[发明专利]基于红外光谱技术的公路结冰检测与预警系统及其方法

说明书

本发明公开了基于红外光谱技术的公路结冰检测与预警系统及其方法，包括上位机系统、数字控制模块、光发送模块、光接收模块和信息发布模块。光发送模块在上位机系统与数字控制模块的控制下，发出不同波长的红外光脉冲，光接收模块可以探测到此光脉冲在被测物体界面的反射光，通过光端机或无线通讯方式与数字控制模块对接，经过数据转换传递给上位机系统，然后评价当前路面状况并通过信息发布模块实时显示路面状态，当路面存在结冰趋势时，系统发出结冰报警。本发明可以有效的检测不同路面状况，包括干燥、水、冰和积雪。更加灵活准确的实现对路面状况的动态预警，减少恶劣天气条件下因对路面状况判断不及时或者发布信息没有到位而引发的交通事故。

技术领域

本发明属于交通安全及智能交通领域，尤其是基于红外光谱技术的公路结冰检测与预警系统及其方法。

背景技术

每年高速公路因路面结冰引起的重大交通事故屡见报端，给国民经济带来了巨大损失。高速公路网是支撑国家经济发展、服务群众生活、保障应急疏散的生命线及保障国家安全的重要战略资源设施，具有车速快、车流密集、封闭等特点。高速公路上的桥梁、隧道、高架、枢纽等重点路段，低温时路面极易覆盖冰雪层，导致交通环境复杂，存在引发重特大交通事故的隐患，极易造成区域性交通拥堵，影响社会经济的发展。要尽量减少冰雪路面导致的重特大交通事故频率，降低事故的严重程度，就必须对高速公路潜在安全隐患作预判断，并发出警报，同时及时采取防范措施。

目前，我国在恶劣天气条件下路面状况预警的相关研究较少，本发明基于红外光谱技术能精准的分析道路及桥梁的路面状况，准确预测路面积水的结冰趋势，并及时预警。

发明内容

为了解决现有技术存在的问题，提供一种基于红外光谱技术的公路结冰检测与预警系统及其方法，以实现对恶劣天气条件下路面状况的检测及结冰趋势时的预警。

具体地，本发明提出的方案为：一种基于红外光谱技术的公路结冰检测与预警系统，包括：

信息发布模块，设置在预警中心或区域控制中心，用于显示路面状况信息和发送短消息；

光发送模块，用于发出不同波长的红外光脉冲；

光接收模块，设置在待检测的道路和桥梁上，用于采集光反射信号；

控制模块，通过光端机或无线通讯方式与光发送模块和光接收模块相连，用于将光接收模块采集的信息转换后传递给数据分析与控制系统；

数据分析与控制系统，与光发送模块、控制模块和信息发布模块相连，通过分析数字控制模块传递来的数据，对当前路段的路面状况进行评价，并通过所述的信息发布模块进行实时显示和报警。

优选的，所述光发送模块可发送至少两种波长的红外光脉冲。所述的上位机还包括时间模块，所述的时间模块与数据控制模块相连，并控制信息发送模块发射红外线脉冲的间隔时间。控制模块将光接收模块的红外光脉冲信号处理后发送到数据分析与控制系统；所述数据分析与控制系统计算不同波长红外光的反射率，并计算反射率的比值，根据上述反射率和反射率的比值，判断路面的状况。所述红外光脉冲的波长为2900nm和3050nm；所述数据分析与控制系统用于计算波长为2800nm红外线的反射率和波长为3050nm红外线的反射率，计算两者的比值，根据该比值判断路面状况。

进一步的，本发明还提供了一种基于红外光谱技术的公路结冰检测与预警方法，包括以下步骤：

步骤1、通过光发送模块分别发出第一波长范围的红外光脉冲和第二波长范围的红外光脉冲；

步骤2、利用光接收模块接收反射的第一波长范围的红外光脉冲和第二波长范围的红外光脉冲，计算反射的第一波长范围的红外光脉冲的强度；同时，利用不同角度的反射透镜将第二波长范围内的第一预定波长的红外光脉冲和第二预定波长的红外光脉冲分离，计算反射的第一预定波长的红外光脉冲和第二预定波长的红外光脉冲的强度；