[发明专利]一种基于高光谱遥感数据的道路结冰监测系统与方法

说明书

本发明公开一种基于高光谱遥感数据的道路结冰监测系统与方法，改变目前道路结冰监测方法以接触式结冰传感器为主的局面，将遥感技术引入道路结冰监测领域，扩展了遥感技术的应用范围，也为道路监测提供了新的技术和方法。利用高光谱遥感，结合道路结冰时自身的光谱曲线的变化特征，构建了新的道路结冰监测模型，实现了快速、高效的道路结冰监测。

技术领域

本发明涉及一种道路结冰监测系统与方法，具体的说，是一种基于高光谱数据的道路结冰监测系统与方法，属于道路监测技术领域。

背景技术

道路结冰不仅影响交通安全，导致交通中断，还容易引发交通事故，带来严重的经济和生命财产损失，降低交通安全和运输效率。目前路面温度和结冰预报基本都是基于气象资料，根据路面结冰的数学模型或经验公式，间接地预估路面是否结冰，不能实时地监测路面结冰状态。目前道路结冰状态的监测主要依靠各类接触式传感器，如压差式、障碍式、电磁束阻断式、振动式、热流式、电容式、回波式、微波式、光纤式等接触式结冰传感器，非接触式结冰传感器应用较少。

发明内容

术语解释：

高光谱遥感（Hyperspectral Remote Sensing）：用很窄（小于10nm ）而连续的光谱通道对地物持续遥感成像的技术。在可见光到短波红外波段其光谱分辨率高达纳米(nm)数量级，通常具有波段多的特点，光谱通道数多达数十甚至数百个以上，而且各光谱通道间往往是连续的，因此高光谱遥感又通常被称为成像光谱（Imaging Spectrometry）遥感。

冰雪指数NDSI（Normalized difference snow index），它是基于1995年Hall提出的“snowmap”方法发展而来的，其公示可表述为：，其中、分别代表了强反射和强吸收波段，分别是绿光波段（）和短波红外波段。美国地球观测系统计划EOS（Earth Observation System）卫星上的最主要的仪器是MODIS （moderate-resolution imaging spectroradiometer）的全球积雪产品MOD10和海冰产品MOD29都是基于冰雪指数NDSI方法。

本发明要解决的技术问题是提供一种基于高光谱遥感数据的道路结冰监测系统与方法，利用高光谱遥感，结合道路结冰时自身的光谱曲线的变化特征，构建了新的道路结冰监测模型，实现了快速、高效的道路结冰监测。

为了解决所述技术问题，本发明采用的技术手段是：一种基于高光谱遥感数据的道路结冰监测系统，包括高光谱传感器、温度传感器、信息处理中心和预警模块，信息处理中心内置高光谱数据处理模块和冰情分析模块，高光谱传感器、温度传感器的输出端分别与信息处理中心的输入端相连，信息处理中心的输出端与预警模块的输入端相连。

进一步的，高光谱传感器、温度传感器与信息处理中心无线通讯连接，信息处理中心与预警模块无线通讯连接。

进一步的，预警模块为LED显示牌，高光谱传感器安装在道路的路边立杆上。

本发明还公开了一种基于高光谱遥感数据的道路结冰监测方法，包括以下步骤：S01）、将高光谱传感器、温度传感器置于监测路面上，高光谱传感器监测路面的高光谱数据，温度传感器监测路面的温度信息；S02）信息处理中心获取高光谱传感器监测的高光谱数据、温度传感器监测的温度信息，高光谱数据处理模块根据高光谱数据建立路面结冰时的典型光谱曲线；S03）、冰情分析模块建立道路结冰监测模型RII， ，其中、分别代表了道路结冰时的强吸收和强反射波段，强吸收和强反射波段从典型光谱曲线上得出；S04）、冰情判断，道路的结冰判断需要2个条件，（1）RII0，根据高光谱传感器获取的实时路面光谱数据，利用道路结冰监测模型RII进行实时处理得到RII值，且RII0；（2）温度传感器显示的当前温度T0；2个条件都满足，则判断为道路结冰；S05）、道路结冰预警：判定为道路结冰时，启动预警模块发布冰情警告。

进一步的，典型光谱曲线上，强吸收波段为，强反射波段为。