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1、10申请公布号CN102587275A43申请公布日20120718CN102587275ACN102587275A21申请号201210063998022申请日20120312E01D19/0820060171申请人河南省交通科学技术研究院有限公司地址450006河南省郑州市二七区航海中路219号72发明人朱维东秦海伟张仲鼎张晓林刘保元田文豪尹庆会刘婧周敏74专利代理机构郑州天阳专利事务所普通合伙41113代理人宋金鼎54发明名称公路桥面径流实时识别及选择收集系统57摘要本发明涉及公路桥面径流实时识别及选择收集系统，可有效解决无法即时识别，效果差，存在安全隐患及易引发污染事故的问题，控制器分。
2、别与摄像头、雨雪传感器、第一、第二、第三电磁阀、超声波流量计相连接，控制器接监控器，超声波流量计装在U形检测管上，U形检测管内的第二传感器和控制器相连，U形检测管和第二、第三电磁阀相连通，第二电磁阀和沉淀池、收集池相连通，收集池和第三电磁阀相连接，收集池内有和控制器相连的液位计，沉淀池接第一电磁阀，第一电磁阀与净化器、边沟相连通，本发明效果好，可实现即时识别，有效解决了安全隐患及易引发污染事故的问题。51INTCL权利要求书2页说明书7页附图3页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书2页说明书7页附图3页1/2页21一种公路桥面径流实时识别及选择收集系统，其特征在于，控制器。
3、（1）分别与摄像头（3）、第一电磁阀（4）、雨雪传感器（6）、第二电磁阀（7）、超声波流量计（8）和第三电磁阀（10）相连接，控制器经路由器（2）接监控器（14），超声波流量计贴装在U形检测管（9）的外壁上，U形检测管内有和控制器相连的第二传感器，U形检测管分别和第二电磁阀、第三电磁阀（10）相连通，第二电磁阀的第一个排出口和沉淀池（11）相连通，第二电磁阀的第二个排出口和事故泄漏用的收集池（12）的第一进水管相连通，收集池的第二进水管和第三电磁阀的排出口相连接，收集池内有和控制器相连的液位计（5），沉淀池的排出口接第一电磁阀，第一电磁阀上有第一排放口和第二排放口，第一电磁阀的第一排放口与净化。
4、器（13）的进水管（22）相连接，净化器的出水管（23）和第一电磁阀的第二排放口分别与边沟（15）相连通。2根据权利要求1所述的公路桥面径流实时识别及选择收集系统，其特征在于，所述的路由器（2）为光纤路由器、GPRS无线路由器或ADSL路由器。3根据权利要求1所述的公路桥面径流实时识别及选择收集系统，其特征在于，所述的第一电磁阀（4）、第二电磁阀（7）为两位三通电磁阀。4根据权利要求1所述的公路桥面径流实时识别及选择收集系统，其特征在于，所述的U形检测管（9）为U形弯管，U形检测管的两个上端分别有出水口和进水口，进水口的高度高于出水口的高度，出水口下部的U形检测管的侧壁上和底部分别有第一排放口。
5、和第二排放口，第一排放口和第二排放口分别接第三电磁阀的两个进水口，U形检测管的出水口和第二电磁阀的进水口相连通。5根据权利要求1所述的公路桥面径流实时识别及选择收集系统，其特征在于，所述的第三电磁阀（10）为排空电磁阀。6根据权利要求1所述的公路桥面径流实时识别及选择收集系统，其特征在于，所述的第二传感器装在U形检测管的竖管内，第二传感器至少有4个，分别为浊度传感器（16）、PH传感器（17）、电导率传感器（18）和可燃气体传感器（19），浊度传感器、PH传感器和电导率传感器置于U形检测管出水口下方的竖管内，可燃气体传感器置于U形检测管出水口上方的竖管内。7根据权利要求1所述的公路桥面径流实时。
6、识别及选择收集系统，其特征在于，所述的控制器（1）接电源（36）。8根据权利要求1所述的公路桥面径流实时识别及选择收集系统，其特征在于，所述的净化器（13）是过滤池（20）经溢流堰（21）分为左部池体和右部池体，左部池体的外侧底部有进水管（22），右部池体的外侧底部有出水管（23），进水管的外端和第一电磁阀的第一排放口相连通，出水管和边沟连通，左部池体底部内铺设有呈“丰”字形的配水管（24），配水管的中部横管外端和进水管相连通，中部横管的两侧垂直装有多排平行排列的支管，支管的末端口部装有管堵（25），配水管沿横向间隔开有交错排列的圆孔（26），圆孔的直径大小以卵石不堵塞、不掉入圆孔为准，配水管。
7、上部自下向上依次铺设有分别由粒径34CM的卵石（27）、粒径23CM的沸石（28）和粒径23MM的粗砂（29）为滤料构成的过滤层，每相邻的两个过滤层之间有隔网（30），每层隔网上的网孔直径小于上层相邻的滤料的粒径，是为了防止滤料过度下沉混合，降低下层滤料的缝隙率，过滤层的顶部低于溢流堰的顶部，过滤池的顶部有检修口（31）。权利要求书CN102587275A2/2页39根据权利要求1所述的公路桥面径流实时识别及选择收集系统，其特征在于，所述的收集池（12）是上部有检修开口（32），两侧分别有上端伸出外部的进水管（33）和清运管（34），检修开口一侧的收集池上部有排气管（35），收集池的进水管有第。
8、一进水管和第二进水管共两个进水管，进水管的下端弯曲和收集池的底部相平行，清运管的下端置于收集池底部向下凸起的凹槽内，液位计置于清运管的内侧，收集池的底部向凹槽方向向下倾斜。权利要求书CN102587275A1/7页4公路桥面径流实时识别及选择收集系统技术领域0001本发明涉及排水设备，特别是一种公路桥面径流实时识别及选择收集系统。背景技术0002根据统计数据，我国95以上的化学危险品涉及到异地运输问题，例如液氨的年流动量达80多万吨，液氯的年流动量达170多万吨，其中80通过公路运输。国内外的统计资料表明化学危险品运输事故占危险化学品事故总数的3040。上述统计数据表明，公路运输是化学危险品的。
9、主要运输方式，运输过程中发生的危险化学品事故在总的化学危险品事故中占相当大的比重，而暑期是事故发生的高峰期。究其原因一是高温多雨天气容易发生交通事故和危险化学品泄漏事故，恶劣天气条件导致车辆状况和行驶条件变差，二是这一时段是危险品生产和销售的旺季，鉴于高速公路线性延伸、跨越大量地表水体，且桥梁等节点位置是事故多发地段的特点，危险化学品运输事故导致的地表水污染成为迫切需要解决的问题。0003目前虽然有防止地表水污染而设置的识别及选择收集系统，但由于结构上的原因，液态危险品流动性强、渗透性强的特点，泄漏后向水平和下方立体扩散，不易被控制，无法实现即时识别，效果差，依然存在安全隐患及易引发污染事故的。
10、问题。发明内容0004针对上述情况，为克服现有技术缺陷，本发明之目的就是提供一种公路桥面径流实时识别及选择收集系统，可有效解决现有桥面径流收集系统无法即时识别，效果差，依然存在安全隐患及易引发污染事故的问题。0005本发明解决的技术方案是，控制器分别与摄像头、第一电磁阀、雨雪传感器、第二电磁阀、超声波流量计和第三电磁阀相连接，控制器经路由器接监控器，超声波流量计贴装在U形检测管的外壁上，U形检测管内有和控制器相连的第二传感器，U形检测管分别和第二电磁阀、第三电磁阀相连通，第二电磁阀的第一个排出口和沉淀池相连通，第二电磁阀的第二个排出口和事故泄漏用的收集池的第一进水管相连通，收集池的第二进水管和。
11、第三电磁阀的排出口相连接，收集池内有和控制器相连的液位计，沉淀池的排出口接第一电磁阀，第一电磁阀上有第一排放口和第二排放口，第一电磁阀的第一排放口与净化器的进水管相连接，净化器的出水管和第一电磁阀的第二排放口分别与边沟相连通。0006本发明效果好，可实现即时识别，有效解决了安全隐患及易引发污染事故的问题。附图说明0007图1为本发明的结构主视图。0008图2为本发明U形检测管的结构主视图。0009图3为本发明净化器的结构剖视图。0010图4为本发明净化器的结构俯视图。说明书CN102587275A2/7页50011图5为本发明收集池的结构主视图。具体实施方式0012以下结合附图对本发明的具体实。
12、施方式作详细说明。0013由图1图5给出，本发明的结构是，控制器1分别与摄像头3、第一电磁阀4、雨雪传感器6、第二电磁阀7、超声波流量计8和第三电磁阀10相连接，控制器经路由器2接监控器14，超声波流量计贴装在U形检测管9的外壁上，U形检测管内有和控制器相连的第二传感器，U形检测管分别和第二电磁阀、第三电磁阀10相连通，第二电磁阀的第一个排出口和沉淀池11相连通，第二电磁阀的第二个排出口和事故泄漏用的收集池12的第一进水管相连通，收集池的第二进水管和第三电磁阀的排出口相连接，收集池内有和控制器相连的液位计5，沉淀池的排出口接第一电磁阀，第一电磁阀上有第一排放口和第二排放口，第一电磁阀的第一排放。
13、口与净化器13的进水管22相连接，净化器的出水管23和第一电磁阀的第二排放口分别与边沟15相连通。0014所述的路由器2为市售产品，如光纤路由器、GPRS无线路由器或ADSL路由器等用以实现多台计算机之间有线或无线网络连接的一种设备；所述的第一电磁阀4、第二电磁阀7为两位三通电磁阀；所述的U形检测管9为U形弯管，U形检测管的两个上端分别有出水口和进水口，进水口的高度高于出水口的高度，出水口下部的U形检测管的侧壁上和底部分别有第一排放口和第二排放口，第一排放口和第二排放口分别接第三电磁阀的两个进水口，U形检测管的出水口和第二电磁阀的进水口相连通；所述的第三电磁阀10为排空电磁阀；所述的第二传感器。
14、装在U形检测管的竖管内，第二传感器至少有4个，分别为浊度传感器16、PH传感器17、电导率传感器18和可燃气体传感器19，浊度传感器、PH传感器和电导率传感器置于U形检测管出水口下方的竖管内，可燃气体传感器置于U形检测管出水口上方的竖管内；所述的控制器1为ATMEL公司生产的ATMEGA324P型AVR单片机，控制器接电源36；所述的净化器13是过滤池20经溢流堰21分为左部池体和右部池体，左部池体的外侧底部有进水管22，右部池体的外侧底部有出水管23，进水管的外端和第一电磁阀的第一排放口相连通，出水管和边沟连通，左部池体底部内铺设有呈“丰”字形的配水管24，配水管的中部横管外端和进水管相连通。
15、，中部横管的两侧垂直装有多排平行排列的支管，支管的末端口部装有管堵25，配水管沿横向间隔开有交错排列的圆孔26，圆孔的直径大小以卵石不堵塞、不掉入圆孔为准，配水管上部自下向上依次铺设有分别由粒径34CM的卵石27、粒径23CM的沸石28和粒径23MM的粗砂29为滤料构成的过滤层，每相邻的两个过滤层之间有隔网30，每层隔网上的网孔直径小于上层相邻的滤料的粒径，是为了防止滤料过度下沉混合，降低下层滤料的缝隙率，过滤层的顶部低于溢流堰的顶部，过滤池的顶部有检修口31；所述的卵石27为鹅卵石，沸石28为玄武岩，粗砂29为石英砂；所述的收集池12是上部有检修开口32，两侧分别有上端伸出外部的进水管33和。
16、清运管34，检修开口一侧的收集池上部有排气管35，收集池的进水管有第一进水管和第二进水管共两个进水管，进水管的下端弯曲和收集池的底部相平行，清运管的下端置于收集池底部向下凸起的凹槽内，液位计置于清运管的内侧，收集池的底部向凹槽方向向下倾斜。0015本发明的工作原理是，桥面径流经泄水孔流入沿桥梁外侧敷设的排水管中，然后流入U形检测管，U形检测管内液位逐渐升高淹没第二传感器，液体和第二传感器接触时间说明书CN102587275A3/7页6满足检测要求后，第二传感器分别发送水质检测信号至控制器，控制器对传感器电信号进行解析后，根据控制器内预设的水质判别条件识别水质是正常径流还是事故泄漏物，并根据识别。
17、结果控制下级管路上的电磁阀动作切换流向，使来水流入沉淀池或流入收集池，对桥面径流按水质进行选择性收集，桥面来水经检测为事故泄漏时，流入收集池；检测为正常径流时，进入沉淀池。沉淀池兼有蓄水和沉淀双重作用，桥面径流来水经初步沉淀后自流进入下级的净化器，净化器是由卵石、沸石和粗砂组成的复合滤层，对桥面径流中所含的悬浮物有较好的截留作用，净化器出水排入边沟。0016由上述结构可知，控制器将传感器检测信号编码后通过光纤或GPRS路由器同步发送至监控中心的监控器，由监控器解析后显示出来，供工作人员决策参考。控制器除了发送控制信号、解析、处理传感器检测信号以及处理、传输摄像头视频信号外，还担负为传感器等设备。
18、供电功能，控制器的电源可由市电经整流变压电路后，输出为与需求相应的电压、电流，也可配备电源，如蓄电池，电池组等，为避免影响控制器运行的稳定性，一些驱动功率较大的设备如电磁阀采用独立电源供电。监控器是一台工业计算机，借助计算机软件实现桥面设备运行状态的实时显示、设备状态查阅、设备运行参数设置等功能。本发明中的传感器类别有PH传感器、电导率传感器、浊度传感器、可燃气体传感器，上述传感器探测对象覆盖酸性液体、碱性液体、导电液体、挥发性可燃液体、各种盐类，基本覆盖了高速公路运输常见危险品的种类。即便如此，对有些类别危险品，例如食用油，仍无法实现即时识别，为此设置桥面监控用的摄像头，通过视频方式识别桥面。
19、事故，以弥补传感器检测能力的不足。根据电磁阀供应商提供的基础参数，监控器具备电磁阀阀芯闭合状态检测识别功能，此状态经编码后传输至监控器显示在屏幕上，各部位电磁阀阀门状态一目了然，方便工作人员手动操作。电磁阀驱动具体指传感器检测到异常水质信号后，与监控器存储系统中事先定义好的事故判别标准进行比对，符合事故水质特征随即导通电磁阀驱动电路，控制两位三通电磁阀阀门从正常排放状态切换至事故排放状态，引导事故泄漏物流入收集池。U形检测管的是一段U形弯管，弯管来水方向高度略高于去水方向按水力坡降自然高差即可，U形检测管内的第二传感器安装在U形弯管的任一竖直管段中均可，但安装在左侧位置较右侧更有利于来水混合均。
20、匀如图2所标，竖直管段高度取决于传感器组合中最长传感器的高度，在不受传感器尺寸制约时可以稍短，但不宜过短，一是要留出外贴式超声波流量计贴片安装位置，二是流量计检测需要一个稳定的满管水流，竖管过短，水流易波动，U形检测管内有一个传感器组合，即第二传感器，采用传感器组合后，监测对象覆盖酸、碱、盐、挥发性可燃气体、溶水后变色物质。为提高系统时效性和可靠度，结合现有的传感器类别和高速公路危险品类别，将系统检测时段区分为雨雪天和非雨雪天两种天气状况，借助雨雪传感器为桥面主机提供天气状况信息，在非雨雪天气，电磁阀默认位于事故排放状态，U形检测管中检测到的任何流量都识别为危险品泄漏，流入事故泄漏的收集池；雨。
21、雪天气情况下，根据传感器组合检测结果判断是否事故排放，若为事故排放流入事故泄漏收集池，否则流入沉淀池。对监测时段进行优化后，非下雨天的所有流量，不管是否检出，均进入事故泄漏收的集池，大幅提高了事故泄漏检出率。0017本发明的净化器是当初期径流进入后，通过“丰”字形配水管进行配水，配水管设在净化器底部，末端开口用管堵封堵，并在管段上沿水管横向间隔510CM均匀钻出圆孔，交错排列，以卵石不堵塞、不掉入圆孔为准，卵石粒径差别较大时，应采取措施防止卵石堵说明书CN102587275A4/7页7塞、掉入圆孔，配水管上钻孔目的为均匀配水，上游来水流经过滤料间隙时，因其曲折回转的阻隔及上升流出水可消减相当程。
22、度来水势能，有助于形成分布均匀平缓的上升流，将来水由紊流转变为层流并均匀分布在滤料层横截面上，一方面充分利用滤料的过滤能力，另一方面形成的稳定上升流，防止过滤后水流流态不稳挟带过多泥沙溢流，在配水管上部依此铺设厚度40CM的卵石、沸石、粗砂，粒径由下到上逐级变小，各滤料层间铺设隔网，防止滤料过度下沉混合，降低下层滤料的缝隙率。滤料层上方至溢流堰顶部还有50CM高度未填充滤料，此高度为泥沙沉降层，用以进一步去除出水中挟带的泥沙颗粒。由于径流经过过滤层后流速极慢，在过滤过程中未被阻截及径流经过粗砂过滤层时挟带的细小颗粒，因密度较大上冲一定高度后逐渐沉降下来。水流依次通过卵石、沸石、粗砂过滤层后，截。
23、留掉大部分颗粒污染物，随着来水持续，逐渐充满池体，在净化器上部未填充滤料空间部分沉降掉携带的细小颗粒后，经溢流堰流入右部池体的出水管排入边沟。并经反复试验测试，取得了良好的效果，具体情况如下0018为解决初期径流污染问题，针对桥面径流的水质特点，在本发明中引入净化器，用于截留初期径流中的主要污染物SS水中悬浮物颗粒，并对COD化学需氧量也有一定的去除作用。将采集的初期径流污染物中SS、COD、BOD5测试结果绘成曲线，发现SS、COD、BOD5的浓度曲线呈大体平行状态，结合初期径流的水质特点推断，水样中的COD、BOD5的浓度有相当一部分是由水样中的SS贡献的，即同一水样，在滤除SS后测试CO。
24、D和不过滤SS测试COD，得到的结果是不一致的，采集市区交通干线路边土所做的模拟实验结果显示COD和SS浓度相关性达872，表明上述推断正确。0019净化器所采用的滤料为鹅卵石，玄武岩，石英砂，水流在这些材料中的流动速度取决于滤料的渗透系数，而装置的处理能力则取决于渗透系数和过滤池过水面积。0020渗透系数是反映土壤或其它颗粒材料透水性的一个综合性指标，主要取决于颗粒的形状、大小、均匀程度以及空隙等特性。不同介质的渗透系数是不同的。渗透系数是一个有量纲的物理量，量纲和流速一样。0021表41是依据达西定律计算出的常见材料渗透系数。0022表41常见材料渗透系数00230024净化器上游来水通过。
25、配水管进行配水，使水流尽量均匀地分布在过滤材料断面上，以形成较为稳定的上升流。净化器中过滤材料的铺设顺序自下而上依次是卵石、沸石、粗砂，过滤材料铺设分层示意图见图3，上述三种过滤材料组成的过滤层，其渗透系数自下说明书CN102587275A5/7页8而上依次减小，可以看出，整个装置的过滤能力取决于渗透系数最小的滤层即粗砂层，而水流流过装置的时间则为水流分别流过三种过滤材料的时间之和。通过比较净化器和配水管的过水能力，可以得到二者过水能力差值，此差值可以作为确定净化器上级的沉淀池的容积。沉淀池起到较好的沉淀作用，需要控制的要素有水流速度、沉淀池深度和长度，在满足此基础上，可以适当加大池容量，此部。
26、分容量可作为蓄水容量，由系统根据上下游来水和出水速度自行调节，此容量应能满足一个降水周期内给定降水强度下因上游来水和下游过滤出水速度不一致产生的多余水量。并在沉淀池留出溢流口，用于强降水天气时溢流。0025表41给出的渗透系数是一个范围，由于选取的过滤材料并非标准粒径和孔隙率，为使计算结果尽量接近实际情况，在选取过滤材料渗透系数时取上下限的均值。净化器的过水断面尺寸25M18M，折合45M2，三层滤料的厚度均为40CM，经计算，净化器的综合过水能力是181/S，水流通过三层滤料的时间约为1614S。详细数据见表42。0026表42初期径流净化器处理能力计算表00270028过滤效果验证实验00。
27、291、介质选择0030鹅卵石、玄武岩、石英砂，其中0031鹅卵石直径34CM，购于郑州陈寨花卉市场；0032玄武岩直径23CM，购于郑州市市政二公司；0033石英砂直径23MM，购于巩义市科源净水材料厂。00342、试验用水0035选用城市道路路面灰尘到自来水中模拟污水。试验采用间歇式进水方式，每周一至周五进水，每天采集进水和出水。00363、进水浓度0037水中悬浮物颗粒SS和化学需氧量COD为污染物的主要测定指标。试验用水系在自来水中添加过063MM筛后的城市道路灰尘配制而成。00384、填料又称滤料，以下同填放0039考虑到更换填料种类时清理方便，每个箱体放1种填料，填料填放的顺序沿水。
28、流方向上，箱体中依次是鹅卵石、玄武岩、石英砂。箱体中的填料，设置3个厚度，10CM、18CM、22CM。相应地，总的过滤层厚度依次为30CM、54CM、66CM。00405、采样时间0041每天下午进水，水阀开后采集进水和出水的水样。同时每天记录试验地的温度和湿度。00426、监测指标及测定方法0043水中固体悬浮物颗粒SS采用重量法；说明书CN102587275A6/7页90044化学需氧量COD采用重铬酸钾法；0045温湿度温湿度表0046试验结果分析00471、预备试验0048不同路面采集到的道路路面灰尘过063MM筛后，分析SS和COD的数据。每个试验地重复3次。根据数据分析，确定试验。
29、进水需添加的COD与SS的数值。0049表43不同采样地化学需氧量、PH、固体悬浮物含量比较0050采样地PH化学需氧量MG/L固体悬浮物MG/L航海路嵩山路南918114265东门口南754234120京广路南三环南774578380京广路南三环南7795071950051由表43可以看出，城市道路路面灰尘的化学需氧量和固体悬浮物的含量在不同的地方，含量不同。究其原因，跟周边环境有关。比如东门口南的化学需氧量明显比其他地方的高，主要是附近有菜市场，菜市场里的氮、磷、有机物含量高。把采集到的四个地方的城市道路灰尘混合后模拟高速公路路面径流形成的固体颗粒物添加到自来水中。00522、试验地的温度。
30、及湿度0053试验期间的温度、湿度在整个试验进程中，试验场地的温度和湿度变化是稳中有升的，温度变化范围在143239度之间，温度的算数平均值为185。湿度的变化范围在2147之间，湿度的算数平均值为32。在废水生物处理中，微生物最适宜的温度范围一般为1630，最高温度在3743，当温度低于10时，微生物将不再生长。在适宜的温度范围内，温度每提高10，微生物的代谢速率会相应提高，COD的去除率也会提高10左右；相反，温度每降低10，COD的去除率会降低10，因此在冬季时，COD的生化去除率会明显低于其它季节。00543、固体悬浮物的去除0055表44不同介质厚度下对固体悬浮物的去除效果0056厚。
31、度CM进水浓度MG/L出水浓度MG/L差值去除率104579536279210517384799261086330833965说明书CN102587275A7/7页10107263569195218603127476789185827251087618347313169110057由表44可以看出，固体悬浮物在人工湿地试验模型中的去除率较好，去除范围在789965之间，去除效率的算数平均值为89。污水在进入人工湿地以后，由于流速迅速减慢，再加上自然沉淀和填料的吸附、阻截和过滤作用，进水悬浮物在进入处理装置的前端即得到有效的去除。同时填料中也存在着物理、化学和生物吸附作用，使细小的悬浮物得到有效。
32、的去除。所以，悬浮物去除率的高低取决于废水与填料的接触程度，在湿地中保持废水良好的流态，使其全部流经填料层，避免废水表面漫流的发生，对提高悬浮物的去除效率至关重要。00584、化学需氧量的去除0059人工湿地在每种滤料厚度上对COD的去除率都是呈现增加的趋势，滤料厚度的增加对COD的去除有一定的波动，波动之后COD的去除仍然是呈现增加的趋势。00605、固体悬浮物的去除0061固体悬浮物具有较高的去除效果，范围在789965。0062总之，本发明可即时识别桥面径流水质，快速准确的做出处理，有效解决了现有桥面径流收集系统存在安全隐患及易引发污染事故的问题，并对初期径流中的固体悬浮物和化学需氧量有较好去除效果。说明书CN102587275A101/3页11图1图2说明书附图CN102587275A112/3页12图3图4说明书附图CN102587275A123/3页13图5说明书附图CN102587275A13。