一种用于公路桥梁的防冰冻系统

技术领域

本发明涉及防冰冻系统技术领域，具体涉及一种用于公路桥梁的防冰冻系统。

背景技术

我国的冬天基本有3/4的国土降雪，冰雪影响人们在公路桥梁上的正常行驶，由于冰雪造成的交通事故每年都有报道，不仅会给人们的经济造成损失，严重的会危害人们的生命健康，因此国家已经将除冰冻技术列为公路桥梁三大重要项目之一。

目前，我国在除冰冻技术上所采用最广泛的方法是人工清冰技术、在道路上撒融冰剂和清冰雪机械清除，但是人工除冰功效低，浪费人力，成本高，且易发生交通事故，不适合公路桥梁清除积冰的要求，还有一种除冰技术，如专利CN106522088A-一种用于公路桥梁的防冰冻系统中，在桥梁上安装加热管进行融冰，这种方法不适合公路上除冰，且这种方法初期投入成本大，后续维修管理费时费力，不利于节省资源。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明提出一种用于公路桥梁的防冰冻系统，包括：

环境信息获取模块：用于通过多种传感器实时获取环境信息，并将所述环境信息传输至中央处理模块；

中央处理模块：用于对接收的环境信息中的图像信息、音频信息和位置信息进行分析，并结合预先构建的驱动模型，在公路桥梁上寻找冰冻位置；

防冰冻模块：用于对冰冻位置进行冰冻等级判断，当冰冻等级小于等于预设冰冻等级阈值时，在所述冰冻位置喷洒融冰物质进行除冰，当冰冻等级大于预设冰冻等级阈值时，开启高压热气流进行除冰；

其中，所述多种传感器包括：二维激光传感器和超声波传感器。

优选的，所述环境信息获取模块，包括：

环境图像获取单元：用于通过二维激光传感器对周围环境进行实时水平环绕扫描，获得环境图像信息；

环境音频获取单元：用于通过拾音器对周围环境的声音进行采集，获得环境声音信息。

优选的，所述中央处理模块，包括：

图像识别单元：用于对实时传送的环境图像信息通过图像粗处理，筛选出所述环境图像信息中具有冰雪特征的第一图像，将所述第一图像与预先构建的冰雪图像库中的图像进行对比，当所述第一图像与所述冰雪图像库中任意图像的相似度达到预设相似度阈值时，则确定所述第一图像的位置；

驱动模块：用于通过在地图上确定所述第一图像的位置信息后，在预先建立的最优路径规划模型中输入第一图像的位置信息，生成最优路径，并开启导航，靠近所述第一图像的位置。

优选的，所述中央处理模块，还包括：

音频敏感词获取单元：用于预先设置敏感词库和敏感词对应处理机制，当所述环境声音信息中出现敏感词时，根据所述敏感词对应处理机制进行敏感词对应处理；

避障单元：用于接收地形二维激光雷达传感器所测量的获得与周围环境的距离，当碰撞到障碍物时，开启防跌落感应器件。

优选的，所述最优路径规划模型，包括：

路径构建层：用于接收第一图像的位置信息，并在地图上标记位置坐标，通过地图规划出可通行的多个路径；

最优路径选择层：用于在地图上剔除有障碍的路径，对剔除后的多个路径构建位置点距离权重矩阵表，并选取两个位置点最短的的欧式距离作为最优路径。

优选的，所述防冰冻模块，包括：

冰冻等级判断单元：用于接收所述第一图像，并分析所述第一图像中冰冻的面积和厚度，当所述冰冻的厚度超过了预设厚度值时，开启高压热气除冰装置，当所述冰冻的面积和厚度的任一值都小于预设值时，开启喷洒装置；

喷洒除冰单元：用于根据冰冻面积和厚度计算喷洒时间，并在所述冰冻位置循环喷洒融冰物质，结束除冰后，关闭喷洒装置，寻找下一个冰冻位置；

高压热气除冰单元：用于根据冰冻面积和厚度计算高压热气所需要的热量，并通过所述热量，设定热气温度和气流流速，结束除冰后，关闭高压热气装置，寻找下一个冰冻位置。

优选的，所述驱动模块开启导航，靠近所述第一图像的位置，具体步骤如下：

步骤S1：计算朝向第一图像的位置的角度，并通过位姿传感器调整航向角静态精度和姿态角静态精度，转向第一图像的位置；

步骤S2：沿着当前点和第一图像的位置点进行直线行驶，并通过PID控制器进行角速度控制；

步骤S3：当到达所述第一图像的位置后，旋转一周，获取冰冻面积和厚度的图像。

优选的，所述避障单元接收地形二维激光雷达传感器所测量的获得与周围环境的距离，当碰撞到障碍物时，开启防跌落感应器件，具体步骤如下：

步骤S1：根据二维激光雷达传感器的每个激光束获得一组激光数据，根据所述激光数据中的激光长度计算与障碍物的距离；

步骤S2： 当所述距离接近预设危险距离时，停止驱动；

步骤S3：当遇到紧急情况，难以避险时，开启防跌落感应器件，进行固定；

其中，所述激光数据包括;激光角度、激光角度分辨率和激光长度。

优选的，所述高压热气除冰单元根据冰冻面积和厚度计算高压热气所需要的热量，按下式计算：

其中，

优选的，所述欧氏距离，按下式计算：

其中，

与最接近的现有技术相比，本发明具有的有益效果如下：

本发明提供了一种用于公路桥梁的防冰冻系统，包括：环境信息获取模块：用于通过多种传感器实时获取环境信息，并将所述环境信息传输至中央处理模块；中央处理模块：用于对接收的环境信息中图像信息、音频信息和位置信息进行分析，并结合预先构建的驱动模型，在公路桥梁上寻找冰冻位置；防冰冻模块：用于对冰冻位置进行冰冻等级判断，当冰冻等级小于等于预设冰冻等级阈值时，在所述冰冻位置喷洒融冰物质进行除冰，当冰冻等级大于预设冰冻等级阈值时，开启高压热气流进行除冰；其中，所述多种传感器包括：二维激光传感器和超声波传感器；本发明通过环境信息获取模块实时获取周围环境的多种信息，避免信息延误而造成重大损失，通过中央处理模块对环境信息进行识别和判断，并结合驱动模型，靠近冰冻位置，在防冰冻模块中，根据两个不同的冰冻等级，开启不同的除冻装置，对不同程度的冰冻进行相应的除冰，避免资源的浪费。

附图说明

图1为本发明提供的一种用于公路桥梁的防冰冻系统示意图；

图2为本发明提供的一种用于公路桥梁的防冰冻系统的驱动模块流程示意图；

图3为本发明提供的一种用于公路桥梁的防冰冻系统的防冰冻模块示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的详细说明。

实施例1：

本发明提供的一种用于公路桥梁的防冰冻系统如图1所示，包括：

环境信息获取模块：用于通过多种传感器实时获取环境信息，并将所述环境信息传输至中央处理模块；

中央处理模块：用于对接收的环境信息中的图像信息、音频信息和位置信息进行分析，并结合预先构建的驱动模型，在公路桥梁上寻找冰冻位置；

防冰冻模块：用于对冰冻位置进行冰冻等级判断，当冰冻等级小于等于预设冰冻等级阈值时，在所述冰冻位置喷洒融冰物质进行除冰，当冰冻等级大于预设冰冻等级阈值时，开启高压热气流进行除冰；

其中，所述多种传感器包括：二维激光传感器和超声波传感器。

在上述实施例中，环境信息获取模块通过二维激光传感器、温度传感器和超声波传感器等多个传感器获取周围环境的实时环境数据，通过获取环境的实时数据，有利于及时观测到环境的动态变化，快速获得环境的变化的实时信息，将获得的环境信息发送到中央处理模块中，通过中央处理模块对环境信息进行分析整合，提取防冰冻系统所需要的有效信息，从所述有效信息中确定冰冻位置的信息，确定冰冻位置后，开启防冰冻模块，判断冰冻位置的冰冻等级，根据不同的等级开启进行不同方式的除冰装置进行除冰，通过本发明的防冰冻系统，可以对不同程度的冰冻进行相应的除冰，避免资源的浪费。

实施例2：

在可选的一个实施例中，一种用于公路桥梁的防冰冻系统的环境信息获取模块，具体包括：

环境图像获取单元：用于通过二维激光传感器对周围环境进行实时水平环绕扫描，获得环境图像信息；

环境音频获取单元：用于通过拾音器对周围环境的声音进行采集，获得环境声音信息；

在上述实施例中，通过二维激光传感器获得环境图像信息，二维激光传感器可以进行190°的水平扫描，测距量程为80m，扫描频率可从25Hz至100Hz,通过旋转机器，二维激光传感器可以将周围环境进行捕捉上传，通过拾音器，获得周围环境的声音，拾音器获得声音主要用于过滤出敏感词，通过多个传感器识别环境信息，减少机器在室外作业时遇到突发情况。

实施例3：

在可选的一个实施例中，一种用于公路桥梁的防冰冻系统的中央处理模块，包括：

图像识别单元：用于对实时传送的环境图像信息通过图像粗处理，筛选出所述环境图像信息中具有冰雪特征的第一图像，将所述第一图像与预先构建的冰雪图像库中的图像进行对比，当所述第一图像与所述冰雪图像库中任意图像的相似度达到预设相似度阈值时，则确定所述第一图像的位置；

驱动模块：用于通过在地图上确定所述第一图像的位置信息后，在预先建立的最优路径规划模型中输入第一图像的位置信息，生成最优路径，并开启导航，靠近所述第一图像的位置。

在一个实施场景中：通过在根据桥梁的长度安装等长的加热管，并通过连接太阳能电池板进行发电给桥梁加热进行除冰，但是这种方法没有考虑到在公路上应该如何进行除冰，并且冬天的太阳能并不充足，很难大面积给加热管提供充足的能源让冰融化，其次，加热管埋在桥梁里，一旦损坏，想要维修需要的成本很大，在理论上可能会节省防冰冻系统在给桥梁加热时的能量消耗，环保节约，实际操作需要的成本很大。

本发明在进行实施的时候：通过图像识别单元对时传送的环境图像信息通过调节灰度值，进行图像中物体位置确认，对物体进行识别和分类，当图像中出现具有冰雪特征的物体时，对所述具有冰雪特征的物体的图像进行剪裁，命名为第一图像，并获取拍摄第一图像所处的机器角度，当第一图像与预先构建的冰雪图像库中的图像进行对比，当所述第一图像与所述冰雪图像库中任意图像的相似度达到预设相似度阈值时，则在地图上确定所述第一图像的位置，通过在地图上确定所述第一图像的位置信息后，通过最优路径规划模型在地图规划出可通行的多个路径，并在地图上剔除有障碍的路径，对剔除后的多个路径构建位置点距离权重矩阵表，并选取两个位置点最短的的欧式距离作为最优路径，最优路径的欧氏距离，按下式计算：

其中，

确定最优路径后，如图2所示，开始计算朝向第一图像的位置的角度，并通过位姿传感器调整航向角静态精度和姿态角静态精度，转向第一图像的位置，沿着当前点和第一图像的位置点进行直线行驶，并通过PID控制器进行角速度控制，当到达所述第一图像的位置后，旋转一周，获取冰冻面积和厚度的图像；将通过拾音器获得声音信息，从中获取敏感词，并设置敏感词对应处理机制，当接收到敏感词时，从执行敏感词对应处理机制中铭感次所对应的代码，在避障单元，根据二维激光雷达传感器的每个激光束获得一组激光数据，根据所述激光数据中的激光长度计算与障碍物的距离，当所述距离接近预设危险距离时，停止驱动，当遇到紧急情况，难以避险时，开启防跌落感应器件，进行固定，其中，所述激光数据包括;激光角度、激光角度分辨率和激光长度。

上述技术方案的有益效果为：本发明中的中央处理模块是负责接收传感器信息和执行防冰冻模块质检的中转站，需要进行精确的识别和判断冰冻图像，在中央处理模块中通过两个步骤对图像进行双重识别，可以提高图像识别的准确性，并通过驱动模块生成最优路径，同事设置的音频敏感词获取单元、避障单元更大程度地提高了机器的安全性。

实施例4：

在可选的一个实施例中，一种用于公路桥梁的防冰冻系统的防冰冻模块如图3所示，包括：

冰冻等级判断单元：用于接收所述第一图像，并分析所述第一图像中冰冻的面积和厚度，当所述冰冻的厚度超过了预设厚度值时，开启高压热气除冰装置，当所述冰冻的面积和厚度的任一值都小于预设值时，开启喷洒装置；

喷洒除冰单元：用于根据冰冻面积和厚度计算喷洒时间，并在所述冰冻位置循环喷洒融冰物质，结束除冰后，关闭喷洒装置，寻找下一个冰冻位置；

高压热气除冰单元：用于根据冰冻面积和厚度计算高压热气所需要的热量，并通过所述热量，设定热气温度和气流流速，结束除冰后，关闭高压热气装置，寻找下一个冰冻位置。

本发明在进行实施的时候：

通过分析第一图像中冰冻的厚度， 当冰冻的面积和厚度的任一值都小于预设值时，开启喷洒装置，根据冰冻面积和厚度计算喷洒时间，并在所述冰冻位置循环喷洒融冰物质，结束除冰后，关闭喷洒装置，寻找下一个冰冻位置，当冰冻的厚度值超过了预设厚度值时，开启高压热气除冰装置，根据冰冻面积和厚度计算高压热气所需要的热量，热量值按下式计算：

其中，

上述技术方案的有益效果为：本发明的通过设置两个除冰装置，根据冰冻等级进行除冰活动，当冰冻厚度和面积没有超过预设值时，开启喷洒装置进行低功率除冰，当冰冻厚度只要超过预设值时，开启高压热气装置，进行高功率除冰，通过两个不同功率的除冰装置，进行合理选择，节约资源。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

最后应当说明的是:以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非对其保护范围的限制,尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明,所属领域的普通技术人员应当理解:本领域技术人员阅读本发明后依然可对申请的具体实施方式进行种种变更、修改或者等同替换，但这些变更、修改或者等同替换，均在申请待批的权利要求保护范围之内。