Владельцы патента RU 2287635:
Изобретение может быть использовано на крупных дорожных магистралях. Сущность предложенных технических решений состоит в сборе информации о состоянии окружающей среды на контролируемых участках и передачи этой информации на терминал управления. Терминал на основании анализа полученных данных определяет вероятность возникновения гололеда на контролируемом участке и выдает команду стационарным средствам обработки на упреждающее нанесение противогололедных реагентов. Стационарные средства выполнены с возможностью включения в любой последовательности. Технический результат - повышение качества обработки дорожного полотна и точность исполнительской функции системы. 2 н.п. ф-лы.
Изобретение относится к автоматизированным техническим средствам обеспечения противодействия гололедным явлениям и может быть использовано для борьбы с гололедом на крупных дорожных магистралях, таких как МКАД.
Из уровня техники известны способ и устройство противогололедной обработки по патенту США №4557420 от 10.12.1985, предложенные в качестве наиболее близких аналогов. Указанное устройство состоит из насосной станции, гидравлической системы дорожного участка и автоматической метеостанции. Насосная станция представляет собой контейнер, установленный в непосредственной близости от обрабатываемого дорожного участка, внутри которого находятся емкости для хранения реагента, насосная гидравлическая система и аппаратура управления. Оборудование дорожного участка состоит из разбрызгивающих головок, расположенных вдоль дорожного участка и объединенных гидравлической системой. Автоматическая метеостанция оборудована датчиками для измерения температуры воздуха, атмосферного давления, относительной влажности, количества осадков (типа «ведро») и скорости и направления ветра. Способ осуществления противогололедной обработки включает нормированное распределение жидкого реагента на поверхности дорожного участка посредством автоматического или дистанционого включения операции разбрызгивания, благодаря которой реагент равномерно наносят по всей протяженности дорожного участка.
К недостаткам известных способа и устройства можно отнести отсутствие системы стабилизации давления в гидросистеме и возможности адресного управления интервалами разбрызгивания головок, что в свою очередь не позволяет нанести реагент с заданной точностью на поверхность дороги - управление разбрызгиванием производится по единственной команде «начать разбрызгивание», после которой производится последовательное автоматическое включение разбрызгивающих головок на единый, заданный для всех головок интервал времени. Кроме того, в состав известного устройства входит такой дорогостоящий и требующий постоянного контроля и обслуживания элемент как гидроаккумуляторы, снижающие общую надежность системы, а для наполнения реагентом всей гидросистемы, включая гидроаккумуляторы, необходима длительная работа насоса, что удорожает стоимость эксплуатации устройства.
Задачей предлагаемой группы изобретений является рассчитанное и строго нормируемое нанесение реагента с учетом метеорологической обстановки и рельефа конкретного дорожного участка. Технический результат, который может быть получен при реализации группы изобретений, заключается в повышении качества обработки дорожного полотна и точности исполнительской функции системы посредством возможности точечного нанесения реагента на конкретный участок дорожного покрытия (с точностью до нескольких квадратных метров) в режиме реального времени.
Для достижения поставленного результата предлагается способ автоматической обработки дорожного покрытия противогололедным реагентом, при котором измеряют на контролируемом участке дороги параметры окружающей среды и/или состояние дорожного покрытия посредством установленных вдоль дороги метеорологических датчиков и/или датчиков состояния дорожного покрытия, направляют полученные данные на терминал управления, ведут обработку и анализ полученных параметров с последующим определением нарастания вероятности возникновения гололеда на контролируемом участке и в случае нарастания такой вероятности ведут расчет заданной плотности распределения реагента, направляя посредством терминала управления адресный сигнал на исполнительные механизмы разбрызгивающих головок, обеспечивающие их включение в любой последовательности для нанесения противогололедного реагента с заданной плотностью.
Для достижения поставленного результата предлагается система автоматической обработки дорожного покрытия противогололедным реагентом, включающая связанные между собой терминал управления, расположенные вдоль определенных участков дорог метеорологических датчиков и/или датчиков состояния дорожного покрытия разбрызгивающие головки, при этом разбразгивающие головки установлены на проложенных вдоль дороги гидромагистралях, упомянутые датчики выполнены с возможностью измерения на контролируемом участке дороги параметров окружающей среды и/или состояния дорожного покрытия и передачи полученных данных на терминал управления, выполненный с возможностью определения на основании обработки и анализа упомянутых данных нарастания вероятности возникновения гололедной обстановки на контролируемом участке и в случае определения нарастания такой вероятности расчета заданной плотности распределения реагента и направления адресного сигнала на исполнительные механизмы разбрызгивающих головок для нанесения реагента с заданной плотностью, а упомянутые головки выполнены с возможностью включения в любой последовательности.
Система обеспечения противогололедной обстановки (СОПО) согласно настоящей группе изобретений представляет собой стационарную систему, устанавливаемую в непосредственной близости к контролируемому дорожному участку. Одна СОПО может контролировать участок дороги протяженностью до 1,5 км или, при необходимости, более. В состав СОПО входят автоматическая метеорологическая станция (АМС), центральная насосная станция (ЦНС) и оборудование дорожного участка.
Основными составляющими ЦНС являются шкаф с аппаратурой управления СОПО, гидравлическое оборудование и насос высокого давления. Аппаратура управления обеспечивает удобный интерфейс, позволяющий управлять СОПО и предоставлять все необходимые данные пользователю в наглядном виде, управление гидравлическим оборудованием, стабилизацию рабочего давления в гидросистеме во время обработки участка дороги реагентом, управление оборудованием контролируемого дорожного участка, получение и обработку данных от АМС, расчет метеорологического прогноза образования гололеда, расчет необходимой плотности распределения реагента, автоматическое выполнение цикла обработки дорожного участка реагентом (включая подготовительные и завершающие операции), контроль за функционированием электронной части системы управления, гидравлического оборудования ЦНС и модулей управления клапанами дорожных участков, графическое отображение текущего состояния гидравлического оборудования ЦНС, обмен данными с центральным терминалом, прием и выполнение команд управления от центрального терминала и хранение данных за заданный период времени.
Оборудование дорожного участка включает блоки дорожных головок, установленных на проложенных вдоль дорожных участков гидромагистралях, а также кабели управления и питания.
Автоматические метеорологические станции за счет применения метеорологических датчиков обеспечивают высокоточное измерение параметров атмосферы, таких как температура воздуха, атмосферное давление, скорость и направление ветра, влажность, количество и тип осадков (с возможностью определения «дождь» или «снег»), приходящую энергию солнечного излучения. Контроль состояния дорожного покрытия обеспечивают дорожные датчики, измеряющие температуру дорожного покрытия на различных глубинах, а также на поверхности дороги, концентрацию реагента на дороге и его состояние - «вода» или «лед». Дорожные датчики могут быть подсоединены как к АМС, так и непосредственно к СОПО через интерфейс оборудования дорожного участка.
Обработку дорог реагентом производят при нарастании вероятности возникновения гололедных явлений. Такую вероятность определяют на основании метеорологических данных, выдаваемых АМС. Данные поступают в аппаратуру управления СОПО и на центральный терминал. Команду на обработку вырабатывает либо система управления СОПО, либо центральный терминал.
Для оптимального решения поставленной задачи обработку проводят посредством нанесения реагента перед возникновением гололедной обстановки или перед выпадением осадков, приводящих к гололеду.
Реагент наносят путем разбрызгивания его форсунками блока дорожных головок, расположенных по краю проезжей части. Каждый блок обслуживает участок дороги длиной 10-12 м и шириной в 2-3 полосы. Реагент наносят равномерно с заданной плотностью распределения на всю обслуживаемую площадь дорожного полотна. Стабильность работы головок обеспечивают за счет увеличения производительности насоса и включения в гидравлическую схему регулятора давления, что устраняет колебания давления в процессе последовательного разбрызгивания реагента и позволяет поддерживать заданные расходные характеристики разбрызгивающих головок. Кроме того, используемая аппаратура управления ЦНС позволяет формировать последовательный пакет сигналов, включающих адрес головки, команды «включить - выключить» и служебные биты и, как следствие, управлять разбрызгивающими головками в любой последовательности, в частности управлять произвольными группами головок, вплоть до одной конкретной головки, задавая для них интервал разбрызгивания и количество наносимого реагента, что в свою очередь позволяет вести контроль и обработку конкретного дорожного участка в данном месте в реальном времени.
1. Способ автоматической обработки дорожного покрытия противогололедным реагентом, при котором измеряют на контролируемом участке дороги параметры окружающей среды и/или состояние дорожного покрытия посредством установленных вдоль дороги метеорологических датчиков и/или датчиков состояния дорожного покрытия, направляют полученные данные на терминал управления, ведут обработку и анализ полученных параметров с последующим определением нарастания вероятности возникновения гололеда на контролируемом участке и, в случае нарастания такой вероятности, ведут расчет заданной плотности распределения реагента, направляя посредством терминала управления адресный сигнал на исполнительные механизмы разбрызгивающих головок, обеспечивающие их включение в любой последовательности для нанесения противогололедного реагента с заданной плотностью.
2. Система автоматической обработки дорожного покрытия противогололедным реагентом, включающая связанные между собой терминал управления, расположенные вдоль определенных участков дороги метеорологических датчиков и/или датчиков состояния дорожного покрытия и разбрызгивающие головки, при этом разбрызгивающие головки установлены на проложенных вдоль дороги гидромагистралях, упомянутые датчики выполнены с возможностью измерения на контролируемом участке дороги параметров окружающей среды и/или состояния дорожного покрытия и передачи полученных данных на терминал управления, выполненный с возможностью определения на основании обработки и анализа упомянутых данных нарастания вероятности возникновения гололедной обстановки на контролируемом участке и, в случае определения нарастания такой вероятности, расчета заданной плотности распределения реагента и направления адресного сигнала на исполнительные механизмы разбрызгивающих головок для нанесения реагента с заданной плотностью, а упомянутые головки выполнены с возможностью включения в любой последовательности.
Н. Борисюк,
к.т.н., МАДИ
А. Макушев,
директор филиала ООО «Бошунг Кама»
Зимнее содержание автомобильных дорог – это высокозатратный технологический процесс, позволяющий поддерживать требуемые качества дороги. Особенно необходимо поддерживать эти качества на сложных участках дорог, таких как кривые малых радиусов, крутые подъемы, мосты, путепроводы. На этих участках должна проводиться борьба не с ликвидацией обледенения, а предупреждением образования скользкости.
В настоящее время довольно широкое распространение в отечественной и зарубежной практике получила технология автоматического распределения реагентов. Суть технологии заключается в своевременном распределении раствора химического реагента для предупреждения обледенения покрытия.
В целом это предполагает систему, состоящую из ряда модулей, которая включает в себя:
- придорожную метеостанцию с датчиками, дающими весь необходимый спектр информации о возможном обледенении покрытия;
- насосную станцию для подачи раствора реагента на участки распределения;
- магистральные трубопроводы и оборудование для подачи и выплеска реагента;
- аппаратуру для подачи прогнозирующей команды на распределение противогололедных реагентов для предупреждения обледенения покрытия.
Особый интерес представляют дорожные датчики, дающие информацию о состоянии покрытия, которые могут искусственно охлаждать до замерзания и нагревать до расплавления субстанцию на поверхности покрытия – то есть если на поверхности покрытия ранее были распределены химические реагенты, то точка замерзания раствора может быть ниже нуля.
Одним из самых эффективных элементов данной системы является дорожный датчик швейцарской компании Boschung Mecatronic AG. Его работа заключается в замораживании и оттаивании жидкой субстанции на поверхности гидрофильного датчика и расположении терморезистора на поверхности датчика. Температура поверхности покрытия измеряется с помощью термопар.
Физический процесс работы датчика основан на работе элементов Пельтье.
Элемент Пельтье – термоэлектрический преобразователь, который основан на выделении или поглощении теплоты в месте контакта двух разнородных металлов при прохождении через контакт электрического тока.
Работа дорожного датчика заключается в подаче сигнала об обледенении покрытия.
Дорожный датчик в прогнозном режиме определяет температуру замерзания жидкости на поверхности датчика (жидкость на поверхности датчика охлаждается до температуры замерзания). Периодичность данного цикла может составлять 6 циклов в час, что вполне обеспечивает надежность предупреждения обледенения покрытия. Датчик обеспечивает снижение температуры относительно температуры покрытия до 15 °С.
Установка упреждающего оповещения об образовании обледенения необходимая, но только первая часть всей системы предупреждения скользкости дорожных покрытий.
Далее Boschung Mecatronic AG предусматривает автоматическую установку TMS-распределения противогололедного реагента, что позволяет на основе полученной информации за кратчайшее время перед образованием скользкости распределить противогололедные реагенты.
В зависимости от видов зимней скользкости установка TMS распределяет противогололедный реагент:
- при выпадении дождя при отрицательной температуре (гололед);
- при понижении температуры при влажном покрытии, даже при наличии раствора реагента, если его концентрация недостаточна (гололедица);
- при понижении температуры, когда происходит кристаллизация влаги из воздуха (иней). При фиксации образования инея производится распределение реагента;
- для предупреждения наката при выпадении снега, когда распределение реагента делает снег (снежную массу) подвижной и сыпучей, что способствует механической уборке.
Датчик дорожного покрытия BOSO проводит измерение:
- толщины водяной пленки на поверхности датчика;
- температуры дорожного покрытия;
- температуры замерзания раствора реагента с охлаждением поверхности на 2 °С ниже температуры покрытия (датчик содержит активный элемент, позволяющий охлаждать непосредственно поверхность на 2 °С ниже температуры покрытия);
- определение состояния покрытия: сухое, влажное, мокрое, гололед, изморозь.
Разработки антигололедных систем компании Boschung Mecatronic AG включают подстанцию с насосной системой, емкость для жидкого реагента и компьютерную систему управления. Компьютерная система управления, обрабатывая и анализируя информацию от метеосистемы и дорожных датчиков, дает команду на подачу реагента к распределяющим устройствам. Автоматическая система распределения жидких реагентов состоит из прогнозируемой и распределяющей частей. Прогнозирующая часть обеспечивает оповещение об образовании гололеда (GFS), распределяющая часть непосредственно по команде обеспечивает выплеск растворов противогололедных реагентов на проезжую часть. Основное назначение системы – предупреждение об образовании гололеда. Принципиальная схема показана на рис. 1.
Системы предупреждения об образовании гололеда и разбрызгивания образуют единую систему и работают синхронно.
Необходимое получение информации о фактическом состоянии покрытия и прогнозе его состояния дают автоматические дорожные метеостанции.
На рис. 2 и 3 в упрощенном виде, схематически показаны блок-схемы и конструкция датчика.
Для нагрева жидкостной пленки также применяется элемент Пельтье, как уже отмечалось, он может осуществлять как нагрев, так и охлаждение жидкостной пленки.
На рис. 2 элемент 1 Пельтье показан схематически в виде блока. Этот элемент электрически запитывается от схемы 2 питания, которая размещена внутри схемы 3 управления и обработки данных. Схема 2 питания включает в себя электрический источник с постоянным током i, или источник тока с непостоянной, но известной характеристикой изменения тока. Температуры Тс и Тн – это температуры холодной и соответственно теплой стороны элемента Пельтье. При реверсивном направлении тока элемент может использоваться также для охлаждения жидкостной пленки, тогда меняются холодная и теплая стороны.
На рис. 3 показан элемент Пельтье 1, расположенный между первым теплопроводным телом 10 из меди и вторым теплопроводным телом 11 из алюминия. Вместе с корпусом 12, выполненным из полупроводникового материала, элементы 1, 10 и 11 образуют устройство 13, которое в форме поверхностного зонда может встраиваться под какую-либо поверхность, на которой может находиться водяная пленка. В данном примере для этого выбрано покрытие 14 с различными схематически показанными слоями, в которое встроен зонд 13, так что поверхность 18 зонда 13 оказывается в связке с поверхностью 19 дорожного покрытия 14.
При этом корпус 10 зонда уложен соответственно в дорожное покрытие, чтобы отводить тепло, применяемое для нагрева водяной пленки 17. Расположенное над элементом 1 Пельтье теплопроводное тело 11 своей поверхностью 15 образует поверхность нагрева для водяной пленки.
В зонде 13 могут быть предусмотрены электроды 4, с помощью которых за счет измерения проводимости может быть установлено наличие водяной пленки.
Для этой цели электроды 4 соединены с соответствующим измерительным устройством 6, которое в свою очередь соединено с элементом 8 управления и обработки данных, в частности с микропроцессором схемы 3 управления и обработки данных. Такого типа электроды могут быть предусмотрены также в других местах покрытия, а не только в зонде 13. Кроме того, в зонде размещен также измерительный резистор 5 температуры, контактирующий с водяной пленкой 17, с помощью которого может быть измерена температура жидкостной пленки. Этот измерительный резистор, как правило, Pt 100 – элемент или термоэлемент, через соответствующую измерительную схему 7 также соединен с микропроцессором 8.
Поверхность 18 датчика имеет углубление (0,5 мм), которое образовано поверхностью 15 тела 11 и образует окружность диаметром А. Переход этой поверхности 15 к поверхности датчика 18 скошен под углом 45°. При нагреве водяной пленки 17 нагревательным устройством в грубом приближении можно исходить из того, что нагрев водяной пленки осуществляется в круговой зоне с диаметром В.
Зона углубления в поверхности зонда 13 имеет глубину lо–0,5 мм. Диаметр А составляет 14 мм, а диаметр В – 20 мм.
Толщина водяной пленки не указывается точным количественным значением, а классифицируется в виде диапазона значений наличия водяной пленки, в котором находится фактическое значение толщины водяной пленки.
Как правило, вполне достаточно указать толщину водяной пленки через сигнал датчика, что позволяет разделить значения толщины водяной пленки по разным значениям от 0 до 1 мм.
Данная технология обработки данных дает классификацию по значениям толщины водяной пленки, а блоком обработки данных выдается соответствующий сигнал. Таким образом, единственным датчиком на проезжей части дороги может быть сформирован сигнал предупреждения как о гололеде, так и об аквапланировании.
Если на датчике образовался лед, то последний для определения толщины ледяной пленки должен быть расплавлен. Затем он может быть снова охлажден для определения точки замерзания. Кроме того, так можно определить точку плавления при таянии, благодаря чему будет известна также температура точки замерзания.
Системы предупреждения образования гололеда и объема выплеска жидких реагентов образуют единую систему и работают синхронно.
В качестве распределяющих устройств применяются:
- разбрызгивающие тарелки (рис. 4, 5);
- разбрызгивающие головки (рис. 6);
- форсунки-микрофаст (рис. 7).
Разбрызгивающая тарелка может иметь от 4 до 8 сопел. Сопла монтируются в блоке, и угол атаки регулируется до 15°, как в вертикальной, так и горизонтальной плоскости. Сопла под давлением 12 бар выбрасывают на поверхность покрытия раствор реагента заданного объема с дальностью выброса не менее 10 м.
Разбрызгивающие тарелки в разных системах располагаются на расстоянии от 7 до 20 м, как линейно, так и в шахматном порядке, и после выплеска распределение раствора происходит под движением транспортных средств, а также по продольному и поперечному уклону. Процесс выплеска длится 2–3 с, за это время распределяется 2–2,5 л раствора (около 1 л/с). На рис. 4 показана разбрызгивающая тарелка, расположенная на одном уровне с покрытием.
В качестве реагента в зарубежной практике применяется раствор NaCl – 22,5% (ФРГ) и раствор CaCL2 – 32–25%. К недостаткам раствора CaCL2 относят то, что при его высыхании на покрытии остается тонкий слой хлорида кальция, который в силу гигроскопичности реагента притягивает влагу из воздуха, и концентрированный раствор всегда долго находится на поверхности покрытия. Его наличие приводит к эффекту смазки и соответственно снижению сцепных качеств покрытия.
При высыхании натриевого раствора на поверхности покрытия происходит кристаллизация NaCL, и покрытие становится сухим. В отечественной практике применяются кальциевые реагенты, поскольку эффективность использования натриевых растворов целесообразна до –10 °С, что не соответствует отечественному диапазону температур. Наличие дорожно-метеорологической станции (АДМС), синхронно работающей с автоматической системой распределения, позволяет обеспечить упреждающее нанесение реагентов. Полученная АДМС информация обрабатывается компьютером, и сигнал поступает в распределительное устройство, выдавая порцию раствора.
Объем выброса регулируется временем подачи (циклом). Так, при отладке системы выброс одной форсунки за секунду составил 1230 мл. Площадь распределения раствора одной тарелки составляет до 70 м 2 с плотностью обработки от 25 до 100 мл/м 2 за счет цикла подачи раствора. Как правило, систему можно разместить и в местах отсутствия подвода электроэнергии, поскольку она может иметь автономное энергоснабжение, а также может работать и от стационарного питания.
Опыт устройства разбрызгивающих тарелок на проезжей части нецелесообразен, поскольку и ремонт покрытия, и текущее обслуживание самих тарелок не представляется удобным. В связи с этим широкое распространение получили разбрызгивающие головки (рис. 6).
Головки крепятся либо в нишах, либо на стойках (опорах) инженерного обустройства дороги.
В последнее время в качестве распределяющего устройства применяется форсунка-микрофаст (рис. 7).
При выплеске выброс реагента тонкодисперсный и практически невидим участниками движения.
Микроспрейная технология распределения позволяет за один цикл выдавать около 2 гр/м 2 .
Профиль форсунки-микрофаст монтируется в покрытие по кромке проезжей части на глубину 40 мм.
Линии микрофаст поставляются в бухтах длиной 100 м с диаметром труб 10/ 8 мм. Расстояние между форсунками определено в 5 м.
Рабочее давление в системе – до 16 бар, время однократного действия (разбрызгивания) – от 30 с до 3 мин.
Удельное распределение на покрытие – от 1 до 20 г/м 2 .
Необходимый объем выплеска реагента на 1 м 2 поверхности покрытия определяется в зависимости от температуры воздуха и прогнозируемой толщины водяной пленки.
Раствор реагента на поверхности растекается по направлению суммированного уклона, образованного по величинам продольного и поперечного уклонов.
Системы автоматического распределения не могут заменить технологию зимнего содержания во всех аспектах, но эффективно ее дополняют.
Общеэкономическая выгода от применения противогололедной системы складывается из производственно-экономической (сэкономленные затраты на персонал, транспортные расходы и потребительские расходы уполномоченной осуществлять зимнее содержание службы эксплуатации) и народнохозяйственной выгоды. Определяющим для показателя рентабельности является народнохозяйственная составляющая в оценке выгоды. Главным образом она заключается в экономии расходов вследствие влияния противогололедной установки на следующие сферы: безопасность движения, движение транспорта, защита окружающей среды и участники движения.
В ФРГ с 1982 г. было установлено 16 противогололедных установок, в которых применялся 32%-ный CaCl2 и 22,5%-ный NaCl.
В России противогололедные системы компании Boschung Mecatronic AG получили широкое распространение в Московском регионе, что обусловлено высокой интенсивностью движения, сложными конструкциями развязок, эстакад и путепроводов, а также влиянием сложных погодных условий на движение в мегаполисе. Данные системы установлены на МКАД (Калужская, Горьковская, Ленинградская развязки, Бесединский путепровод, съезд на внешнюю сторону МКАД со Сколковского шоссе, а также первая в России система установлена в 1998 г. на 30-м км МКАД). В городской черте противогололедные системы Boschung Mecatronic AG установлены на Кутузовской транспортной развязке ТТК и в Ходынском тоннеле Ленинградского проспекта.
Заказчики и эксплуатирующие организации отмечают высокую эффективность данных систем, позволяющих заблаговременно предупредить образование зимней скользкости, а также существенно снизить затраты на зимнее содержание данных участков.
Запретить нельзя, нормировать!
13 февраля в Государственной думе РФ состоялся круглый стол «О проблемах обеспечения экологической безопасности при использовании противогололедных материалов в городах и населенных пунктах РФ». Научное сообщество высказалось за обязательную экологическую экспертизу регламентов уборки городов.
На Высшем экологическом совете Госдумы рассмотрели вопрос о проблемах обеспечения безопасности при использовании противогололедных материалов.
В настоящее время только московская технология зимней уборки соответствует всем законодательным нормам, так как имеет положительное заключение государственной экологической экспертизы. Применяемые в столице антигололедные смеси были проверены в лабораториях и признаны безопасными. В других же городах регламенты зимнего содержания дорог составляют без привлечения ученых, без учета климатических условий, а выбор реагентов оставляют на откуп подрядчикам. Те в свою очередь, экономя, зачастую применяют непроверенные антигололедные смеси, низкокачественную техническую соль и песок.
«Использовать песок в городах – это преступление! – заявил депутат Государственной думы, эксперт в области экологической и промышленной безопасности Максим Шингаркин. – Песок, находясь на дороге в течение зимы, перемалывается в мелкодисперсную пыль. Весной жители вдыхают эту пыль вместе с выхлопными газами, осевшими на частицах песка, вместе с тяжелыми металлами, вместе с продуктами жизнедеятельности животных… И эта пыль является самым страшным аллергеном и ядом».
«В городах должны применяться наиболее эффективные противогололедные материалы, – добавила Софья Бабкина, эксперт Всероссийского общества охраны природы. – Те, которые имеют наименьший расход». По сравнению с пескосоляной смесью современных реагентов необходимо в 6–8 раз меньше, что значительно сокращает воздействие на окружающую среду и человека. Однако все используемые смеси должны обязательно проходить проверку и иметь положительное заключение государственной экологической экспертизы, как и сама технология зимней уборки.
«Новые противогололедные материалы появляются, но даже самый хороший реагент можно испортить, не соблюдая технологию и нормы применения, – отметил Юрий Орлов, кандидат химических наук. – Необходимо ужесточать контроль за нормой расхода, улучшать метеопрогнозирование и, конечно, использовать только проверенные реагенты». Однако ставить вопрос: или противогололедные материалы, или переломанные руки-ноги, нельзя, уверены эксперты. Отказ от использования противогололедных материалов приведет к катастрофическим последствиям.
А втоматическая С истема О беспечения П ротивогололедной О бстановки
Основные цели Автоматической системы обеспечения противогололедной обстановки (АСОПО) :
- Обеспечение раннего оповещения об образовании гололеда на основании данных краткосрочного прогноза метеообстановки и состояния дорожного покрытия в районе позиционирования системы;
- Обработка дорожного покрытия реагентом в автоматическом режиме для обеспечения бесперебойного и безопасного дорожного движения.
Основные преимущества Автоматической системы обеспечения противогололедной обстановки (АСОПО):
- Применение жидких противогололедных реагентов, в т. ч. на ацетатной основе, не имеющих коррозионного воздействия на искусственные сооружения;
- Снижение негативного воздействия на окружающую среду;
- Внедрение современных средств и методик обслуживания дорожного покрытия;
- Полная автоматизация процессов;
- В системе АСОПО реализована обратная связь с клапанами, которая позволяет отслеживать работу каждого клапана и, соответственно, каждого узла;
- В системе реализована защита данных в соответствии с Приказом Федеральной службы по техническому и экспортному контролю (ФСТЭК России) от 14 марта 2014 года № 31"Об утверждении Требований к обеспечению защиты информации в автоматизированных системах управления производственными и технологическими процессами на критически важных объектах, потенциально опасных объектах, а также объектах, представляющих повышенную опасность для жизни и здоровья";
- Извещение обслуживающего персонала о работе системы и включении аварийных режимов;
- Интеллектуальная система способна «подсказывать» ремонтной бригаде, на каком участке системы произошел сбой, и какое оборудование вышло из строя.
Автоматическая Система Обеспечения Противогололедной Обстановки (АСОПО) давно зарекомендовала себя как эффективное средство для повышения безопасности движения на опасных участках автомобильных дорог. Особенность АСОПО заключается в способности самостоятельно, без участия диспетчера, на программном уровне определить момент возможного обледенения дорожного полотна и заблаговременно обработать участок автодороги. Каждая система имеет индивидуальное строение и набор дополнительных функций, зависящих от её местоположения и требований Заказчика.
Программное обеспечение АСОПО (ПО АСОПО) получает данные с метеорологической станции и дорожных датчиков 1 раз в минуту. Рекомендованная частота обновлений может изменяться в зависимости от пожеланий Заказчика.
Метеорологическая станция передает данные ПО АСОПО:
- о скорости и направлении ветра;
- о температуре воздуха;
- об атмосферном давлении;
- о количестве осадков.
С дорожных датчиков ПО АСОПО получает информацию:
- о температуре дорожного полотна;
- о его состоянии (сухое, влажное, датчик требует очистки);
- о концентрации соли, а также о толщине водяной пленки (до 4 мм) на поверхности дорожного полотна.
ПО АСОПО, на основании полученных метеорологических данных, составляет вероятный прогноз изменения температуры и производит его корректировку в случае резкого изменения метеорологической обстановки (время хранения метеорологических данных устанавливается по желанию Заказчика). Далее, метеорологические данные корректируются, исходя из «худших» данных, о концентрации соли и температуры проезжей части, полученных с дорожных датчиков. Исходя из совокупности метеорологических данных и данных с дорожного датчика, ПО АСОПО рассчитывает температуру, при которой на дорожном полотне может образоваться наледь.
Таким образом, АСОПО является современным и высокотехнологичным продуктом, отвечающим всем требованиям обеспечения безопасности. Система имеет все необходимые сертификаты, декларацию таможенного союза, а программное обеспечение занесено в единый реестр (Минкомсвязи РФ) российских программ.
В АСОПО можно выделить три основных элемента: ЦНС (центральная насосная станция),
клапанные коробки с форсунками, система раннего оповещения.
1. ЦНС - это основной элемент АСОПО, в которой располагается блок управления противогололедной системой, насос, резервуары для жидкого реагента и воды, пульт управления и отслеживания работы или состояния системы.
ЦНС может располагаться как отдельно стоящее строение, так и быть встроенной в конструкцию моста или тоннеля.
Внутренняя комплектация ЦНС может меняться в зависимости от поставленных задач.
2. Клапанные коробки и форсунки располагаются по всей длине обрабатываемого участка дороги.
Клапанные коробки и форсунки монтируются вдоль проезжей части и соединены с ЦНС
магистральным трубопроводом, коммуникационным и питающим кабелями.
Существует два метода монтажа:
скрытый (внутри технологических проходов) и открытый (поверх технологических проходов).
Форсунки устанавливаются с определенным шагом по всей длине участка и имеют несколько вариантов исполнения:
в бордюрном камне, барьерном ограждении, в проезжей части.
3. Система раннего оповещения состоит из метеорологической станции, устанавливаемой вблизи обрабатываемого
участка дороги и дорожных датчиков. Дорожный датчик монтируется в дорожное полотно.
Количество датчиков варьируется в зависимости от характеристик обрабатываемого участка.
Основные отличия Автоматической системы оповещения противогололедной обстановки (АСОПО) компании "Технологии Безопасности" от зарубежных и отечественных аналогов:
- Система работает в автоматическом режиме;
- Заблаговременный прогноз образования гололеда;
- Система оснащена традиционными системами съема данных о работе, которые обрабатываются самообучающейся искусственной нейронной сетью, позволяющей предсказать возможные неисправности. Кроме того, в системе АСОПО реализована обратная связь с клапанами, которые позволяют отслеживать работу каждого клапана и, соответственно, каждого узла;
- Некорректные действия оператора блокируются, команды не доходят до исполнительных устройств;
- Система обладает открытым интерфейсом и позволяет передавать данные в вышестоящие информационные системы по согласованным открытым протоколам;
- Система обладает уникальным средством отображения работы всех установленных систем Заказчика и их состояния в максимально удобной форме;
- В системе реализована защита данных в соответствии с Приказом Федеральной службы по техническому и экспортному контролю (ФСТЭК России) от 14 марта 2014 года № 31 " Об утверждении Требований к обеспечению защиты информации в автоматизированных системах управления производственными и технологическими процессами на критически важных объектах, потенциально опасных объектах, а также объектах, представляющих повышенную опасность для жизни и здоровья людей и окружающей природной среды";
- Интеграция с геоинформационной сетью (ГИС);
- Извещение обслуживающего персонала о наступлении события;
- Защита от помех;
- Интеллектуальный механизм анализа данных о работе системы и предотвращения сбоев;
- Удаленный доступ к центральной насосной станции с использованием планшета на расстоянии до 50 м.;
- Интеллектуальная система обслуживания и ремонта. Система способна самостоятельно "подсказывать" ремонтной бригаде, какие элементы подлежат замене и формировать технологическую карту проведения ремонтно-восстановительных работ;
- Гарантированный срок службы АСОПО, при регулярном техническом обслуживании, составляет от 15 до 20 лет.
Компания "Технологии Безопасности" осуществляет полный комплекс работ по оснащению дорожной инфраструктуры автоматической системой обеспечения противогололедной обстановки (АСОПО):
Проектирование, изготовление, строительно-монтажные и пуско-наладочные работы.
Благодаря наличию собственной производственной базы, наша компания выполняет основные требования Правительства Российской Федерации:
- Обеспечение безопасности на дорогах путем использования эффективной российской инновационной технологии;
- Обеспечение экономической эффективности при импортозамещении.
Наша компания оказывает услуги на всей территории Российской Федерации.
Мы гарантируем нашим Заказчикам качественное выполнение услуг в срок и по разумной цене.
С того момента, когда в 2006 году в Москве на развязках Ярославское шоссе - МКАД и Алтуфьевское шоссе - МКАД была установлена система обеспечения противогололедной обстановки (СОПО) отечественной разработки, количество зимних дорожно-транспортных происшествий на этих участках уменьшилось в несколько раз. Это лишний раз подтверждает, что использование СОПО является сегодня наиболее эффективным методом в борьбе с гололедом на автотрассах и дорожных развязках.
В зарубежных странах со схожим с Россией климатом известные производители уже давно поставляют дорожникам комплекты оборудования, позволяющие осуществлять обработку дорожного полотна на сложных участках автотрасс и искусственных инженерных сооружениях жидкими противогололедными реагентами, используя данные автоматических замеров параметров погоды или команды из диспетчерского пункта. А шесть лет назад - в 2002 году - и у нас московским правительством было принято решение о разработке отечественной системы обеспечения противогололедной обстановки. Выполнение его было поручено ОАО "Московские дороги".
Что же представляют собой противогололедные системы, созданные отечественными специалистами?
Первыми, кто извещает систему о состоянии дороги и окружающей среды, являются автоматические дорожные метеостанции (АДМС) и дорожные датчики - своего рода дозорные, которые постоянно контролируют целый ряд погодных параметров - температуру воздуха и дорожного полотна, силу и направление ветра, толщину снежного покрова и многое другое.
Данные измерений поступают в систему управления центральной насосной станции (ЦНС) - основного элемента СОПО, где производится расчет и делается прогноз возможности возникновения гололеда на один-два часа вперед. Если вероятность образования гололеда высока, то включается гидросистема ЦНС и через разбрызгивающие головки производится обработка дорожного полотна. При этом плотность нанесения реагента зависит от того, сколь сильным прогнозируется образование гололеда.
Оборудование того или иного дорожного участка может состоять из одной или даже нескольких (на сложных дорожных развязках) центральных насосных станций. Они оснащены контейнерами для хранения жидких противогололедных реагентов, внутренней гидравлической системой с насосом и рядом управляемых электроникой клапанов и задвижек, которые обеспечивают устойчивую работу системы со стабильным давлением. Кроме того, на ЦНС размещены системы управления, связи и электропитания.
Все это размещено в удобном и компактном транспортабельном модуле, который собирается и тестируется на заводе. К месту установки он поступает уже практически в готовом к работе состоянии. От насосной станции вдоль дороги прокладывается недорогой пластиковый трубопровод - гидромагистраль, а также четыре электропровода: два - для питания и два для управления. Через каждые 10-15 метров ставятся блоки, которые содержат контрольно-управляющий модем, электромагнитный клапан и разбрызгивающую головку.
Рассказывает генеральный директор ОАО "Московские дороги", доктор технических наук Александр НЕФЕДОВ:
Наша система позволяет реально контролировать ситуацию, понимать, где и что происходит на дорогах, и потому подсказывает, куда нужно направлять дорожную уборочную технику - ведь автоматическими противогололедными системами оборудуются только самые ответственные участки автомагистралей, преимущественно транспортные развязки, на остальных участках для противогололедной обработки используется подвижная техника.
При этом наша контрольно-измерительная аппаратура позволяет проверить, была ли проведена уборка снега на автотрассе и если да, то когда именно, поскольку она оснащена ультразвуковым датчиком, определяющим толщину снежного покрова с точностью до нескольких миллиметров. Кроме того, есть и датчики, установленные непосредственно в дорожном полотне. Они измеряют температуру на поверхности дороги, на глубинах 5 см и 30 см в самом дорожном покрытии. Это необходимо для точного прогноза образования гололеда на дороге.
Еще одной важнейшей частью СОПО является центральный диспетчерский пункт (ЦДП), куда стекается информация о техническом состоянии оборудования, установленного на дорожных участках, метеорологические данные со всего региона, где размещены автоматические дорожные метеостанции. Здесь же производится их обработка и архивирование.
Кроме того, оператор ЦДП может управлять работой системы, что необходимо при проведении технологических работ или при возникновении нештатных ситуаций. Специализированное программно-математическое обеспечение и аппаратный комплекс ЦДП позволяют управлять СОПО по различным каналам связи и независимо от их расположения. Например, из московского технического центра возможно контролировать работу и управлять СОПО, размещенными в других городах. Из диспетчерского пункта можно также контролировать работу и управлять подвижной техникой, выполняющей нанесение антигололедных реагентов.
Главная задача, которую мы ставим перед собой, - создать систему, способную собирать, обрабатывать, фильтровать данные и выдавать их потребителям из единого центра. Систему, которая все объединяет в единый комплекс, так как это позволяет, с одной стороны, закрывать противогололедными установками СОПО наиболее сложные участки дорог, а, с другой, получая информацию из разных точек региона, более четко управлять подвижной техникой.
С целью дальнейшего снижения стоимости оборудования и создания предпосылок для упрощения и удешевления процесса эксплуатации мы предложили перенести все наиболее сложные задачи по прогнозу и управлению СОПО в единый инженерный диспетчерский пункт, сохранив на дорожных участках оборудование с минимальными функциями управления и контроля. Создание единого центра дает возможность регионально организовывать управление работой подвижной уборочной техникой, основываясь на объективных данных о погоде.
Это предложение вынесено на рассмотрение в комплекс городского хозяйства Москвы. В качестве пилотного проекта предлагается создание единого комплекса на третьем транспортном кольце и в Зеленограде с последующим включением в него других районов Москвы и уже действующих СОПО.
Задача непростая, но специалисты ОАО "Московские дороги" ее планомерно решают. И сегодня уже можно говорить о создании отечественной противогололедной системы, превосходящей по характеристикам зарубежные образцы и имеющей существенно меньшую стоимость.
Ряд примененных при создании СОПО технических решений защищены патентами. Все оборудование сертифицировано, автоматическая дорожная метеостанция, входящая в состав СОПО, внесена в единый Государственный реестр средств измерений. А одна из ведущих проектных организаций - ГУП "Мосинжпроект" - организовала разработку методических рекомендаций по проектированию объектов с учетом СОПО, с перспективой создания на базе этого документа стандарта предприятия и отраслевого стандарта.
Важно отметить, что СОПО благодаря развитой структуре связи и наличию соответствующего программного обеспечения позволяют легко дооснащать систему новыми контрольными функциями - например, видеокамерами, дополнительными датчиками контроля транспортных потоков и т.д.
Рассказывает Александр НЕФЕДОВ:
По ряду параметров и технических решений наша система превосходит зарубежные аналоги. Например, разбрызгивающая головка, разработанная нами в содружестве со специалистами МГТУ им. Баумана, обеспечивает дальность вылета струи реагента примерно на 40% дальше, чем зарубежные аналоги. Это дает нам возможность обеспечить гарантированное перекрытие двух, а в ряде случае и трех полос дороги и не ставить при этом разбрызгивающие линии и головки в полотно дороги.
Для стабилизации давления в гидросистеме зарубежных аналогов устанавливают вдоль дорожного полотна ресиверы (по одному на каждые 4 - 8 головок). Мы решили эту задачу путем регулирования производительности насоса в процессе обработки дорожного полотна. Это существенно упрощает монтаж и последующее обслуживание.
Все перечисленное позволяет нам рассчитывать на то, что со временем выйдем на зарубежный рынок, потому что в европейских странах такие системы, как наша, очень востребованы. Однако пользу от решения этой задачи в первую очередь почувствуют отечественные потребители - ведь нашу продукцию мы предлагаем прежде всего россиянам...
А пока специалисты ОАО "Московские дороги" успешно осваивают российские просторы. Совсем недавно компания выиграла несколько конкурсов на разработку проекта по применению своих систем на сложных участках Московской кольцевой автодороги и развязках и два конкурса - на поставку оборудования по выполненным ранее проектам.
Интерес к СОПО отечественной разработки проявляют и регионы. Так, по инициативе Дорожного комитета Перми такой системой оснащен новый Красавинский мост через р. Каму. А это вместе с подъездными участками около 2 км длины полотна - по три полосы в каждом направлении.
Изыскало финансовые ресурсы для оснащения противогололедной системой двух развязок на трассе Казань - Оренбург и Министерство транспорта Республики Татарстан.
Принимая во внимание преимущества и не в последнюю очередь стоимость отечественной разработки, а также наличие специалистов, способных решать комплексные задачи на всех этапах создания системы, проектные организации ГУП "Мосинжпроект", "Промос" (Москва), "Транспроект" (Казань) и ряд других включают СОПО в состав разрабатываемых ими проектов. Специалисты ОАО "Московские дороги" выполнили или приняли участие в выполнении более 20 проектов на оснащение мостов и развязок как действующих, так и вновь проектируемых.
К слову, весьма эффективное применение эти разработки компании "Московские дороги" могли бы найти при сооружении автомобильных дорог в олимпийском Сочи. На олимпийских автотрассах будет целый ряд сложных горных участков, на которых, по данным метеорологов, возможно образование гололеда до 80 раз в сезон - то есть фактически каждые два-три дня. Поэтому там особенно остро стоит вопрос о четком метеорологическом обеспечении дорожных служб, а также об оснащении особо сложных участков стационарными противогололедными системами.
И предпочтение лучше отдать именно отечественным разработкам, памятуя не только об их более конкурентной цене, по сравнению с зарубежными, но и о более низких эксплуатационных расходах, потому что использовать СОПО предстоит не только в дни Зимней Олимпиады, но и многие годы и даже десятилетия после нее.
