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系统|除冰融雪有神器——无人驾驶汽车融雪剂喷洒系统研究

系统|除冰融雪有神器——无人驾驶汽车融雪剂喷洒系统研究
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齐河黄河大桥上部构造是钢混叠合梁结构，钢箱梁对防水、防锈要求高，因此冬季除冰融雪作业对融雪剂要求也非常严格。齐河桥不允许使用无机融雪剂，但无腐蚀的有机融雪剂效果虽好，价格却非常高，目前使用的融雪剂达8000元/吨。经计算，仅主桥双向车道一遍融雪操作，融雪剂用量大约为6吨，一场中雪至少喷洒4遍，合计费用约20万元。因此，合理节约使用融雪剂意义重大。目前，定点喷洒有漏喷和重喷问题，浪费严重；车载人工喷洒不均，而且存在浪费和安全隐患，为此笔者及团队开始研发无人驾驶汽车智能喷洒系统。该系统不仅可以喷洒融雪剂，平时还可以进行洒水作业，且融雪剂喷洒均匀，作业快捷、便利，时间节省80%、融雪剂节省40%，安全可靠，值得推广。
融雪防冰方式的革新
齐河黄河大桥桥面结冰容易发生在11月底至下一年4月初的一段时间内。由于全桥位于平曲线上，一旦结冰容易造成交通事故。而且主桥是钢混结构，雪水下渗会发生钢结构锈蚀。钢结构检查维修困难，严重降低桥梁的使用寿命。因此，融雪防冰是必须采取的养护措施，且对融雪剂腐蚀性要求高。最初，齐河黄河大桥采用人工清扫，由于不中断交通，作业非常危险；之后采用人工喷洒融雪剂，浪费严重且喷洒不均，遗漏的局部冰雪仍然会造成车辆打滑，存在安全隐患，必须严防超量喷洒和漏喷。齐河黄河大桥桥面融雪剂的喷洒方案，既要及时适量喷洒，防止桥面结冰，保证行车安全；又要缩短作业时间，尽量减少对交通影响，还要保证作业人员安全，降低养护成本。
传统喷洒方式及特点
目前，我国融雪剂喷洒方式主要包括定点喷洒和车载人工喷洒作业两种。其中，定点喷洒是指在大桥两侧安装喷洒装置，在结构布局上会造成漏喷或重喷，严重浪费融雪剂，并且融雪剂也会溅到桥梁其他部位造成污染。此外，喷嘴安装在桥的两侧影响桥的美观，桥上不能设置加压控制间，桥下高差大、无功压力损失大，桥下看管养护都有困难，会显著增加成本。定点喷洒系统特点如图1。
系统|除冰融雪有神器——无人驾驶汽车融雪剂喷洒系统研究
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图1 自动喷水系统典型作业效果图
图1是自动喷水系统典型作业效果图。最大喷洒半径15米，喷嘴间距18米；间距减小、重叠范围加大，间距加大、缺失面积增加；喷洒强度由近及远逐渐减弱；喷洒角度0-180度，但当喷洒角度为180度时，浪费严重，所以一般设定为160度。另外，受压强制约，管道不能太长；为保证压力，全线不能同时喷洒，一般只开2个喷嘴；控制室和加压设备需要专门房间，融雪剂也需要存储池、配电箱等，日常维护、监管费用较高，只能用于雨雪天气，利用率很低。
总之，浪费、缺失、重叠、不均和漏洒都是固有缺陷。每次喷洒只能开启两个喷嘴，作业用时长、融雪剂浪费和维护费用高，也是定点喷洒难以解决的问题。
而车载人工喷洒和洒水车雷同，主要存在喷洒不均匀和融雪剂浪费严重的问题，并且低速行驶存在一定的安全风险。
无人驾驶汽车喷洒系统的优势
本文提出一种无人驾驶汽车喷洒系统，主要由人工智能识别、车辆可控底盘、车辆控制器、互联网+、远程控制系统、智能喷洒系统组成。目前，无人驾驶汽车在许多领域逐渐推广，但融雪剂喷洒无人驾驶汽车国内尚无应用。本桥桥梁养护无人驾驶汽车应用的优势主要有以下几点：
1.喷洒车可以通过人工智能识别系统与喷洒系统相结合，实现喷洒的开启和关闭，减少桥梁的腐蚀和融雪剂浪费等现象；
2.智能喷洒系统与自动驾驶相结合，喷洒过程可以确保定速、定量喷洒，全桥面喷洒均匀，作业车速接近社会车辆正常行驶速度，不会影响和污染相邻车道车辆，更加安全可靠；
3.自动与手动方式一键切换，在喷洒区域以外可以人工驾驶，完成洒水等作业。定点、定线自动驾驶会显著降低车辆成本，提高综合经济效益。
4.运用智能识别与互联网技术实现大桥巡检，能与全过程管理系统对接，其科技创新、绿色环保的内涵符合大桥管理目标。
无人驾驶与智能喷洒相结合
无人驾驶汽车是成熟技术
无人驾驶汽车又被称为自动驾驶智能汽车，旨在没有人类参与的情景下，依靠车载智能系统，借助智能驾驶仪来实现汽车无人驾驶的功能。无人驾驶汽车主要利用传感器及智能软件系统感知车辆围边环境，并依据道路、位置及障碍物信息，实时作出反应判断，实现对车辆的控制，使车辆正常、可靠、安全地行驶。本桥使用自动驾驶主要是实现了速度与压力的对应关系，精准实现融雪剂的均匀喷洒，从而达到节约融雪剂的目的。
目前，我国无人驾驶汽车技术在一系列政策支持下，发展得十分迅速并逐渐成熟。2011年7月14日，由国防科技大学自主研制的红旗HQ3无人驾驶汽车，首次完成了从长沙到武汉近300公里的高速全程无人驾驶实验。2016年7月6日，北汽集团宣布与辽宁盘锦红海滩景区战略合作，将无人驾驶汽车正式推向商用。2017年7月5日，在“百度人工智能开发者大会”上，百度正式宣布“Apollo”计划一一向汽车行业及自动驾驶领域的合作伙伴提供一个开放、完整、安全的软件平台，帮助其结合车辆和硬件系统，快速搭建一套属于自己的完整的自动驾驶系统。百度CEO李彦宏亲自乘坐百度阿波罗自动驾驶汽车，从百度公司到国家会议中心现场。而齐河大桥养护区段只有4公里，全桥人车分离，作业路况远远没有上述开放性区域复杂，安全性、可靠性都会显著提高。


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