть также использованы и для локализации ледовых полей на акваториях северных морей, с распложенными на них объектами морской хозяйственной деятельности, например, терминалами по добыче углеводородов.
Источники информации
1. Патент US №4557420 от 10.12.1985.
2. Патент NL №8900249 от 03.09.1990.
3. Патент JP №1129311 A от 24.08.1999.
4. Патент JP №10280252 от 20.10.1999.
5. Заявка US №2003178501 от 25.09.2003.
6. Патент RU №2287635.