[發明專利]基于紅外光譜技術的公路結冰檢測與預警系統及其方法

有效

• 申請號: 201710028184.6
• 申請日: 2017-01-13
• 公開（公告）號: CN106781230B
• 公開（公告）日: 2019-06-21
• 發明（設計）人: 葉智銳;李勝利;許躍如
• 申請（專利權）人: 常州因特力交通科技有限公司
• 主分類號: G08B19/02
• 分類號: G08B19/02;G08G1/09;G01N21/3563
• 代理公司: 北京輕創知識產權代理有限公司 11212
• 代理人: 談杰

1.基于紅外光譜技術的公路結冰檢測與預警系統，其特征在于，包括：

信息發布模塊，設置在預警中心或區域控制中心，用于顯示路面狀況信息和發送短消息；

光發送模塊，用于發出不同波長的紅外光脈沖；

光接收模塊，設置在待檢測的道路和橋梁上，用于采集光反射信號；

控制模塊，通過光端機或無線通訊方式與光發送模塊和光接收模塊相連，用于將光接收模塊采集的信息轉換后傳遞給數據分析與控制系統；

數據分析與控制系統，與光發送模塊、控制模塊和信息發布模塊相連，通過分析數字控制模塊傳遞來的數據，對當前路段的路面狀況進行評價，并通過所述的信息發布模塊進行實時顯示和報警；

所述紅外光脈沖的波長為2900nm和3050nm；所述數據分析與控制系統用于計算波長為2900nm紅外線的反射率和波長為3050nm紅外線的反射率，計算兩者的比值，根據該比值判斷路面狀況；Fi是波長為3050nm時的反射率，Fj是波長為2900nm的反射率；若Fi/Fj的比值小于1.5時，則判定檢測路面為干燥路面，不存在結冰危險；若Fi/Fj的比值為1.5-3時，則判定檢測路面為不同水膜厚度的潮濕路面；若3<Fi/Fj<5，則判定檢測路面具有結冰或積雪危險；若Fi/Fj>5時，則判定檢測路面為不同冰層厚度的結冰路面。

2.根據權利要求1所述的基于紅外光譜技術的公路結冰檢測與預警系統，其特征在于，所述光發送模塊可發送至少兩種波長的紅外光脈沖。

3.根據權利要求1或2所述的基于紅外光譜技術的公路結冰檢測與預警系統，其特征在于，數據分析與控制系統還包括時間模塊，所述的時間模塊與控制模塊相連，并控制發送模塊發射紅外線脈沖的間隔時間。

4.根據權利要求3所述的基于紅外光譜技術的公路結冰檢測與預警系統，其特征在于，控制模塊將光接收模塊的紅外光脈沖信號處理后發送到數據分析與控制系統；所述數據分析與控制系統計算不同波長紅外光的反射率，并計算反射率的比值，根據上述反射率和反射率的比值，判斷路面的狀況。

5.一種基于紅外光譜技術的公路結冰檢測與預警方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1、通過光發送模塊分別發出第一波長范圍的紅外光脈沖和第二波長范圍的紅外光脈沖；

步驟2、利用光接收模塊接收反射的第一波長范圍的紅外光脈沖和第二波長范圍的紅外光脈沖，計算反射的第一波長范圍的紅外光脈沖的強度；同時，利用不同角度的反射透鏡將第二波長范圍內的第一預定波長的紅外光脈沖和第二預定波長的紅外光脈沖分離，計算反射的第一預定波長的紅外光脈沖和第二預定波長的紅外光脈沖的強度；

步驟3、控制模塊接收反射的第一波長范圍的紅外光脈沖的強度數據、反射的第一預定波長的紅外光脈沖和第二預定波長的紅外光脈沖的強度；計算第一預定波長的紅外光脈沖和第二預定波長的紅外光脈沖的反射率，并發送到數據分析與控制系統；

步驟4、數據分析與控制系統分析接反射的第一波長范圍的紅外光脈沖的強度數據、第一預定波長的紅外光脈沖和第二預定波長的紅外光脈沖的反射率；計算第一預定波長的紅外光脈沖的反射率與第二預定波長的紅外光脈沖的反射率的比值；

步驟5、根據反射的第一波長范圍的紅外光脈沖的強度數據，以及第一預定波長的紅外光脈沖的反射率與第二預定波長的紅外光脈沖的反射率的比值，判斷路面是否有結冰危險；若判斷該路面不存在結冰危險，則在信息發布模塊上發布路面情況，返回步驟1；若判斷該路面存在結冰危險，則在信息發布模塊上發布結冰報警信息，并以短信形式發送到相關人員的終端設備。

6.根據權利要求5所述的基于紅外光譜技術的公路結冰檢測與預警方法，其特征在于，所述第一波長范圍為1.4-2.4微米，所述第二波長范圍為2.4-3.2微米；所述第一預定波長的紅外光脈沖的反射率與第二預定波長分別為2900nm和3050nm。

7.一種基于紅外光譜技術的公路結冰檢測與預警方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟1：光發送模塊在上位機系統與數字控制模塊的控制下，分別發出1.4~2.4微米和3.2微米波長的紅外光脈沖照射在待檢測的路面和橋面上；

步驟2：光接收模塊利用光學反射原理，利用不同角度的反射透鏡，將2900nm和3050nm的兩個光波分開，利用不同位置的光強檢測器，同時測量2900nm和3050nm波長的光反射信號，并將光反射強度數據通過光端機或無線通訊方式傳遞到數字控制模塊；

步驟3：數字控制模塊將光反射強度數據轉換成光的反射率，并傳遞給上位機系統；

步驟4：上位機系統對傳遞來的數值進行分析處理，并得出當前所傳遞的數據對應的路面狀況信息；

步驟5：上位機系統根據所述的路面狀況信息進行實時評價，判斷路面是否有結冰危險；若判斷該路面不存在結冰危險，則在信息發布模塊上發布路面情況，返回步驟1；若判斷該路面存在結冰危險，則在信息發布模塊上發布結冰報警信息，并以短信形式通知負責道路養護和道路交通安全的人員，返回步驟1；

所述步驟1進一步包括如下步驟：

步驟11：分別用不同波長的紅外光照射不同介質，觀察不同介質在不同波長紅外光照射下反射光強的差異，進而獲得區分不同介質的紅外光的波長，得出照射波長為1.4~2.4微米，以區分干燥路面、有水路面或有雪路面；

步驟12：繼續觀察波長從2.4到3.2微米范圍內的反射光譜，實驗發現，當紅外線波長在2900nm時的反射率與在3050nm的反射率存在一定關系，而且關系非常穩定，用波長為2900nm和3050nm的反射率的比值作為區分干燥、潮濕和冰路面狀況的指標；

步驟5中判斷路面是否存在結冰危險的方法包括以下步驟：

步驟51：通過光接收模塊所接收的反射率數據，獲得當前道路對不同波長光信號的反射強度；

步驟52：計算接收模塊接收的3050nm波長和2090nm波長的反射率比值Fi/Fj，Fi是波長為3050nm時的反射率，Fj是波長為2900nm的反射率；若Fi/Fj的比值小于1.5時，則判定檢測路面為干燥路面，不存在結冰危險；若Fi/Fj的比值為1.5-3時，則判定檢測路面為不同水膜厚度的潮濕路面；若3<Fi/Fj<5，則判定檢測路面具有結冰或積雪危險；若Fi/Fj>5時，則判定檢測路面為不同冰層厚度的結冰路面。