路面狀況監(jiān)測(cè)傳感器使用介紹

時(shí)間：2020-01-05作者：富奧通科技（北京）有限公司瀏覽：1530

高速道路結(jié)冰監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

1背景

近年來，基于路面狀況檢測(cè)的交通安全結(jié)冰預(yù)警系統(tǒng)技術(shù)得到了越來越多的關(guān)注，已在歐、美等多個(gè)的高速公路、機(jī)場(chǎng)跑道上得到應(yīng)用，高速公路結(jié)冰預(yù)警檢測(cè)技術(shù)的研究，為高速公路交通管理部門的冬季交通安全提供了技術(shù)支撐。

高速公路因路面結(jié)冰引起的重大交通事故屢見報(bào)端，給國(guó)民經(jīng)濟(jì)帶來了損失。高速公路網(wǎng)是支撐經(jīng)濟(jì)發(fā)展、服務(wù)群眾生活、**應(yīng)急疏散的生命線及**安全的重要戰(zhàn)略資源設(shè)施，具有車速快、車流密集、封閉等特點(diǎn)。高速公路上的橋梁、隧道、高架、樞紐等重點(diǎn)路段，低溫時(shí)路面極易覆蓋冰雪層，導(dǎo)致交通環(huán)境復(fù)雜，存在引起重特大交通事故的隱患，極易造成區(qū)域交通擁堵，影響社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

2現(xiàn)狀

目前我國(guó)高速公路路面結(jié)冰預(yù)警檢測(cè)技術(shù)主要由路面狀況估計(jì)和預(yù)測(cè)、數(shù)據(jù)融合和傳輸技術(shù)、路網(wǎng)狀況監(jiān)控及預(yù)警方法等。高速公路路面狀況估計(jì)和預(yù)警模塊主要包括預(yù)警系統(tǒng)采集路面、路基氣象信息、分析路面狀況（干燥、潮濕、結(jié)冰、雪）；數(shù)據(jù)融合技術(shù)將多個(gè)傳感器進(jìn)行處理，獲取路段實(shí)時(shí)路面狀況信息；數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)實(shí)現(xiàn)傳感器數(shù)據(jù)、融合信息和預(yù)警信息在系統(tǒng)內(nèi)與用戶間信息傳遞；研究高速公路預(yù)警檢測(cè)技術(shù)可以提高我國(guó)在惡劣天氣下交通安全的管理水平。

3路面結(jié)冰監(jiān)測(cè)意義

結(jié)冰造成路面抗滑能力顯著降低，增加了汽車制動(dòng)距離，使車輛發(fā)生打滑和側(cè)翻，是影響行車安全的最不利氣象條件之一。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在所有的交通安全事故中，路面結(jié)冰時(shí)的事故是干燥路面的１０倍。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)由于惡劣天氣引發(fā)的高速公路交通事故約占事故總數(shù)的31.75%，其中路面結(jié)冰和濕滑是引發(fā)事故的主要原因。

根據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，我國(guó)約70%的冬季道路交通事故是由于惡劣天氣導(dǎo)致的不良路面條件（冰雪路面）造成的。因此，路面結(jié)冰自動(dòng)監(jiān)測(cè)和及時(shí)預(yù)警對(duì)于**行車安全、減少交通事故具有重要意義。

4天氣主要災(zāi)害及影響

美國(guó)及歐洲等對(duì)道路結(jié)冰的監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)十分重視，并較早地在公路交通氣象學(xué)領(lǐng)域開展了大量研究，形成了一些路面溫度和結(jié)冰預(yù)報(bào)技術(shù)，橋面、隧道、背陰等路段的路面結(jié)冰條件差異顯著，從氣象學(xué)角度也難以完成特殊路段路面結(jié)冰的準(zhǔn)確、及時(shí)預(yù)報(bào)。

但天氣條件的變化，特別是極端惡劣天氣條件，給高速公路的車輛行駛帶來了的風(fēng)險(xiǎn)，不僅嚴(yán)重影響交通運(yùn)輸，而且還造成財(cái)產(chǎn)和人民生命財(cái)產(chǎn)的嚴(yán)重?fù)p失。所以道路天氣條件監(jiān)測(cè)是高速公路科學(xué)運(yùn)營(yíng)的一個(gè)重要依據(jù)，雨、雪、霧、積雪、結(jié)冰等情況對(duì)高速公路的運(yùn)營(yíng)都有直接的影響。氣象條件對(duì)交通的影響表現(xiàn)在很多方面。主要表現(xiàn)在改變路面的物理性質(zhì)、觀察視線、車輛自身安全等方面。

5主要災(zāi)害及影響有：

1霧：霧主要通過降低能見度而引發(fā)交通事故。在我國(guó)大部分地區(qū)引起的交通事故的天氣現(xiàn)象中，霧的影響最大。大霧特別是l-50米的超低能見度的災(zāi)害性濃霧是引起重大交通事故的重要原因，往往引起數(shù)輛甚至數(shù)十輛汽車的連續(xù)追尾。大霧常常造成重大車輛損失和人員傷亡，導(dǎo)致高速公路限速或關(guān)閉，延誤行車時(shí)間，造成經(jīng)濟(jì)損失。

2降雨：降雨也是影響高速公路交通安全最常見的氣象要素，它使路面附著系數(shù)降低，導(dǎo)致汽車制動(dòng)距離增加，易發(fā)生車輛側(cè)滑和控制失靈從而危及行車安全。同時(shí)降雨使能見度降低，司機(jī)視線模糊不清，導(dǎo)致駕駛失誤。此外，降雨過后，路面如有積水或干濕不一，路面摩擦系數(shù)不均，車輛制動(dòng)性變差，從而引起交通事故。在山區(qū)，暴雨還常常引發(fā)山洪、山體塌方或泥石流，從而導(dǎo)致車輛被沖，橋梁垮塌，道路被毀；在平原和盆地，暴雨常常引發(fā)洪澇，導(dǎo)致道路被淹，交通受阻。

3冰雪：冰雪與降雨一樣，漫天飛舞的大雪使能見度降低，而且一旦路面積雪被壓或是白天在陽光照射下融化，夜面路面降溫結(jié)冰，造成里面路面摩擦系數(shù)顯著降低，嚴(yán)重影響車輛的操作和制動(dòng)性能，使控制失靈，車輛發(fā)生空轉(zhuǎn)、打滑或側(cè)滑，從而危及行車安全。

4大風(fēng)：大風(fēng)對(duì)于車輛行駛阻力、能耗、抗側(cè)向傾翻及抗滑移性能都有很大影響，特別是側(cè)向大風(fēng)對(duì)高箱、雙箱汽車的行駛影響尤甚。大風(fēng)會(huì)引起沙塵暴、揚(yáng)沙、吹雪、浮塵等天氣，影響高速公路能見度。大風(fēng)易使路邊樹木、桿線類等折斷阻塞交通，易使塑料類、干草類、絲狀物類等漂移到路面上引起車輛打滑、失控；易使灰塵、揚(yáng)沙、塵卷影響視線造成交通事故。

5霜凍：公路路面有霜時(shí)，路面摩擦系數(shù)接近于雪面，雨后結(jié)冰同雪面結(jié)冰的物理性質(zhì)一樣，從而引發(fā)交通事故。

6高溫：高溫天氣同時(shí)受吸熱、摩擦及汽車尾氣等的影響，高速公路路面溫度比氣溫高得多，有時(shí)高達(dá)六七十?dāng)z氏度以上，汽車輪胎因此受熱，使胎內(nèi)氣壓升高，長(zhǎng)途高速行駛，極易引起;爆胎。高溫直接影響司機(jī)的生理、心理和精神狀態(tài)，無空調(diào)車更易疲勞，注意力不集中甚至中署。

道路氣象監(jiān)測(cè)系統(tǒng)全面監(jiān)測(cè)道路氣象信息(能見度、路面溫度、路面積水、積雪、結(jié)冰、空氣溫濕度、風(fēng)速風(fēng)向、大氣壓、降雨量等),為道路安全決策提供支持?？梢杂糜诘缆钒踩O(jiān)測(cè),對(duì)道路狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),及時(shí)發(fā)現(xiàn)道路安全隱患,進(jìn)行安全預(yù)警,防患于未然。也可用于區(qū)域道路安全研究,采集區(qū)域路段路況數(shù)據(jù),進(jìn)行綜合分析,為制定整個(gè)區(qū)域道路安全策略提供理論依據(jù)和數(shù)據(jù)支撐。

隨著交通運(yùn)輸業(yè)的飛速發(fā)展，天氣條件對(duì)交通運(yùn)輸?shù)挠绊懸苍絹碓綇V泛，惡劣的天氣條件尤其是路面結(jié)冰狀態(tài)，經(jīng)常給交通運(yùn)輸帶來的損失，降低運(yùn)輸效率，甚至威脅人們的生命財(cái)產(chǎn)安全。因此，高速公路路面結(jié)冰問題的研究，對(duì)預(yù)防和減少災(zāi)害性天氣對(duì)交通的影響，減少交通事故、降低交通維護(hù)費(fèi)用，提高交通質(zhì)量和效益都有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

6道路結(jié)冰概述

道路結(jié)冰是指降水，如雨、雪、凍雨，或霧滴，碰到溫度低于0℃的地面而出現(xiàn)的積雪或結(jié)冰現(xiàn)象。通常包括凍結(jié)的殘雪、凸凹的冰轍、雪融水或其他原因的道路積水在寒冷季節(jié)形成的堅(jiān)硬冰層。

7道路結(jié)冰的成因

道路結(jié)冰發(fā)生在11月到下一年4月（即冬季和早春）的一段時(shí)間內(nèi)。我國(guó)北方地區(qū)，尤其是東北地區(qū)和內(nèi)蒙古北部地區(qū)，常常出現(xiàn)道路結(jié)冰現(xiàn)象。而我國(guó)南方地區(qū)，降雪一般為“濕雪”，往往屬于0～4℃的混合態(tài)水，落地便成冰水漿糊狀，一到夜間氣溫下降，就會(huì)凝固成大冰塊，只要當(dāng)?shù)囟咀畹蜏囟鹊陀?/span>0℃，就有可能出現(xiàn)道路結(jié)冰現(xiàn)象，只要溫度不回升到足以使冰層解凍，就將一直堅(jiān)如磐石。 一般來說，寒冬臘月，當(dāng)出現(xiàn)大范圍強(qiáng)冷空氣活動(dòng)引起氣溫下降的天氣（氣象上稱為寒潮）時(shí)，如果伴有雨雪，最發(fā)生道路結(jié)冰現(xiàn)象。

8道路結(jié)冰監(jiān)測(cè)傳感器的分類

路面結(jié)冰顯著降低了路面抗滑能力，極易誘發(fā)交通事故。路面結(jié)冰自動(dòng)監(jiān)測(cè)和及時(shí)預(yù)警對(duì)于**行車安全具有重要意義。結(jié)冰監(jiān)測(cè)技術(shù)主要依靠各種類型的結(jié)冰傳感器實(shí)現(xiàn)結(jié)冰的感知和預(yù)報(bào)。目前結(jié)冰傳感器主要有光纖式、電學(xué)式、機(jī)械式、紅外式等不同類型。

我們主要介紹基于紅外線的檢測(cè)技術(shù)，因紅外線**、接收器成本低廉，建立合適的算法進(jìn)行內(nèi)部運(yùn)算，能夠得到相對(duì)真實(shí)的結(jié)果。由于紅外線功能特殊性，可以間接實(shí)現(xiàn)很多其他效用，例如：作為高速公路自動(dòng)化路燈的控制；監(jiān)測(cè)高速公路路面溫度；可以為以后進(jìn)一步信息化提供良好的技術(shù)基礎(chǔ)。而且其對(duì)建設(shè)成本控制和性都可以得到兼顧的一種檢測(cè)方式方法。

9遙感式路面狀況傳感器原理

遙感式路面狀況傳感器其原理是將紅外線以一個(gè)特定的波長(zhǎng)、能量直接照射在物體的結(jié)冰（水層）表面，通過紅外光電接收器接收到道路結(jié)冰表面返回的光的波長(zhǎng)以及能量，通過理論運(yùn)算得到不同入射角和觀測(cè)角下的結(jié)冰或水層表面的反射系數(shù)，根據(jù)結(jié)冰系數(shù)推斷物體表面的結(jié)冰（水層）情況。

遙感式路面狀況傳感器使用的高精度激光傳感器，采用獨(dú)特的遙感式技術(shù)檢測(cè)路面狀況，這種非侵入式的檢測(cè)方式意味著無須像傳統(tǒng)的埋入式傳感器一樣安裝時(shí)破壞路面、封閉交通，傳感器只需遠(yuǎn)距離安裝在路邊的立柱上就可以進(jìn)行檢測(cè)。激光測(cè)量原理了對(duì)水、冰、雪的測(cè)量。水和冰是分別被獨(dú)立檢測(cè)的，從而能夠使用戶全面、細(xì)致的掌握路面狀況。這些突出特點(diǎn)和強(qiáng)大性能使得它能夠在道路發(fā)生打滑危險(xiǎn)之前就檢測(cè)路面的結(jié)冰或者積水(積雪)情況，這樣我們就可以提前發(fā)現(xiàn)可能導(dǎo)致駕駛危險(xiǎn)的所有因素，以便及時(shí)采取預(yù)警和補(bǔ)救措施。采用脈沖式電阻對(duì)鏡頭進(jìn)行加熱，當(dāng)溫度低于5℃時(shí)脈沖電阻就會(huì)工作，能夠及時(shí)清除鏡頭上結(jié)冰或者積水，既儀器的正常工作，又把功率和能耗控制在較小的水平，在沒有電源而采用太陽能供電的地方顯得尤為重要。

總結(jié)

實(shí)踐證明，通過在高速公路道路監(jiān)測(cè)工作中應(yīng)用該系統(tǒng)，不僅可以提高氣象監(jiān)測(cè)部門監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的性和監(jiān)測(cè)要素的多樣性，而且可以極大提高交通管理部門應(yīng)對(duì)突發(fā)天氣狀況（如大霧，大雪，暴雨等）決策的準(zhǔn)確性并且提供預(yù)先實(shí)施交通疏導(dǎo)方案的數(shù)據(jù)依據(jù)，是氣象監(jiān)測(cè)服務(wù)和交管部門工作的有力**，有利于道路交通的安全性的進(jìn)一步提高。

隨著高速公路的普及度增強(qiáng)，以及人們對(duì)道路的信息化以及安全性的要求不斷加強(qiáng)，路況信息監(jiān)測(cè)系統(tǒng)得到不斷重視。作為路況信息的分支，道路結(jié)冰、積水監(jiān)測(cè)成為了及其重要的一部分。同時(shí)其設(shè)計(jì)便于安裝于推廣，該方案也為高速公路其他子路況檢測(cè)及控制提供拓展空間。


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