[發明專利]一種多光譜多角度非接觸式道面狀態監測裝置及方法

有效

• 申請號: 201711273129.X
• 申請日: 2017-12-05
• 公開（公告）號: CN108151799B
• 公開（公告）日: 2020-08-07
• 發明（設計）人: 程寅
• 申請（專利權）人: 中國科學院合肥物質科學研究院
• 主分類號: G01D21/02
• 分類號: G01D21/02
• 代理公司: 合肥天明專利事務所(普通合伙) 34115
• 代理人: 宋倩;奚華保

本發明提供一種多光譜多角度非接觸式道面狀態監測裝置，該裝置主要由光信號采集模塊和信號處理控制模塊組成，光信號采集模塊包括多個波長二極管激光發射和反射接收光學系統；信號處理控制模塊包括激光控制電路、光路切換單元等光電轉化和信號處理系統。本發明還提供一種多光譜多角度非接觸式道面狀態監測裝置的監測方法。本發明結構簡單、實用性強、可靠穩定，有效提高了道面狀態的識別率，并能夠精確反演水膜和冰膜厚度，實現道面狀態的非接觸式在線監測，為道路交通管理部門的決策提供依據，為保障公路交通安全提供了技術保障，適用于高速公路、機場跑道等道面狀態的定點式或移動式測量。

技術領域

本發明涉及交通安全保障技術領域，具體是一種多光譜多角度非接觸式道面狀態監測裝置及方法。

背景技術

近年來，隨著交通運輸業的飛速發展，氣象條件對交通運輸的影響也越來越廣泛，惡劣的氣象條件給交通運輸帶來巨大的損失，甚至威脅人們的生命財產安全。

其中，積雪、積水、結冰等覆蓋物改變了道面的物理性質，導致摩擦系數顯著降低，從而危及行車安全，進而引發交通事故，并引起連環事故。同時惡劣氣象條件對于事故救援和交通安全管制工作也十分不利。2008年我國出現的大范圍南方冰雪天氣中，由于道路表面積雪、積水、結冰等因素，交通事故傷亡率增長25％，事故率是正常情況下的13倍；據瑞典VTI(瑞典國家道路交通研究所)研究報告指出：發生在干燥、潮濕、冰、雪路面上的交通事故率之比是1：1.3：4.4：2.5，在冰雪道路下機動車發生交通事故引發傷亡的概率達到70％。

道面狀態監測傳感器是一種自動監測道面狀態的裝置，可以實時監測當前道面氣象信息：道面水、冰、霜、雪的出現和冰的形成等，能夠提供道面氣象條件的預警。按照測量方式的不同，目前道面狀態傳感器主要分為接觸式和非接觸式兩種。

接觸式道面狀態傳感器，其主要工作原理是基于電導率的測量判斷路面是否凍結等狀態。安裝方式采用埋入式方法，即對路面進行開孔、埋線，對道面有一定的破壞，在橋面、機場跑道等環境下無法使用，且安裝、維護都很困難。

非接觸式道面狀態傳感器，其主要工作原理是基于光譜反射的測量。該類儀器通常采用寬譜光源或者幾個特定波長的光源，通過各種道面狀態的反射光譜有著不同的特征來區別不同的道面狀態。由于多數設備采用單一測量角度，僅能獲得單一角度上的反射光強，存在對冰或水的測量時容易產生誤差的情況。近年來，也有研究機構提出采用光偏振檢測技術進行道面狀態的測量，可以有效、準確地區別冰和水類型，但為了求得反射光的偏振態，需要大量的偏振分離光學器件和探測器，增加了系統的復雜性和成本。同時，寬譜光源測量設備存在功耗大、維護周期短等缺點。

國外相關科技機構在上世紀六七十年代就開展了道路表面狀態識別技術的研究，一些國外企業也生產出技術成熟的測量儀器，在高速、橋梁、機場跑道上開展長期監測。但是，我國道路表面狀態監測大部分還是處于人工巡邏階段，不僅實時性比較差，觀測區域有限，也消耗了大量的人力物力。雖然，道路交管部門也已投入使用了少量國外設備，除了價格昂貴、難以普及外，其性能、參數未必符合我國的道路和氣候特點，很多識別標準也不符合我國相關部門的技術要求。

近年來，國內也有廠家和研究機構開展了相關設備的研制，其中包括中國科學院合肥物質科學研究院、西安光學精密機械研究所等單位，但多數設備還是處于科研實驗階段，而且測量的識別種類少、識別率較低。因此，開展道面狀態的自動測量技術研究，設計一種對道面狀態進行精確識別的測量裝置和方法，對于實現相關產品的規模化使用、保障交通安全有著重要的意義。

發明內容

本發明的目的在于提供一種多光譜多角度非接觸式道面狀態監測裝置及方法，實現對道面狀態的連續自動觀測，能夠實時準確識別道面干燥、水、冰、雪等狀態，為道路交通管理部門的決策提供依據；并能夠提供水、冰膜的厚度，為進一步解析胎面和道面之間的摩擦系數提供反演數據。

本發明的技術方案為：