高速公路冰雪层厚度在线监测
时间：2025-12-08
涉川
一、方案介绍
高速公路在冬季常受到降雪、道路结冰、冻雨积冰等因素影响，导致车辆打滑、侧翻、追尾事故频发。传统人工巡检方式存在响应慢、风险高、监测点不足的问题，无法实现持续动态掌握路面积雪与冰层变化。
本方案通过 雷达/激光冰雪厚度监测 + 路面温度 + 路面湿滑系数 + 4G主动上报平台，实现高速公路路面积冰、积雪厚度的实时监测、智能预警与应急联动，为除雪车调度、融冰喷洒决策、交通管制提供精准依据。
二、监测目标
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实时获取高速公路路面积雪厚度、冰层厚度；
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监测路面温度，判断是否接近结冰临界点；
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判断路面湿滑程度并识别黑冰；
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分析冰雪增长速度、融化速度；
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自动生成预警信息，辅助交通封闭与融雪作业；
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通过4G主动上报，将数据实时传输至指挥平台。
三、需求分析
1. 冰雪厚度连续监测需求
高速公路一旦出现黑冰、薄冰或积雪超过 3–5 cm，即可能导致车辆失控。
2. 快速预警需求
积雪增长迅速时，需要提前通知管养部门调度除雪设备。
3. 极端天气无人值守需求
暴雪、低温、深夜等条件下人工难以持续巡查，需要自动化监测。
4. 跨区域数据统一管理需求
平台需支持多个路段、多站点统一管理，实现“一张图”显示。
四、监测方法
1. 激光/毫米波雷达测距法
监测装置安装在道路上方，通过激光或毫米波测距，实时计算路面与探头之间的距离差值，从而得到冰雪层厚度。
2. 远红外路面温度监测
利用红外温度传感器深入感知路面实际温度，判断冰层是否会形成或融化。
3. 路面状态识别（湿滑系数）
通过电导率/介电常数测量路面含水率，识别湿滑、积水、结冰状态。
4. 气象辅助监测（可选）
包含风速、气温、湿度、降雪量、冻雨识别等，为冰雪监测提供结合分析依据。
五、应用原理
1. 激光/雷达高度差法
冰雪厚度 = 监测设备安装初始高度 – 当前测量高度
适用于：积雪、薄冰、黑冰监测。
适用于：积雪、薄冰、黑冰监测。
2. 路面红外温度判断法
温度≤0℃ 且 路面湿度↑ → 即将形成冰层
温度<0℃ 且 路面含水率高 → 黑冰高风险
温度<0℃ 且 路面含水率高 → 黑冰高风险
3. 介电常数湿滑识别
积水、薄冰、黑冰具有不同介电特征，传感器可通过换算得出路面状态。
六、功能特点
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实时监测冰雪厚度（毫米级精度）
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自动识别积雪、压实雪、冰层、黑冰
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4G主动上报，无需人工操作
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全铝设备外壳，适用于-40℃极寒气候
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防风、防雪、防挂冰设计
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可与除雪车作业平台联动
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支持后台可视化分析与预警
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无人值守，全年运行
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支持数据导出、报表、趋势曲线
七、硬件清单（纯文字）
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激光/毫米波冰雪厚度监测仪
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路面红外温度传感器
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路面湿滑状态识别传感器（可选）
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4G数据采集与传输主机
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太阳能供电系统或路灯供电模块
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防风雪安装支架
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云端监测与预警平台
八、硬件参数（量程、精度）
冰雪厚度监测仪
量程：0–500 mm
精度：±1 mm
频率：1–10 Hz
工作温度：-40℃～+70℃
探测方式：激光/毫米波
精度：±1 mm
频率：1–10 Hz
工作温度：-40℃～+70℃
探测方式：激光/毫米波
路面红外温度传感器
量程：-40℃～+80℃
精度：±0.3℃
精度：±0.3℃
湿滑状态传感器
湿滑系数：0–1
精度：±0.02
介电常数量程：1–80
精度：±0.02
介电常数量程：1–80
4G采集主机
工作温度：-40℃～+60℃
协议：4G主动上报 / Modbus-RTU
数据间隔：5–300秒可设
协议：4G主动上报 / Modbus-RTU
数据间隔：5–300秒可设
九、方案实现
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现场踏勘与点位选择
选择立交桥口、隧道口、易结冰区域、桥梁、长坡等关键位置。 -
安装监测设备
设备安装高度：4–6米，确保监测区域无遮挡。 -
供电方式确定
采用太阳能、蓄电池或路灯杆取电。 -
4G联网调试
设定上报间隔、预警阈值。 -
平台联调
接入高速公路监控中心，实现“一张图”显示与报警推送。
十、数据分析
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冰雪厚度趋势分析
监测冰层增长速度、压实速度、融化速度。 -
结冰风险判定
结合温度、湿滑度计算黑冰概率。 -
冰雪等级划分
0–2 mm：轻微
2–10 mm：薄冰/轻雪
10–50 mm：需除雪
50 mm：道路封闭风险
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触发式报警
冰层厚度、温度等超过阈值自动推送预警。
十一、预警决策
一级 注意
厚度 1–3 mm，温度 0～-1℃
二级 预警
厚度 >5 mm 或 路面温度 < -2℃
三级 高危
厚度 >20 mm，黑冰概率高
四级 极危
厚度 >50 mm 或 冻雨持续 → 建议封路
预警通过 APP、短信、平台推送。
十二、方案优点
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毫米级冰雪厚度在线监测
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自动识别黑冰，极大提升安全
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4G无线部署灵活
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可用于长时间无人值守
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极低运维成本，高可靠性
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支持与除雪车调度联动
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全年全天候运行，抗极寒
十三、应用领域
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高速公路
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高山道路
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桥梁、隧道口
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城市快速路
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机场跑道
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物流园区道路
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风口及结冰易发段
十四、效益分析
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显著减少冰雪天气交通事故
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支持精准除雪，提高效率，降低成本
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提前发布预警，提高应急响应速度
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多路段集中管理，提升高速运营能力
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降低人工巡检风险，减少暴雪差旅成本
十五、国标规范参考
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GB/T 41064-2021《雪灾监测系统技术规范》
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JT/T 1098《道路气象监测系统技术规范》
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GB/T 18305《道路交通管理系统设备通用规范》
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QX/T 70《山区气象观测规范》
十六、参考文献
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《Smart Highway Icing Monitoring》国际道路安全期刊
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国内交通运输部“冬季道路安全”专项研究资料
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雪冰动力学与路面冰冻机理相关论文资料
十七、案例分享（示例）
东北某高速在桥梁段安装本系统后：
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一次冻雨天气中监测到路面温度 -1.8℃
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湿滑系数大幅下降
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黑冰厚度达到 3.2mm