[發(fā)明專利]高速團(tuán)霧的識(shí)別定位系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010218810.X
• 申請(qǐng)日: 2020-03-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111273377A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-06-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐赤東;楊卓敏;方蔚愷;楊喆;張戰(zhàn)盈;余東升;蔡熠;陳海燕
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院;公安部交通管理科學(xué)研究所
• 主分類(lèi)號(hào): G01W1/10
• 分類(lèi)號(hào): G01W1/10;G01S17/95;G01S17/08
• 代理公司: 合肥和瑞知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 34118
• 代理人: 王挺

本發(fā)明公開(kāi)了一種高速團(tuán)霧的識(shí)別定位系統(tǒng)，包括：沿高速方向分布的若干個(gè)單套測(cè)量系統(tǒng)，分別與若干個(gè)單套測(cè)量系統(tǒng)相連接的上位機(jī)；上位機(jī)根據(jù)此若干個(gè)單套測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量能見(jiàn)度結(jié)果及其所分布位置進(jìn)行綜合分析，對(duì)整條高速的團(tuán)霧進(jìn)行識(shí)別定位；單套測(cè)量系統(tǒng)包括：發(fā)射端、接收端、采集與電控單元；發(fā)射端發(fā)出的發(fā)射光到達(dá)接收端時(shí)，接收端處于發(fā)射光的光斑內(nèi)；采集與電控單元根據(jù)發(fā)射端發(fā)出的光信號(hào)和接收端接收的光信號(hào)，以及傳輸距離，計(jì)算能見(jiàn)度。本發(fā)明更容易實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離的測(cè)量，方便接收端接收發(fā)射光，也方便接收端在安裝時(shí)的光路對(duì)準(zhǔn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及團(tuán)霧監(jiān)測(cè)識(shí)別的技術(shù)領(lǐng)域，尤其是高速團(tuán)霧的識(shí)別定位系統(tǒng)。

背景技術(shù)

高速公路(簡(jiǎn)稱高速)具有方便、快速、高效、安全等優(yōu)點(diǎn)，隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們對(duì)出行、運(yùn)輸?shù)男枨螅淇偫锍痰靡燥w速增長(zhǎng)。我國(guó)的高速網(wǎng)覆蓋了各種地理氣象條件，伴隨著的是很多影響高速通行的惡劣天氣情況。因?yàn)楦咚偕系能?chē)速快、車(chē)流量大而且其自身全封閉的特性，但凡碰到低能見(jiàn)度的惡劣天氣氣候，尤其是遇見(jiàn)突發(fā)、隨機(jī)的團(tuán)霧天氣就特別容易引發(fā)交通事故。每年由于大霧(特別是團(tuán)霧)、下雨、下雪等惡劣天氣引起的高速交通事故很多，造成對(duì)生命財(cái)產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)的巨大損失。

雖然交管部門(mén)也采取了很多措施減小因團(tuán)霧帶來(lái)的事故，也利用很多技術(shù)手段來(lái)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和預(yù)警，如高速和交管部門(mén)在道路多發(fā)地段設(shè)置提示，建立氣象觀測(cè)點(diǎn)等。但是由于團(tuán)霧的突發(fā)和時(shí)間地點(diǎn)的不確定性，現(xiàn)在還無(wú)法預(yù)報(bào)，并且現(xiàn)有的技術(shù)手段仍不能從根本上提供團(tuán)霧的識(shí)別和定位信息，讓人防不勝防。

目前，對(duì)于團(tuán)霧的監(jiān)測(cè)和識(shí)別的幾種方式，主要還是基于能見(jiàn)度判別法的方式，包括視頻法、前向光散射法、后向光散射法、光透過(guò)率法等光學(xué)基本原理的手段。

視頻法是通過(guò)對(duì)視頻圖像信號(hào)進(jìn)行處理，獲取監(jiān)測(cè)路段的能見(jiàn)度。該方法常用固定目標(biāo)作為標(biāo)準(zhǔn)的定標(biāo)點(diǎn)，在團(tuán)霧覆蓋監(jiān)測(cè)區(qū)間時(shí)會(huì)起到一定的作用；由于圖像信息數(shù)據(jù)量大，信號(hào)處理需要的時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，不適合密集布點(diǎn)；同時(shí)，由于天空背景條件的變化，白天黑夜的變化，視頻信號(hào)不易做統(tǒng)一處理，視頻傳感器又分為可見(jiàn)光、紅外光等，在進(jìn)行大氣能見(jiàn)度信息處理時(shí)會(huì)有很多不確定因素，數(shù)據(jù)處理算法非常復(fù)雜。因此，視頻法在團(tuán)霧識(shí)別定位上還達(dá)不到高速的使用要求。

前向光散射法用于能見(jiàn)度測(cè)量時(shí)，是基于某一區(qū)域大氣條件相對(duì)均一的假設(shè)條件下進(jìn)行測(cè)量的，常常用于一個(gè)區(qū)域的氣象環(huán)境條件探測(cè)。目前存在某些路段布設(shè)有基于前向光散射法原理的能見(jiàn)度測(cè)量?jī)x，大約10千米的距離布置一套。從測(cè)量原理和技術(shù)實(shí)現(xiàn)上來(lái)說(shuō)，其采樣區(qū)域?qū)嶋H是針對(duì)空間某一個(gè)點(diǎn)開(kāi)展的，對(duì)于團(tuán)霧的分布，有可能只有幾百米的范圍，這一方式顯然不能滿足實(shí)際需要；而且，受局部區(qū)域影響較為嚴(yán)重，如在測(cè)量點(diǎn)有抽煙飄過(guò)，會(huì)直接誤判；另外，該設(shè)備價(jià)格較高，不能密集到幾百米就布點(diǎn)。

后向光散射法由于可以實(shí)現(xiàn)公里量級(jí)的大氣狀況測(cè)量，其較為得到重視，后向光散射法采取大氣探測(cè)激光雷達(dá)的原理，利用激光器作為工作光源，測(cè)量大氣對(duì)激光的后向散射信號(hào)從而推導(dǎo)能見(jiàn)度，因?yàn)橛芯嚯x分辨，所以可以用于定位；但是大氣散射信號(hào)非常弱，因此，后向光散射法所需器件的指標(biāo)要求非常高，系統(tǒng)穩(wěn)定性差且價(jià)格非常昂貴。目前的技術(shù)和成本限制了該方法在高速上布點(diǎn)使用。

透過(guò)率法是根據(jù)比爾定律測(cè)量能見(jiàn)度，根據(jù)大氣的衰減計(jì)算透過(guò)率再推導(dǎo)出能見(jiàn)度；基于透過(guò)率法的測(cè)量系統(tǒng)是由一端發(fā)射光，一端接收光，測(cè)量的能見(jiàn)度范圍和精度受兩端之間的距離影響，早期在機(jī)場(chǎng)跑道上常用該系統(tǒng)，現(xiàn)在已逐漸不再使用，不再使用的主要原因有：1、早期系統(tǒng)采用器件性能不穩(wěn)，后來(lái)有采取激光器的，價(jià)格又高壽命又短，維護(hù)不便；2、系統(tǒng)安裝調(diào)試復(fù)雜，兩端距離在幾米遠(yuǎn)時(shí)常放置在同一導(dǎo)軌上，比較容易布設(shè)，面對(duì)再長(zhǎng)的距離時(shí)，采用導(dǎo)軌不太容易保障安裝條件，并且設(shè)計(jì)的光路既要滿足測(cè)試需要，又要滿足現(xiàn)場(chǎng)安裝對(duì)光問(wèn)題，需要有經(jīng)驗(yàn)豐富的調(diào)試人員，目前能見(jiàn)到的，兩端距離達(dá)到150米，光束很細(xì)，很難對(duì)準(zhǔn)；3、光學(xué)鏡面容易受到大氣污染，清理不便；4、沒(méi)有有效的現(xiàn)場(chǎng)安裝方法，也沒(méi)有一套團(tuán)霧識(shí)別方法，所以也一直沒(méi)有應(yīng)用于高速團(tuán)霧的監(jiān)測(cè)上。