道路冰情检测及除冰雪技术综述

(河南大学土木建筑学院 河南 开封 475004)

道路冰情检测及除冰雪技术综述

郑淮林张波赵孟伟

(河南大学土木建筑学院 河南 开封 475004)

随着经济的快速发展，全球公路里程不断增加，道路结冰积雪带来的问题日渐凸显，造成的损失也在逐年上升。在此背景下，对于路面冰情检测以及消除冰雪的技术亟待研究，如果能在道路结冰时快速检测，就能提前发出预警，也可及时采取措施减少危害，另一方面及时除冰雪也能降低危害。本文就国内外相关技术介绍国内外路面冰情检测以及除冰雪的技术，有利于推动我国道路交通安全，为国民经济保驾护航。

道路；冰情检测；传感器；除冰技术

一、冰情检测传感器

从二十世纪五十年代开始,欧美等发达国家就开始了有关冰情检测的研究，根本上是以智能传感器来探测路面结冰的方式为主，经过六十多年的研究已经初具规模，冰情检测传感器相关技术也得到极大发展。

①压差式传感器：通过两探头之间就会产生压力差得到结冰状况的信号；②障碍式结冰传感器通过测量转动的旋转刮板转矩，在预先设置好的转矩点结冰传感器给出除冰信号③振动式结冰传感器的原理是利用振动体谐振频率的变化来判断物体表面是否有冰。④超声式结冰传感器：在物体的表面安装一套超声波的发射和接收装置，通过计算物体表面内的弯曲弹性波来得出冰层的厚度。⑤热流式结冰传感器:通过分析流过物体表面热流的变化来区分物体表面存在的沾染物(霜、冰、非冰流体等)。⑥电容式结冰传感器:比较建立在两个电容上的瞬态电压，逻辑电路就可以确定出冰层的存在以及厚度。⑦光纤式结冰传感器：通过检测接收光信号的强度能区分物体表面是否有冰。⑧微波式结冰传感器：通过检测谐振频率的偏移量就可以算出冰层的厚度。⑨红外线结冰传感器：利用多波长红外线在水中或冰中的光吸收系数的不同来确定和检测冰或水的厚度。该方法可以测量从几个微米到几个厘米冰(水)的厚度。

二、除冰雪技术

道路冰情检测技术的应用虽然一定程度上能为预警带来方便，但是实时除冰融雪才是消除冰情雪情危害的关键。目前比较普遍采用的除冰融雪方法主要有: (1) 人工除冰雪; (2) 化学融冰雪;(3) 机冰械除雪; (4) 物理除冰雪。后三种方法在大面积除冰融雪时为主要采用的方式，但它们也各有利弊。

(1) 人工除冰雪。相对来说最为环保，而且除冰雪效果最好，除冰雪率能达到100%，更有利于道路行车安全，但是相对清扫面积小，效率低，而且耗费大量人力物力。

(2) 化学除冰融雪法。化学除冰融雪法主要是通过抛洒工业氯盐来达到目的。最早于二十世纪三十年代在美国开始使用，九十年代，美国每年除雪用掉氯盐类“化冰盐”上千万吨。但是在人们享用着“化冰盐”高效廉价的除雪特点的时候，也付出了较大的代价。融雪剂对环境污染严重:目前我国各地区在除冰雪过程中均大量采用氯盐类融雪剂进行融冰除雪，每年有数千万吨的氯盐类融雪剂撒在公路上，流入公路两侧，致使公路两侧环境遭到破坏，植被枯死，饮用水遭到污染。

① 撒盐粒和撒砂：由于撒盐粒和撒砂比较方便，在冬季来临之前，可储备一定的量，下雪后用机械或人工撒布，使用方便，除下雪量大的地区外均可使用。撒盐粒后到雪的溶化需有一个过程，而盐粒溶化成盐水后才能使雪溶化。一般均为过量撒布，而且必须要有专用的撒布设备。据资料介绍，美国2008年消耗了22.6 X 106吨这样的融雪材料。撒盐的副作用是，盐对路而、公路设施、土壤、农作物、地表水、水生物等产生腐蚀污染。

②撒湿盐：撒盐粒时易引起反弹，为了减少盐粒的反弹，撒盐粒前先将盐粒顶湿，湿的盐粒减少了反弹，但盐粒顶湿后流动性差。不过，盐顶湿后加快了雪的溶化，但湿盐易堵塞，所以对设备提出了更高的要求。

③洒盐水：盐化成盐水后除冰雪更快速，且盐水不反弹，盐水更易于均匀地流淌于路面，而且一般用盐水除雪可减少:30%的用盐量。但是喷盐水前需要增加化盐设备，且由于盐水的腐蚀性大，储存和扰动设备等必须要有防腐措施。

(3) 机冰械除雪。①除雪犁(推雪板)：可安装在汽车、装载机、平地机等多种动力机械上，这种除雪方式的设备结构简单、换装容易、机动灵活、效率高，适宜于清除有一定厚度的新雪。只要是经常下雪的地区，均可按常规装备除雪犁，并可采用随时下雪随时清除的方法。在不经常下雪的地区，除雪犁作为储备装置，一旦下雪，就在动力机械上安装除雪犁进行除雪作业。因此，除雪犁的装备范围较广，而且装备成木低。安装专用的清扫滚除雪。

②旋转除雪机(抛雪机)：集雪螺旋主要完成积雪的切削、输送，其叶片一般布置为左右旋向，便于雪从两边向中间运动至抛雪风扇处。抛雪风扇叶片为辐射状，进入风扇的雪在高速旋转叶片离心力作用下，沿着叶片表而运动至风扇壳体顶部开口处抛出，由抛雪筒导向合适区域。旋转除雪机成本较高，一般用于天气寒冷、雪量大的地区

③滚切除冰机：由牵引车牵引，其由一个滚切轮和刮刀组成。滚切轮有液压机构升降，作业时滚切轮贴近冰而。在设备的重力作用下，滚切轮对冰而产生一定的压力，随着除冰机前行滚切轮将冰而切碎，破碎的冰渣由刮刀清除。

④冲击除冰机：由牵引车牵引，其由冲击除冰转子和机架等组成。冲击除冰转子由副发动机驱动，通过液压机构升降，可调节其与冰而的距离。冲击除冰转子上安装有多排冲击除冰器，每个冲击除冰器的本体由钢丝绳组成，在钢丝绳的两端铆接有冲击头，内侧用压板固定于冲击除冰转子轴上。冲击除冰转子转动时冲击头敲击冰面，冰面因被敲击而破碎。

(4) 物理除冰雪。主要以美国、日本、北欧等国家为代表，在该领域开展了大量的理论研究和示范工程。物理类融雪除冰方法是较为理想的方法，因此各国在这方面都有大量的研究，而且取得了相当不错的成果，也形成的各式先进的方式。

①热力融冰雪类技术：利用地热、燃气、电或太阳能等产生的热量使冰雪融化，如地热管法、电热丝法、红外线灯照加热法、太阳能加热法、发热电缆法等。主要是利用铺设于路面内的能量储存和转化装置，将其他形式的热能储存于该装置内，在路面积雪时，将能量释放，使路面积雪融化，并以蒸汽与水的形式排除掉。具有融雪化冰速度快、安全和环保等优点。但对路面材料、路面结构和设计施工都有特殊、严格的要求，工艺复杂，能耗较大，费用较高，维修养护时需要路面开挖，目前在实际应用中受到一定的限制。

②抑制冻结铺装类技术。抑制冻结铺装类技术是通过在路面铺装材料内添加一定量的特殊材料，改变路面与轮胎的接触状态和路面的变形特性，利用添加的特殊材料的变形能力较强的特性，通过路面在外荷载作用下产生的自应力，使路面冰雪破碎融化，从而有效抑制路面积雪和结冰。

橡胶颗粒填充混合料：掺入橡胶颗粒的沥青路面是利用橡胶颗粒弹性的物理式冻结抑制路面，该路面的基本概念是在20世纪70年代由瑞典道路研究所提出的。

镶嵌类铺装技术：在普通沥青路面铺筑完成后，通过一定的施工工艺将弹性材料镶嵌在路面表面，单纯利用弹性变形降低冰雪对路面的粘结程度，从而提高冰雪破碎的机率，从而破除路面积雪结冰。

粗糙型铺装技术：采用大粒径、开级配沥青混凝土铺筑面层，增加面层的粗糙度。冰冻后，行车辗压时，水平力的作用使结冻层很快被磨耗掉，也增加了制动效果。

[1]许元杰.国内外公路除冰雪技术现状及加热除冰雪方式探讨[J].《四川建筑》.2012

郑淮林，男，汉，河南信阳，在读本科生，研究方向土木工程路桥方向；张波，男，汉，河南新郑，在读本科生，研究方向土木工程路桥方向；赵孟伟，男，汉，河南周口，在读本科生，研究方向土木工程建工方向。