本發(fā)明涉及城市交通管理領(lǐng)域，尤其涉及一種城市道路智能噴水除塵方法。

背景技術(shù)：

隨著我國經(jīng)濟水平的不斷提高，城市化建設(shè)的腳步逐年加快，城市的道路越來越多，然而城市道路，特別是在干旱少雨的地區(qū)的城市道路，由于車輛的通過，導(dǎo)致地面上的塵土在風(fēng)力帶動及其他帶動飛揚而進入大氣，造成了開放性污染，是環(huán)境空氣中總懸浮顆粒物的重要組成部分，嚴重影響了居民和道路使用者的身體健康和出行。

目前，為減少揚塵的普遍辦法是用灑水車灑水。然而傳統(tǒng)的灑水車存在著很多缺點，例如灑水車運行速度緩慢，與城市道路車流速度差異大，與城市交通流運行和控制的原則相沖突，嚴重阻礙交通，存在安全隱患，并降低道路通行能力。又如灑水車水槍的高壓和噴速也為行人帶來不便和安全隱患。并且采用灑水車的方式靈活性差，調(diào)度和工作耗時多，不僅浪費水資源，而且也浪費了燃油等其他能源，對人力資源和物力資源都造成了不同程度的浪費，并且效果較差，不能根據(jù)需要，隨時隨地進行控制，已經(jīng)越來越無法適應(yīng)人們現(xiàn)代生活的快節(jié)奏，因此，亟需一種新的城市道路揚塵治理手段，能夠節(jié)能人力物力，并且能夠進行智能控制，提到揚塵的治理效果。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明提供一種城市道路智能噴水除塵方法，以克服上述技術(shù)問題。

本發(fā)明提供的城市道路智能噴水除塵方法，包括

a.在路燈燈桿上安裝灑水噴頭，

b.計算每個路燈燈桿上的灑水噴頭組的有效作用面積以及最優(yōu)出水速度，

c.設(shè)置啟動閾值并檢測周圍環(huán)境的空氣質(zhì)量，根據(jù)環(huán)境的空氣質(zhì)量的檢測結(jié)果，自動控制灑水噴頭進行工作。

進一步，步驟c中的啟動閾值包括單閾值和綜合閾值，所述單閾值根據(jù)空氣中各單項污染物的濃度設(shè)定，所述單閾值為多個，當任意一項污染物的濃度超過預(yù)先設(shè)定單閾值的值時，自動控制灑水噴頭進行工作。

進一步，所述綜合閾值包括通過對空氣中的各污染物危害賦權(quán)值，并對污染程度進行計算，將空氣質(zhì)量分級，當空氣質(zhì)量低于某個級別時，自動開啟灑水裝置。

進一步，綜合閾值的確定方法具體包括：

根據(jù)置信度準則判斷污染物的污染程度所屬類別：

其中，λ取值為0.7，k為污染物的污染程度屬于C_k類，為均值化處理后的屬性測度。

進一步，步驟b中最優(yōu)出水速度通過如下公式獲?。?/p>

$V_0=\sqrt{\frac{{\mathrm{gR}}^2}{R+h-H}}$

其中，V₀為最優(yōu)出水速度，H為噴頭布置高度、h為綠化帶高度,R為最大作用半徑。

進一步，通過如下公式獲取灑水量：

Q₀＝Q/〔1-n％)

其中，n％為噴頭水量損失百分比，其中Q0為實際灑水總量，Q為理想灑水總量，且ΔC_i0為檢測周圍環(huán)境的各項污染物的濃度超過與其對應(yīng)的單閾值的差值，S為每個路燈燈桿灑水噴頭組的有效作用面積，H為噴頭布置高度，K_i為單位濃度的污染物吸收的水的質(zhì)量。

進一步，通過控制每個路燈燈桿上的灑水噴頭組的轉(zhuǎn)動方式，使其灑水面積為矩形，所述轉(zhuǎn)動方式為控制灑水噴頭組在沿水平方向勻速轉(zhuǎn)動的同時，進行垂直轉(zhuǎn)動。

本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明中的城市道路智能噴水除塵方法，通過在路燈燈桿上安裝灑水噴頭，并控制其以特定的方式進行轉(zhuǎn)動噴水工作，不僅可以用來除塵、凈化空氣，而且還能夠灌溉綠化帶，緊急火災(zāi)救援，夏天高溫時也能用做降溫的一種手段，發(fā)明能夠有效提高灑水效率，節(jié)約水資源，特別對于干旱地區(qū)，水資源的合理高效利用至關(guān)重要，本發(fā)明相對于傳統(tǒng)的灑水車除塵方式，實現(xiàn)了真正意義的智能化，在不影響道路通行能力的前提下，實現(xiàn)了在管網(wǎng)覆蓋的任何位置任何時間對道路智能控制自動灑水，不僅適用于城市道路的規(guī)劃，同樣也可以在現(xiàn)有的道路中實施。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步描述：

圖1是本發(fā)明的原理示意圖。

圖2是本發(fā)明的流程示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步描述：圖1是本發(fā)明的原理示意圖。圖2是本發(fā)明的流程示意圖。

如圖1、2所示，城市道路智能噴水除塵方法，包括

a.在路燈燈桿上安裝灑水噴頭，

b.計算每個路燈燈桿上的灑水噴頭組的有效作用面積以及最優(yōu)出水速度，

c.設(shè)置啟動閾值并檢測周圍環(huán)境的空氣質(zhì)量，根據(jù)環(huán)境的空氣質(zhì)量的檢測結(jié)果，自動控制灑水噴頭進行工作。

在本實施例中，可以在現(xiàn)有的城市道路建設(shè)的基礎(chǔ)上加裝噴水裝置和檢測裝置，也可以在新建道路設(shè)施時統(tǒng)一進行規(guī)劃建設(shè)，實現(xiàn)城市道路照明線路平行敷設(shè)給水管網(wǎng)，將灑水系統(tǒng)與照明路燈相結(jié)合。

在本實施例中，步驟c中的啟動閾值包括單閾值和綜合閾值，所述單閾值根據(jù)空氣中各單項污染物的濃度設(shè)定，所述單閾值為多個，當任意一項污染物的濃度超過預(yù)先設(shè)定單閾值的值時，自動控制灑水噴頭進行工作。城市空氣污染物主要有SO₂、NO₂、PM₁₀,PM_2.5等，揚塵都為親水性物質(zhì)，懸浮顆粒可和水結(jié)合成較重顆粒散落地面達到除塵目的，因此可用灑水來減少城市污染物的濃度。監(jiān)測各污染物的濃度值記為C_i，設(shè)置各單項污染物的濃度C_i0，當C_i大于C_i0時，對人身體健康影響較大，需要進行控制，通過將各項污染物的濃度C_i0設(shè)置為單閾值，當達到此閾值，自動開啟灑水裝置，進行灑水，以達到除塵的目的。

在本實施例中，綜合閾值是利用專家法對各污染物危害賦權(quán)值，在此基礎(chǔ)上基于屬性數(shù)學(xué)對城市污染程度進行計算，將城市空氣質(zhì)量分為k級，當空氣質(zhì)量低于n級時，自動開啟灑水裝置。以多指標對綜合閾值對城市污染物污染程度進行評價：設(shè)X為對象空間，其評價對象x表示某具體檢測裝置所在處的空氣質(zhì)量，F(xiàn)為研究對象的屬性空間，本實施例中指危害影響程度。

設(shè)對象空間X中的每一個元素x都有m個指標，記為I₁I₂,...,I_m，第i個元素x_i的第j個指標I_j的測量值記為x_ij，則X_i可以表示為一個向量x_i＝(x_i1,x_i2,...,x_im)。

再設(shè)屬性測度空間F的一個強序分割為{C₁,C₂,...,C_k}，并且已知每個指標的分類標準，則其用矩陣形式表示為：

其中，a_i1＜a_i2＜a_i3＜…＜a_i5，b_i1＜b_i2＜b_i3…＜b_i5.

計算某一個具體的指標i的測量值X_i具有屬性C_k(k＝1,2,3,4,5)的屬性測度區(qū)間，即

$\[u_{ik}\]=\[\underset{\‾}{u_{ik}},\stackrel{\‾}{u_{ik}}\]$

當x_i<a_i1時，取

當x_i≤b_i1時，取

當x_i≥a_i5時，取

當x_i≥b_i5時，取

當a_il≤x_i≤a_i(l+1)時，取

(k<l或者k>l+1)

當b_il≤x_i≤b_i(l+1)時，取

(k<l或者k>l+1)

在本實施例中，各指標權(quán)重可以由專家法得出，將指標I_i的權(quán)重記為W_i，在獲取各項指標I_i的屬性測度區(qū)間后，由于各指標的權(quán)重W_i已知，即可計算各污染物具有屬性C_k(k＝1，2，3，4，5)的屬性測度區(qū)間：

$\&lsqb;u_k\&rsqb;=\&lsqb;\underset{\&OverBar;}{u_k},\stackrel{\&OverBar;}{u_k}\&rsqb;$

其中：

再將屬性測度區(qū)間進行均值化處理，令

然后即可根據(jù)置信度準則判斷污染物的污染程度所屬類別：

式中，根據(jù)建模經(jīng)驗，λ取值為0.7，根據(jù)上述步驟求出的k值即為污染物的污染程度屬于C_k類，為均值化處理后的屬性測度。

則預(yù)先設(shè)定當空氣質(zhì)量低于k類時開啟噴水裝置。

在本是實施例中，由于城市道路照明路燈布置有對稱式，交錯式，中間加兩側(cè)式。為保證對路面灑水全覆蓋的效果，計算每個路燈燈桿灑水噴頭組的有效作用面積。設(shè)城市道路板塊寬度為D，對稱式布置路燈間隔為S₁,交錯式布置路燈間隔為S₂，每個路燈燈桿灑水噴頭組的有效作用面積相同為S：

S＝S₁·D/2

路燈布置為對稱式和交錯式時R₀相同，公式為：

$R_0=\frac{1}{2}\sqrt{S^2+D^2}$

假設(shè)噴頭布置高度H、綠化帶高度為h,水流縱向有效范圍中心線與水平線的夾角為α，出水速度V₀和最大作用半徑R₀，水流從噴頭噴出的時間為t

使噴射水流最遠點的落點在綠化帶植物的最高h處，既能滿足除塵除污染物的作用，又能對綠化帶進行澆灌。為滿足此要求，則各參數(shù)之間的關(guān)系如下：(假設(shè)水噴出在空氣中無阻力)

$H-h=V_0\sin \mathrm{\&alpha;}\&CenterDot;t-\frac{1}{2}g\&CenterDot;t^2$

$V_0=\frac{R}{tcos\mathrm{\&alpha;}}$

其中，H₀為路燈高度，H′為城市道路限高，城市道路車輛中交通參與者的位置在H″以下，隨著噴頭設(shè)置高度的提升，供水壓力也需要提升，從能源的角度考慮噴頭設(shè)置越高，越不經(jīng)濟，因此將噴頭的高度設(shè)在H處,即II″＜II＜II′)

本實施例中的噴頭噴水的精度并不要求很高，選擇當α角為45度時，揚程最大，由于H、R和α角在實際問題中已知，即可聯(lián)合求出V₀。

$V_0=\sqrt{\frac{{\mathrm{gR}}^2}{R+h-H}}$

在本實施例中，各污染物和揚塵的濃度為C_i時，其超出各自閾值C_i0的差值為ΔC_i0，假設(shè)單位體積內(nèi)，單位濃度的污染物吸收的水的質(zhì)量為Ki，則理想灑水總量為：

Q＝ΣS·HΔC_i0·K_i

由試驗確定噴頭水量損失為n％。則實際灑水總量為

Q₀＝Q/〔1-n％)。

在本實施例中，通過控制每個路燈燈桿上的灑水噴頭組的轉(zhuǎn)動方式，使其灑水面積為矩形，所述轉(zhuǎn)動方式為控制灑水噴頭組在沿水平方向勻速轉(zhuǎn)動的同時，進行垂直轉(zhuǎn)動。由于灑水面積為方形時，減少灑水交叉重復(fù)，比弧形灑水可節(jié)約撒水量，本實施例中，噴頭縱向有效噴水角度為θ，在每次左右擺動過程中只能覆蓋其中一部分。假設(shè)需要分為n個區(qū)域才能全部覆蓋整個有效作用面積，計算噴頭左右、上下轉(zhuǎn)動時的速度，并且應(yīng)考慮換行時的交替時間。若全部覆蓋需要分為n個區(qū)域，則在出水速度V₀下，噴頭單位時間出水量為Q，為保證灑水均勻，設(shè)定灑水循環(huán)為m輪，則當實際灑水總量為Q₀時,每輪的撒水量為Q₀/m.

則在每輪灑水中，每個區(qū)域內(nèi)，灑水量為：

Q′＝Q₀/(m·n)

各區(qū)域灑水時間都相等，為：

$T=\frac{Q^{\&prime;}}{Q}=Q_0/(m\&CenterDot;n\&CenterDot;Q)$

則i區(qū)域灑水時噴頭左右轉(zhuǎn)動的速度計算如下：

${\mathrm{\&beta;}}_i=2\arctan \frac{s\&CenterDot;n}{D\&CenterDot;i}$

ω_i＝β_i/T

其中，β_i為噴頭在區(qū)域i灑水時噴頭左右轉(zhuǎn)動角度，T為轉(zhuǎn)動時間，w_i為左右轉(zhuǎn)動速度，s為路燈燈桿之間的距離，即S₁或者S₂。

在本實施例中，由物體斜拋方程：

$II-h=V_{0}sin\mathrm{\&alpha;}\&CenterDot;t-\frac{1}{2}g\&CenterDot;t^2$

R＝V₀cosα·l

解得

$t-\frac{V_0\sin \mathrm{\&alpha;}+\sqrt{{\left(V_{0}sin\mathrm{\&alpha;}\right)}^2+2gh}}{g}$

可求

同時，隨著噴頭左右勻速轉(zhuǎn)動，噴水的揚程也在改變，揚程變化方程的計算方法如下：

$R\left(T\right)=\frac{i}{n}*\frac{D}{2}\sqrt{1+\tan (\frac{{\mathrm{\&beta;}}_i}{2}-{\mathrm{\&omega;}}_{i}T)}$

聯(lián)立方程得

$\frac{{V_0}^2\sin 2\mathrm{\&alpha;}}{2g}+\&lsqb;1+\sqrt{1+\frac{4gh}{{V_0}^2(1-\cos 2\mathrm{\&alpha;})}}\&rsqb;=\frac{i}{n}*\frac{D}{2}\sqrt{1+\tan (\frac{{\mathrm{\&beta;}}_i}{2}-{\mathrm{\&omega;}}_{i}T)}$

因此，式中H,D,V₀β_i,均為已知，則可求出α的函數(shù)。

優(yōu)選地，當噴灑完畢計算的實際出水量后，由空氣質(zhì)量監(jiān)測裝置核驗污染物，揚塵濃度，若達到安全濃度，則可關(guān)閉噴頭。若未達到，則重復(fù)灑水。在連續(xù)n次灑水裝置啟動的情況下，空氣質(zhì)量監(jiān)測模塊監(jiān)測到的空氣污染物濃度仍然高于閾值,在排除極端環(huán)境的情況下，即估計該處灑水系統(tǒng)故障。通過報警模塊將故障信息上傳至云端，并建立片區(qū)負責值班信息庫并上傳至云端。建立信息庫儲存維護人員的信息、排班時間、每人攜帶移動終端的IP號碼。上傳至云端，控制中心可隨時更改和調(diào)用值班信息庫信息?？刂浦行氖盏綀缶?，自動提取云端故障信息庫和維護人員值班信息庫信息，通過運算匹配將灑水裝置故障信息傳至當值維護人員的移動終端，完成高效快速匹配維護，移動終端可以采用智能手機或其他移動智能設(shè)備，在本實施例中，空氣質(zhì)量檢測裝置可以在每個路燈燈桿上設(shè)置，當然為了節(jié)約成本，也可以將路燈按區(qū)域進行分組，每組設(shè)置一個空氣質(zhì)量檢測裝置，實現(xiàn)對整個區(qū)域的覆蓋檢測，在區(qū)域內(nèi)的每個檢測裝置設(shè)置身份識別模塊，進行唯一的身份識別并記錄位置信息，當出現(xiàn)故障時，可以將包含身份識別碼和具體的位置信息的告警信息傳遞至移動終端，可以大大提高維護的效率。

最后說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當理解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當中。