【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及高速公路和城市快速路风险管控，特别是涉及一种冰雪天气沥青路面摩擦系数的实时预测方法。
技术介绍
1、路面的抗滑性能对行车安全具有十分重要的影响，在冬季恶劣天气条件下，路面被积雪或者冰层覆盖，会使抗滑性能显著降低，路面抗滑性能与事故率存在显著的统计关系。降雪会使事故率和受伤率分别上升84％和75％。在路面积雪或结冰时，我国的高速公路经常采用封站的管理策略，造成交通运行风险转移、路网服务能力降低、通行收益损失和用户满意度降低。虽然通过提升路表的材料属性可以增强其融冰除雪的能力，但并不会使路表面实现积雪或结冰的零覆盖。
2、直接测试路面摩擦系数的设备可以分为连续测试设备(轮胎与路表面接触)和单点测试设备(橡胶滑块与路表面接触)。国外学者bhoopalam对轮胎和冰面的相互作用进行了系统研究，考虑了荷载、胎压、轮胎花纹、温度以及冰面类型的影响。学者dan使用摆式仪(bpt)测试了各类冬季路面的抗滑性能，分析了路面温度、冰层厚度和水膜厚度的影响，最后提出了路面抗滑性能的经验评价模型。学者tan使用动态摩擦系数测试仪(dft)系统地研究了橡胶滑块在结冰路面的抗滑性能。对于积雪路面，学者们尝试使用bpt或者dft测试其抗滑性能，但滑块不能模拟轮胎的滚动特征，学者salimi使用同步牵引车(real timetraction tool)在封闭路段测试了结冰和积雪路面的横向力系数。
3、在冰雪天气路表的冰层和雪层是逐渐累积的，已有的研究探讨了多种因素对冬季路面抗滑性能的影响，但是受野外环境的限制，测试只能在结
技术实现思路
1、本项目专利技术的目的是提出针对冰雪天气沥青路面的全过程路面摩擦系数的变化预测模型，模型覆盖过程更完整、更深入，以解决现阶段冰雪天气路面抗滑性能衰减研究的不完善性。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
3、结冰路面抗滑性能试验与分析：根据路面结冰厚度与路面抗滑性能的衰变关系，采用非线性回归方式，拟合结冰路面摩擦系数预测模型；
4、积雪路面抗滑性能试验与分析：根据路面积雪状态与雪层内部的相对滑动关系，得出浮雪-压实雪状态和压实雪状况下的路面摩擦系数预测模型；
5、积雪消融路面抗滑性能试验与分析：根据积雪消融过程中路面雪层、冰层厚度的变化对路面抗滑能力的影响，拟合冰雪混合物总厚度与摩擦系数的关系，得出积雪消融状况下路面摩擦系数预测模型。
6、进一步的，所述结冰路面为冬季高速公路沥青路面自然结冰现象，包括除雪后路表湿润积水导致结冰，也可能因为冻雾、冻毛毛雨或冻雨形成暗冰。
7、进一步的，路表冰层实验室的累积模拟方法为：先在室温下对路表降水使其完全湿润，然后快速降低环境温度，使路表形成冰层，并完成相关测试；紧接着，将路面温度控制在-6℃～-5℃，使用喷壶对路面喷洒水雾，每次喷洒完成后等待5min，然后完成相关测试；最后，使用环境舱的覆冰功能在-5℃进行低温降水，直到冰层完全覆盖路表宏观纹理，形成厚冰路面用于测试结冰路面抗滑性能的最小值。
8、进一步的，试验方案中首先通过喷洒水雾、降雪或升温等手段，模拟冰雪覆盖物的累积和消融，然后进行相关测试，主要包括：(1)使用vaisala路面状态传感器检测冰雪覆盖物的厚度；(2)使用t2go(便携式连续摩擦系数测定仪)测试路面的摩擦系数；(3)使用摆式仪测试路面的摆值(bpn)。
9、所述结冰路面抗滑性能试验包括：路表冰层累积模拟和结冰路面抗滑性能测试。主要过程为：在-10℃对干燥路面先后进行三次人工降雪，每次降雪的浮雪厚度为5～8mm。降雪完成后先测试浮雪或浮雪-压实雪混合路面的抗滑性能，然后利用t2go的测试轮对浮雪来回碾压5次形成压实雪路面，再对压实状态的积雪路面进行测试。为研究温度变化对积雪路面抗滑性能的影响，在第三次降雪完成测试后，逐级升高环境温度至0℃，测试不同温度条件下积雪路面的摩擦系数。最后得到结冰路面状态下的沥青路面摩擦系数预测模型如下：
10、
11、式中：μ——摩擦系数；x1—冰层厚度(mm)
12、所述积雪路面抗滑性能试验包括：路表雪层累积模拟和结冰路面抗滑性能测试。主要过程为：在-10℃对干燥路面先后进行三次人工降雪，每次降雪的浮雪厚度为5～8mm。降雪完成后先测试浮雪或浮雪-压实雪混合路面的抗滑性能，然后利用t2go的测试轮对浮雪来回碾压5次形成压实雪路面，再对压实状态的积雪路面进行测试。为研究温度变化对积雪路面抗滑性能的影响，在第三次降雪完成测试后，逐级升高环境温度至0℃，测试不同温度条件下积雪路面的摩擦系数。最后得到积雪路面状态下的沥青路面摩擦系数预测模型如下：
13、1.漂浮和压实雪状态：
14、降雪量:<10mm，μ＝0.46；
15、降雪量:1020mm，μ＝0.42；
16、降雪量:2030mm，μ＝0.36；
17、2.压实雪状态：
18、
19、式中：μ——摩擦系数；x2—路面温度(-10～0℃)；
20、所述积雪消融路面抗滑性能试验包括：路表积雪消融模拟和积雪消融路面抗滑性能测试。主要过程为：路表压实的积雪因环境温度上升、车辆尾气加热或者汽车轮胎碾压等原因会出现消融状态。积雪路面的摩擦系数测试完成后，将环境温度调升至10℃，当路面温度上升至-1℃～0℃时，检测路表覆盖物的厚度并测试路面的抗滑性能，将该时间点作为积雪路面消融测试的起点(0min)，然后每隔10min进行一次测试。最后得到积雪消融状态下的沥青路面摩擦系数预测模型如下：
21、
22、式中：μ——摩擦系数；x3—冰雪混合物厚度(mm)；
23、本专利技术的有益效果为：
24、该专利技术通过非线性回归方法，针对不同路面状态(结冰路面、积雪路面、积雪消融路面)建立了摩擦系数预测模型。上述模型基于实验数据和数学模型，能够准确预测路面的抗滑性能，为交通管理部门提供实时的摩擦系数参数，从而有效地降低冬季恶劣天气对道路交通安全的影响。例如在恶劣天气条件下，交通管理者可以根据预测结果及时调整交通管制措施，提高道路安全性和交通效率。
25、本方法分析了影响结冰路面和积雪路面抗滑性能的关键因素，如冰层厚度、雪层内部滑动等。通过建立与这些因素之间的数学关系，提高了预测模型的准确性和可靠性，使其能够在不同的气候条件和路面状态下进行有效应用。
26、为了确保预测模型的可靠性，本方案中还提出了一系列标准化的实验方法，如路表冰层实验室累积模拟和人工降雪测试。上述实验方法不仅能够模拟真实路面的冰雪情况，还能够验证和修正预测模型，使其在实际应用中更为可信。
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1.冰雪天气沥青路面摩擦系数的预测方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的冰雪天气沥青路面摩擦系数的预测方法，其特征在于，包括：路表冰层实验室的累积模拟方法为：先在室温下对路表降水使其完全湿润，然后快速降低环境温度，使路表形成冰层，并完成相关测试；紧接着，将路面温度控制在-6℃～-5℃，使用喷壶对路面喷洒水雾，每次喷洒完成后等待5min，然后完成相关测试；最后，使用环境舱的覆冰功能在-5℃进行低温降水，直到冰层完全覆盖路表宏观纹理，形成厚冰路面用于测试结冰路面抗滑性能的最小值。
3.根据权利要求1所述的冰雪天气沥青路面摩擦系数的预测方法，其特征在于，包括：积雪路面累积模拟通过人工降雪完成，在-10℃对干燥路面先后进行三次人工降雪，每次降雪的浮雪厚度为5～8mm；降雪完成后先测试浮雪或浮雪-压实雪混合路面的抗滑性能，然后利用T2GO的测试轮对浮雪来回碾压5次形成压实雪路面，再对压实状态的积雪路面进行测试；在第三次降雪完成测试后，逐级升高环境温度至0℃，测试不同温度条件下积雪路面的摩擦系数。
4.根据权利要求3所述的冰雪天气沥青路面摩擦系
5.根据权利要求3所述的冰雪天气沥青路面摩擦系数的预测方法，其特征在于，采用T2GO连续采集不同位置的摩擦系数，以直线连接均值反应摩擦系数的变化规律；摆式仪测试路面的摆值，对测试结果的均值进行记录；得出结冰路面状态下的沥青路面摩擦系数预测模型：
6.根据权利要求3所述的冰雪天气沥青路面摩擦系数的预测方法，其特征在于，不同压实程度下积雪路面的摩擦系数预测模型如下：
7.根据权利要求4所述的冰雪天气沥青路面摩擦系数的预测方法，其特征在于，不同积雪消融状况下路面的摩擦系数预测模型如下：
...【技术特征摘要】
1.冰雪天气沥青路面摩擦系数的预测方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的冰雪天气沥青路面摩擦系数的预测方法，其特征在于，包括：路表冰层实验室的累积模拟方法为：先在室温下对路表降水使其完全湿润，然后快速降低环境温度，使路表形成冰层，并完成相关测试；紧接着，将路面温度控制在-6℃～-5℃，使用喷壶对路面喷洒水雾，每次喷洒完成后等待5min，然后完成相关测试；最后，使用环境舱的覆冰功能在-5℃进行低温降水，直到冰层完全覆盖路表宏观纹理，形成厚冰路面用于测试结冰路面抗滑性能的最小值。
3.根据权利要求1所述的冰雪天气沥青路面摩擦系数的预测方法，其特征在于，包括：积雪路面累积模拟通过人工降雪完成，在-10℃对干燥路面先后进行三次人工降雪，每次降雪的浮雪厚度为5～8mm；降雪完成后先测试浮雪或浮雪-压实雪混合路面的抗滑性能，然后利用t2go的测试轮对浮雪来回碾压5次形成压实雪路面，再对压实状态的积雪路面进行测试；在第三次降雪完成测试后，逐级升...
【专利技术属性】
技术研发人员：温学钧，黄岩，东阳，姜巍，周妍，李谐然，夏兆辉，孙云鹏，张逸琳，
申请(专利权)人：上海市政工程设计科学研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：
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