[发明专利]一种路面气象状态探测方法以及路面气象状态传感器

说明书

技术领域

本发明属于传感技术领域，涉及一种探测方法及其传感装置，用于道路路面以及机场、码头等设施的地面积水、结冰、积雪等情况的监测。 

背景技术

为了提高道路的通行效率，需要实时地获得各种信息。考虑到各种车辆都依靠地面摩擦力行驶和制动，路面积水、积雪、冻结都会显著降低轮胎与地面的摩擦力，所以路面状况信息非常紧密地关系到道路通信效率和行车安全。 

应该注意到，为了加速冰雪的融化，路政部门往往会喷洒路盐。无机矿物盐会改变水的相变点，因此，单纯地依靠温度传感器测量路面结冰情况是很不准确的，必须有专门的冰冻传感器测量路面是否冻结。 

在先技术之一 

基于电导率测量的埋入式传感器。在水盐混合体系的液相中，无机盐被解离为正负离子，这些离子作为载流子，使盐水具有一定的电导率。当体系转变为固相，根据相变理论，盐分会从体系中结晶析出，体系中载流子的丧失会导致电导率的变化。因而，通过测量电导率的变化，可以准确地判断路面是否冻结。根据具体实现方式的不同，电导率法可以分为二电极法、四电极法、以及电诱导法等。 

这一类技术的优点是原理简单、性能可靠。缺点是只能判断路面是否结冰，不能提供全面的路面气象信息。 

在先技术之二 

主动温度测量法。这个方法人为地改变一小块敏感区域的温度，制造一个相变过程，根据相变理论，在相变过程中温度是不变的，那么能够保持一段时间不变的温度就是相变点。如果升温过程出现了相变点，那么说明路面原本是冻结的，如果降温过程出现相变点，说明路面原本是未冻结的。 

这个方法的优点是不受污染物的影响，缺点同样是功能单一，不能提供 全面的路面气象信息。 

在先技术之三 

气压式路面冰冻传感器。这种传感器的主要部分是铺设在路面下的一条压缩空气管道，管道的出口开设在路面上。当路面冻结时，管道出口就会被堵塞，通过测量管内气压的变化就可判断路面冰冻程度。 

这种方法需要比较复杂的设施，比如压缩空气的设备和气压测量仪表，导致了成本上升。 

在先技术之四 

噪声法：通过探测轮胎与路面之间的摩擦噪音，可以获得路面的冰冻信息。这个方法目前还很不成熟。 

在先技术之五 

基于多普勒雷达原理测量水面厚度，通过测量雨滴的密度、速度、体积等获得降雨量的数据，并且由此推算出路面的水膜厚度。 

这种方法属于间接测量，成本也比较高。 

在先技术之五 

Vaisala公司的DRS511传感器将发射和接收光纤埋设在路面之下，光纤的端面朝向路面。输出光纤向水膜发射一个光波，水膜的上表面将光波反射，并由接收光纤收集反射回的光能量，由此判断出水膜的厚度。 

这种方法功能单一，只能够测量路面水膜厚度，不能够判断路面是否结冰。 

在先技术之六 

红外光谱法，由于水和冰的红外反射光谱略有不同，通过观察光谱特征，可以判断出路面的冰冻状态。通过红外吸收的量值，也可以判断出路面水膜的厚度。 

这一类方法的优点在于，这是一种非埋入式的方法，应用比较灵活，而且功能比较齐全；缺点在于，一来价格比较昂贵，二来还处在发展的初期，性能不是特别可靠。此外，光学窗口对灰尘污染比较敏感，需要定期清洁。 

发明内容

为克服上述背景技术存在的缺陷，本发明提供一种路面气象状态探测方 法以及根据该方法设计的一种路面气象状态传感器，能够探测路面积水厚度并判断路面是否结冰、是否积水等气象状态信息。 

本发明的技术方案如下 

一种路面气象状态探测方法，包括以下环节： 

（1）在路面中埋设传感器外桶，传感器外桶的顶部开口处设置透明盖板，在传感器外桶内设置激光光源、光学镜组、楔形棱镜以及图像传感器； 

（2）激光光源通过所述光学镜组分出两路激光光束，并且这两路激光光束分别以不同的入射角入射至透明盖板下表面，这两路激光光束均有一部分反射，另一部分经折射到达透明盖板上表面；设两路激光光束经折射到达透明盖板上表面的入射角分别为α、β，则步骤（1）中设置的光学镜组能够确保α小于水-透明盖板界面的全反射临界角，大于冰-透明盖板界面的全反射临界角，β小于冰-透明盖板界面的全反射临界角；