Организация и проведение термокартирования автомагистралей
|
Введение.
1 Факторы, влияющие на изменение температуры поверхности дороги .
1.1. Температура поверхности дороги 6
1.1.1 Влияющие факторы 6
1.1.2 Связь с температурой воздуха 12
1.2 Атмосферные явления и поверхность дороги 13
1.2.1 Испарение и конденсации 13
1.2.2 Замерзание и таяние 14
1.2.3 Структура льда 17
1.3 Классификация зимней скользкости 18
2 Методы измерения температуры поверхности дороги 22
2.1 Устройство и принцип действия инфракрасного радиометра на примере автоматического одноканального инфракрасного радиометра (АИР-2) 22
2.1.1 Назначение, устройство и условия эксплуатации автоматического одноканального инфракрасного радиометра (АИР 2) 22
2.1.2 Технические данные автоматического одноканального инфракрасного
радиометра 24
2.1.3 Устройство и принцип действия автоматического одноканального инфракрасного
радиометра 25
2.1.4 Оптический блок ИК-радиометра 25
2.1.5 Дистанционное измерение характеристик состояния автодорожного
покрытия
2.2 Автоматические дорожные метеорологические станции на примере
АДМС.КСЗЛ 40
2.2.1 Структура оборудовния 47
2.2.2 Конструкция анализаторов DM31 и БМ31К 47
2.2.3 Плата интерфейса DRI50 48
2.2.4 Датчик состояния дороги DRS50 49
2.2.5 Индикатор дождя DRD11A 52
2.2.6 Датчик температуры и влажности HMP35D 52
2.2.7 Дополнительные датчики 52
2.2.8 Программное обеспечение и функционирование 53
3 Обработка данных и построение температурных профилей автомобильных дорог 54
3.1 Обработка данных 54
3.2 Построение температурного профиля по однородным температурным
участкам 59
3.3 Построение температурного профиля при разбиение трассы на участки равной длины 62
3.4 Расчет температуры поверхности дороги по данным термокартирования 64
Заключение 72
Список использованной литературы 74
1 Факторы, влияющие на изменение температуры поверхности дороги .
1.1. Температура поверхности дороги 6
1.1.1 Влияющие факторы 6
1.1.2 Связь с температурой воздуха 12
1.2 Атмосферные явления и поверхность дороги 13
1.2.1 Испарение и конденсации 13
1.2.2 Замерзание и таяние 14
1.2.3 Структура льда 17
1.3 Классификация зимней скользкости 18
2 Методы измерения температуры поверхности дороги 22
2.1 Устройство и принцип действия инфракрасного радиометра на примере автоматического одноканального инфракрасного радиометра (АИР-2) 22
2.1.1 Назначение, устройство и условия эксплуатации автоматического одноканального инфракрасного радиометра (АИР 2) 22
2.1.2 Технические данные автоматического одноканального инфракрасного
радиометра 24
2.1.3 Устройство и принцип действия автоматического одноканального инфракрасного
радиометра 25
2.1.4 Оптический блок ИК-радиометра 25
2.1.5 Дистанционное измерение характеристик состояния автодорожного
покрытия
2.2 Автоматические дорожные метеорологические станции на примере
АДМС.КСЗЛ 40
2.2.1 Структура оборудовния 47
2.2.2 Конструкция анализаторов DM31 и БМ31К 47
2.2.3 Плата интерфейса DRI50 48
2.2.4 Датчик состояния дороги DRS50 49
2.2.5 Индикатор дождя DRD11A 52
2.2.6 Датчик температуры и влажности HMP35D 52
2.2.7 Дополнительные датчики 52
2.2.8 Программное обеспечение и функционирование 53
3 Обработка данных и построение температурных профилей автомобильных дорог 54
3.1 Обработка данных 54
3.2 Построение температурного профиля по однородным температурным
участкам 59
3.3 Построение температурного профиля при разбиение трассы на участки равной длины 62
3.4 Расчет температуры поверхности дороги по данным термокартирования 64
Заключение 72
Список использованной литературы 74
Рост интенсивности движения на современных автомобильных дорогах повышает требования к уровню безопасности движения и пропускной способности в различные сезоны года и в различных погодных условиях. Одним из самых сложных и ответственных является зимний период.
Температура покрытия проезжей части конкретного участка дороги является носителем информации множества воздействующих на покрытие в данной точке факторов: солнечная радиация, роза ветров, теплоемкость земляного полотна или других конструктивных элементов (пролетные строения мостов, путепроводов и т.д.), интенсивность и состав дорожного движения, температура и влажность воздуха, микроклимат, степень увлажнения покрытия и т.д.
Одним из элементов информационных систем, в том числе, системы диагностики состояния покрытия могло бы быть температурное картирование проезжей части автомобильных дорог (термокартирование).
Термокартирование - создание температурных карт поверхности проезжей части дороги. С помощью таких карт выявляются места с пониженной температурой поверхности покрытия, т.е. потенциальные места первоочередного снижения сцепных свойств дорожного покрытия в гололедоопасные периоды времени. Наличие информации о таких местах позволяет службам содержания принимать первоочередные меры по предупреждению пользователей автомобильных дорог об опасных условиях движения, а также по ликвидации этих условий.
Термокартирование описывает типовую температуру покрытия проезжей части, представляющую собой графическую линию температуры вдоль дороги. На основе проводимых измерений возможно создание температурной модели покрытия дороги, которая служит дополнительной информационной базой службы содержания дорог.
Данные термокартирования, переведенные в цифровую форму и загруженные в информационную систему, могут быть использованы при подготовке прогностических материалов по минимальной температуре дорожных покрытий сети обслуживаемых дорог.
Термокартирование может работать как самостоятельная система, так и совместно с системой погодного мониторинга.
Работая в системе АДМС, погодных радаров, камер дорожной погоды, а также региональных метеослужб, это средство позволяет опытному диспетчеру делать относительно истинное описание преобладающей температуры дорожной сети. Таким образом, достаточно просто определить наиболее вероятное время и места на дорогах, которые подвергнутся обледенению раньше других, а значит упредить неблагоприятные факторы, сопутствующие дорожному движению, применяя выборочные превентивные меры.
Целью данной работы рассмотреть разные варианты построения температурных профилей автомобильных дорог, для выявления наиболее оптимальных.
Для работы была предоставлена база данных, полученная с помощью передвижной лаборатории, оснащенной радиометром и оборудованием для первичной обработки данных. Термокартирование проводилось на участке автомобильной дороги Краснодар -Ейск. Была создана специальная передвижная лаборатория для термокартирования на базе автомобиля Фольксваген транспортер.
Оборудование передвижной лаборатории для термокартирования включает в себя следующие компоненты:
• инфракрасный радиометр,
• устройство GPS для фиксирования местоположения и времени,
• оборудование для записи данных (ноутбук с выходом USB/COM - портом и
с защитой от механических вибраций - тряски).
• датчик температуры воздуха, который устанавливается на высоте 0.2-0.4м
над поверхностью,
• датчик температуры и влажности воздуха, который устанавливается на
высоте 2-3м над поверхностью.
Были выполнены предварительные испытания передвижной лаборатории
Температура покрытия проезжей части конкретного участка дороги является носителем информации множества воздействующих на покрытие в данной точке факторов: солнечная радиация, роза ветров, теплоемкость земляного полотна или других конструктивных элементов (пролетные строения мостов, путепроводов и т.д.), интенсивность и состав дорожного движения, температура и влажность воздуха, микроклимат, степень увлажнения покрытия и т.д.
Одним из элементов информационных систем, в том числе, системы диагностики состояния покрытия могло бы быть температурное картирование проезжей части автомобильных дорог (термокартирование).
Термокартирование - создание температурных карт поверхности проезжей части дороги. С помощью таких карт выявляются места с пониженной температурой поверхности покрытия, т.е. потенциальные места первоочередного снижения сцепных свойств дорожного покрытия в гололедоопасные периоды времени. Наличие информации о таких местах позволяет службам содержания принимать первоочередные меры по предупреждению пользователей автомобильных дорог об опасных условиях движения, а также по ликвидации этих условий.
Термокартирование описывает типовую температуру покрытия проезжей части, представляющую собой графическую линию температуры вдоль дороги. На основе проводимых измерений возможно создание температурной модели покрытия дороги, которая служит дополнительной информационной базой службы содержания дорог.
Данные термокартирования, переведенные в цифровую форму и загруженные в информационную систему, могут быть использованы при подготовке прогностических материалов по минимальной температуре дорожных покрытий сети обслуживаемых дорог.
Термокартирование может работать как самостоятельная система, так и совместно с системой погодного мониторинга.
Работая в системе АДМС, погодных радаров, камер дорожной погоды, а также региональных метеослужб, это средство позволяет опытному диспетчеру делать относительно истинное описание преобладающей температуры дорожной сети. Таким образом, достаточно просто определить наиболее вероятное время и места на дорогах, которые подвергнутся обледенению раньше других, а значит упредить неблагоприятные факторы, сопутствующие дорожному движению, применяя выборочные превентивные меры.
Целью данной работы рассмотреть разные варианты построения температурных профилей автомобильных дорог, для выявления наиболее оптимальных.
Для работы была предоставлена база данных, полученная с помощью передвижной лаборатории, оснащенной радиометром и оборудованием для первичной обработки данных. Термокартирование проводилось на участке автомобильной дороги Краснодар -Ейск. Была создана специальная передвижная лаборатория для термокартирования на базе автомобиля Фольксваген транспортер.
Оборудование передвижной лаборатории для термокартирования включает в себя следующие компоненты:
• инфракрасный радиометр,
• устройство GPS для фиксирования местоположения и времени,
• оборудование для записи данных (ноутбук с выходом USB/COM - портом и
с защитой от механических вибраций - тряски).
• датчик температуры воздуха, который устанавливается на высоте 0.2-0.4м
над поверхностью,
• датчик температуры и влажности воздуха, который устанавливается на
высоте 2-3м над поверхностью.
Были выполнены предварительные испытания передвижной лаборатории
Информация относительного пространственного изменения температуры поверхности дороги важна для инженеров шоссе, дорожных властей (комитетов), для того чтобы можно было в дальнейшем спрогнозировать, где и когда возможно формирование какого либо вида зимней скользкости на дороге в зимний период года. Такая информация обеспечивает данными, которые говорят о том, где и когда целесообразно применять средства антиобледенения, что должно уменьшить стоимость зимнего обслуживания дорог.
Для правильного представления и прогнозирования температуры поверхности, дороги необходимо создать обширную базу данных для статистической обработки и выявления закономерностей поведения температуры на отдельных участках трассы.
Зимнее ночное понижение температуры поверхности дороги меняется в широких пределах и может достигать 10 °C вдоль дороги. Это пространственное изменение температуры диктуется факторами, которые включают в себя топографию, высоту, дорожное строительство, движение транспорта вдоль дороги и погодные условия.
Влияние топографии, высоту, дорожное строительство более или менее систематическое. Погодные условия не могут быть расценены как систематический фактор, особенно на сложных ландшафтах.
Т.к. заморозки, особенно радиационные, обусловленные охлаждением почвы вследствие эффективного излучения, наблюдаются, как правило, ночью, то и проведение измерений температуры поверхности дороги должны производиться в ночные часы. Т.к. наличие облачности оказывает влияние на эффективное излучение земной поверхности, а именно уменьшает его, то хорошо бы было производить измерения для трех типов погоды:
а) при ясном небе, когда имеется излучающая потеря высокой температуры от дороги,
б) при условиях с обширным покрытием неба облаками нижнего яруса,
в) при условии ясной ветреной погоды или спокойные погодные условия с облаками среднего яруса.
Необходимо произвести сбор данных, обработку данных и составление температурных профилей участков автодороги для характерных типов условий. Провести статистическую обработку данных и представление в виде термокарт (карт температурных отклонений), численное моделирование температуры поверхности дороги с учетом данных термокартирования, прогнозирование состояния дорожного покрытия вдоль автодороги на основе данных АДС и базы данных термокартирования.
Для правильного представления и прогнозирования температуры поверхности, дороги необходимо создать обширную базу данных для статистической обработки и выявления закономерностей поведения температуры на отдельных участках трассы.
Зимнее ночное понижение температуры поверхности дороги меняется в широких пределах и может достигать 10 °C вдоль дороги. Это пространственное изменение температуры диктуется факторами, которые включают в себя топографию, высоту, дорожное строительство, движение транспорта вдоль дороги и погодные условия.
Влияние топографии, высоту, дорожное строительство более или менее систематическое. Погодные условия не могут быть расценены как систематический фактор, особенно на сложных ландшафтах.
Т.к. заморозки, особенно радиационные, обусловленные охлаждением почвы вследствие эффективного излучения, наблюдаются, как правило, ночью, то и проведение измерений температуры поверхности дороги должны производиться в ночные часы. Т.к. наличие облачности оказывает влияние на эффективное излучение земной поверхности, а именно уменьшает его, то хорошо бы было производить измерения для трех типов погоды:
а) при ясном небе, когда имеется излучающая потеря высокой температуры от дороги,
б) при условиях с обширным покрытием неба облаками нижнего яруса,
в) при условии ясной ветреной погоды или спокойные погодные условия с облаками среднего яруса.
Необходимо произвести сбор данных, обработку данных и составление температурных профилей участков автодороги для характерных типов условий. Провести статистическую обработку данных и представление в виде термокарт (карт температурных отклонений), численное моделирование температуры поверхности дороги с учетом данных термокартирования, прогнозирование состояния дорожного покрытия вдоль автодороги на основе данных АДС и базы данных термокартирования.