高速公路路面积雪结冰自动喷淋融雪剂应用方案

项目背景与行业痛点

冬季低温、降雪、冻雨及昼夜温差变化容易造成高速公路路面积雪、薄冰、黑冰和低温湿滑。 尤其在长大纵坡、背阴路段、急弯、桥面、隧道出入口、风口以及历史易结冰点， 路面热状况与周边普通路段存在明显差异，往往形成局地性、突发性结冰风险。

对高速公路而言，长大纵坡结冰会显著影响重型车辆爬坡与制动能力； 急弯结冰会降低车辆侧向附着能力；背阴路段由于太阳辐射不足， 即使周边道路已经融化，局部仍可能长时间保持低温和薄冰状态。 因此，仅依据空气温度、天气预报或人工巡查难以准确判断真实路面状态。

本方案的建设重点不是简单实现“低于0℃自动喷融雪剂”，而是建立一套面向高速公路高风险路段的 路面状态感知—结冰风险计算—智能决策—分区喷洒—交通诱导—效果复核—运维管理 一体化系统，使融雪剂由传统经验式撒布向数据驱动、按需喷洒和闭环控制转变。

建设目标与监测目标

建设目标

针对高速公路长大纵坡、背阴路段、急弯及其他易结冰高影响区域， 建设道路积雪结冰自动监测与融雪剂智能喷洒系统， 通过路面状态监测设备、道路气象监测设备、边缘控制设备、 固定式融雪剂喷淋设施以及SIYB®智能管理平台， 形成全天候、无人值守、可人工接管的冬季道路安全保障系统。

监测目标

需求分析

1. 高风险路段精准识别需求

系统优先面向长大纵坡、背阴路段、急弯、桥梁、隧道出入口、 风口及历史事故易发结冰路段建设监测点。 不采用“全线路平均气象条件”代替局部道路状态， 而是形成高影响点位和重点路段分区管理。

2. 提前防冰需求

单纯在已经形成明显冰层后再喷洒属于被动除冰。 本方案通过分析路表温度接近冰点、水膜存在、降水类型、 湿度、露点及温度下降趋势，在满足预设条件时提前进入防冰准备状态， 为预防性喷洒提供依据。

3. 精准用药需求

根据不同路段、不同结冰风险和不同降雪阶段确定喷洒区域、 喷洒时机和喷洒强度，避免整条道路无差别、大剂量撒布。 每个喷洒分区均记录实际流量、持续时间和累计融雪剂使用量。

4. 高速公路安全联锁需求

固定喷淋系统属于道路现场执行设备，必须设置本地控制、 远程控制、自动控制、紧急停止、故障禁止喷洒、流量异常保护、 低液位保护、压力异常保护以及通信失联保护。 自动模式下所有控制条件、执行动作和操作人员干预均应记录。

5. 交通诱导联动需求

当路面出现低温湿滑、结冰、积雪或正在进行自动喷洒作业时， 系统可向既有可变情报板、道路诱导系统和交通管理平台输出状态， 显示“前方路面结冰”“道路湿滑 谨慎驾驶”“正在进行融雪作业”等提示信息。

总体解决方案

系统采用“感知层—边缘控制层—通信层—平台层—执行层—交通联动层”的总体架构。 在长大纵坡、背阴路段和急弯等重点位置部署S-CG-RSI01道路积雪结冰监测仪， 配置路表温度、环境温湿度、降水等传感器； 通过边缘控制主机进行现场数据融合和结冰风险判断； 达到控制条件后驱动对应道路分区的融雪剂泵组和电磁阀， 通过沿道路布设的喷嘴进行定向喷洒。

喷洒完成后，系统继续读取路面状态， 判断冰雪覆盖是否减弱、路表状态是否由结冰转为湿润或安全状态， 必要时按照设定的最小间隔时间执行补充喷洒， 从而构成闭环控制，避免连续无反馈喷洒。

系统架构设计

分区控制设计

对长距离高风险道路不建议采用单一喷洒回路， 而是依据坡度、阴阳坡、弯道、桥面和历史结冰特征划分多个独立控制区。 每个区域配置独立电磁阀或电动阀， 可单独启动、停止和计量。

例如一处长大纵坡可划分为坡底区、坡中区、坡顶区以及急弯区； 当仅坡顶背阴段达到结冰条件时，只启动对应区域喷洒， 无需整段启动，从而实现精细化融雪剂调度。

监测内容与监测方法

技术原理与算法模型

1. 路面积雪结冰识别原理

非接触道路积雪结冰传感器向目标路面发射特定波段光信号并接收反射光。 干燥路面、水膜、冰层和积雪具有不同的光谱反射和吸收特征， 系统通过光谱特征、反射强度及标定模型识别路面状态。

2. 多参数结冰风险模型

系统不采用单一“路表温度低于0℃”条件判断是否结冰， 而是综合路表温度、自由水、降水、空气湿度、路面当前状态、 路表温度变化速率以及道路位置特征计算综合风险。

可采用如下工程化风险模型：

R = w1 × F(Ts - Tf)
  + w2 × F(W)
  + w3 × F(P)
  + w4 × F(RH, Td)
  + w5 × F(dTs/dt)
  + w6 × Ksite
  + w7 × Khistory
  

其中：R为结冰综合风险指数；Ts为路表温度；Tf为路面液体有效冰点； W为水膜/覆盖状态；P为降水状态；RH为相对湿度；Td为露点； dTs/dt为路表温度变化趋势；Ksite为道路场景修正系数； Khistory为历史结冰特征修正系数。 各权重应依据项目所在地气候、道路材料和历史数据进行现场标定， 不采用全国统一固定系数。

3. 高风险场景修正

系统可对长大纵坡、背阴路段、急弯、桥面、风口以及隧道出入口赋予不同场景参数。 在相同路表温度条件下，高影响点位可提前进入预警或准备状态， 以适应局地微气候差异。

4. 融雪剂有效性约束

自动喷洒之前应校验所配置融雪剂类型、浓度及适用温度范围。 当路表温度已经低于当前融雪剂配置的有效工作温度， 或药液自身存在冻结风险时，系统禁止仅依赖自动喷洒继续处置， 转为人工养护、机械除雪或其他应急处置。

5. 闭环喷洒控制模型

喷洒控制采用“第一次判断—定量喷洒—等待作用—再次检测—效果评价—决定是否补喷”的闭环方式。 系统不得采用无反馈的连续长时间喷洒。

监测路面状态
    ↓
计算结冰风险
    ↓
检查融雪剂有效温区
    ↓
检查液位 / 压力 / 流量 / 阀门 / 通信
    ↓
启动交通提示
    ↓
开启目标分区阀门
    ↓
按目标剂量喷洒
    ↓
停止喷洒并等待作用
    ↓
重新检测路况
    ↓
风险下降 → 结束
风险持续 → 判断是否补喷
风险恶化 → 升级养护和交通管制
  

系统功能设计

硬件组成与配置方案

核心设备参数

S-CG-RSI01道路积雪结冰监测仪

智能喷洒系统参数设计原则

上述参数属于方案设计参数方向。 实际项目应结合道路等级、最低气温、融雪剂种类、道路长度、 高差、管路布置、作业剂量及当地高速公路运营单位要求完成水力计算和设备选型。

软件平台与数据展示

SIYB®道路积雪结冰智能管理平台以GIS地图为核心， 将道路监测站、喷洒区、泵站、储液罐、可变情报板及视频监控统一到一张图管理。

数据分析与智能应用

道路结冰风险分区

通过多年道路状态、气象和养护作业数据， 建立高速公路易结冰路段数据库， 分析不同桩号、方向、车道和时间段的结冰频率， 逐步形成道路冰雪风险热力图。

温度下降趋势分析

与单一当前温度相比，系统重点分析一定时间窗口内的路表降温速度。 当路面处于湿润状态且路表温度持续接近冰点时， 可提前提升风险等级，为预防性喷洒预留处置时间。

喷洒效果评价

平台记录喷洒前、喷洒中和喷洒后的路表温度、路面状态、 冰雪覆盖、喷洒剂量和持续时间， 可计算不同气象条件下的实际融冰效果， 为后续优化剂量策略提供数据。

融雪剂消耗模型

通过“道路面积×设定单位面积剂量×道路风险等级×现场修正系数” 形成目标药剂量，再与流量计的实际用量进行闭环校核。 所有单位面积剂量应采用道路运营单位批准的融雪剂和现场试验数据确定， 不直接套用未经验证的固定参数。

历史事件学习

对历史结冰事件、喷洒时间、道路恢复时间和事故记录进行关联分析， 逐步优化不同路段的场景修正系数和预警提前量， 形成“一路段一策略”。

预警机制与决策支撑

自动喷洒安全联锁

自动启动前应同时满足：传感器数据有效、风险条件成立、 控制器工作正常、储液量正常、管路和阀门状态正常、 融雪剂有效工作温度满足要求、系统处于允许自动运行模式。

出现关键传感器失效、通信异常、液位过低、泵组故障、 管路压力异常、流量明显偏离设定值、阀门反馈异常或人工急停时， 自动喷洒应立即禁止或停止，并生成设备告警。

项目实施方案

第一阶段：现场勘察

调查道路桩号、坡度、弯道半径、阴阳坡、桥梁、风口、 历史结冰位置、事故记录、既有交通气象站、供电、通信、 排水以及可变情报板系统。

第二阶段：高影响路段划分

依据历史结冰记录和现场环境， 确定长大纵坡、背阴区、急弯、桥面和隧道口等优先建设点， 并划分独立喷洒控制区。

第三阶段：监测设施建设

道路积雪结冰监测仪优先安装在道路侧方立杆或既有门架， 传感器视场应完整覆盖代表性路面， 避免长期受车辆遮挡、照明直射和强镜面反射。

第四阶段：喷洒管网建设

根据路段长度、高差和道路横断面进行主管、支管和喷嘴设计。 山区长大纵坡应充分考虑静压差、沿程压力损失、 低温防冻和停机排液要求。

第五阶段：控制与平台接入

完成路况传感器、气象设备、泵站、流量计、压力传感器、 电磁阀和控制柜接入，建立设备编码、道路桩号和喷洒区域之间的对应关系。

第六阶段：交通系统联调

与高速公路监控中心、可变情报板、道路养护平台进行接口联调， 验证预警信息、作业状态和解除信息能够正确传递。

第七阶段：现场标定与试喷

分别在干燥、潮湿、积水、积雪及结冰等状态下进行路况比对； 对各喷洒区进行现场试喷， 检查喷幅、均匀性、实际流量、管路压力和道路覆盖效果。

第八阶段：试运行

项目初期建议采用“系统自动判断+人工确认执行”模式， 在积累足够现场运行数据并完成安全验证后， 再按道路管理单位批准的策略逐步启用自动喷洒。

运维服务保障

每年进入冬季前应完成一次系统专项巡检和全线试喷， 对储液系统、泵组、阀门、流量计、压力传感器、喷嘴、 控制逻辑、通信系统和情报板联动进行完整测试。

项目优势与方案价值

从“天气监测”升级为“直接看路面”

系统直接获取实际道路表面状态和路表温度， 避免仅依据空气温度推测道路是否结冰。

从“结冰后处置”升级为“提前防冰”

通过温度趋势、水膜、降水和风险模型识别潜在结冰条件， 为预防性融雪作业提供时间窗口。

从“整段撒布”升级为“分区精准喷洒”

仅对实际存在风险的道路区域执行作业， 减少无效融雪剂使用，尤其适合长大纵坡、背阴坡和局部急弯。

从“人工经验”升级为“数据闭环”

喷洒前有风险依据、喷洒中有流量计量、喷洒后有路况反馈， 每一次融雪作业均形成完整数据链。

监测、养护和交通诱导一体化

系统不仅控制融雪设备， 还可以同步联动可变情报板、养护调度和道路交通管理系统， 形成完整高速公路冰雪天气处置体系。

应用场景

效益分析

项目运行后可重点统计结冰事件发现提前量、自动处置响应时间、 融雪剂单位道路面积消耗量、重复喷洒次数、道路恢复时间、 设备在线率和误喷/漏喷事件等指标， 用于量化评估系统实际运行效益。

标准规范与政策依据

本系统涉及道路交通气象监测、路面结冰监测、户外设备防护、 电磁兼容以及高速公路冬季养护控制。 设计、设备选型、施工和验收应结合项目所在地主管部门、 高速公路运营单位及项目技术文件要求执行。

自动喷洒设备最终控制策略、融雪剂种类、单位面积用量和启动条件， 应根据当地气候、道路等级、环境要求、融雪剂技术资料以及道路运营单位批准的冬季养护方案确定。

成功案例

当前资料未提供可公开核验的SIYB®高速公路路面积雪结冰自动喷融雪剂已交付项目， 因此本方案不虚构真实客户名称、项目地点或运行数据。 以下内容作为典型工程应用模式，用于项目规划、技术交流和方案设计。

参考文献

1. GB/T 33697-2017《公路交通气象监测设施技术要求》。
2. JT/T 715-2022《道路交通气象环境 埋入式路面状况检测器》。
3. GA/T 1494-2018《路面结冰监测系统通用技术条件》。
4. GB/T 46252-2025《道路结冰高影响路段排查规范》。
5. GB/T 4208-2017《外壳防护等级（IP代码）》。
6. GB/T 17626系列《电磁兼容 试验和测量技术》。
7. 道路交通气象、道路冰雪灾害、路面能量平衡、冰雪路况光学识别及冬季道路养护相关公开技术资料。
8. 液态融雪剂、固定式自动喷洒系统及高速公路冬季除冰雪养护相关工程技术资料。

本方案为高速公路路面积雪结冰自动喷融雪剂系统的技术设计参考。 实际工程中的喷洒剂量、药液浓度、控制阈值、管路压力、喷嘴间距、 自动控制权限和交通联动逻辑，应在现场勘察、系统设计、冬季试运行及道路运营单位确认后最终确定。