[发明专利]一种路面积水厚度测量方法及测量系统

说明书

本发明公开了一种路面积水厚度测量方法及测量系统，采用太阳光作为光源，采集两块本底600‑1150nm波段的反射光谱数据，利用不同路面和不同积水厚度的反射比不同，及通过两块本底光谱数据的比较消除光源强弱的干扰，最后使用预处理后的比值数据判断路面状况。本发明可实时采集600‑1150nm波段的光谱曲线，对比强吸收和强反射方式的单点光谱采集方式，准确率更高、稳定性更好，可广泛用于光谱分析领域。

(一)技术领域

本发明涉及一种路面积水厚度测量方法及测量系统，可用于多种路面的积水厚度的实时监测与测量，属于路面状况监控技术领域。

(二)背景技术

路面传感器在公路气象系统中起着重要的作用，对特定路面、桥梁、问题路段、机场、高速公路等，全天候、方便、快速、准确的提供路面积水状况信息。当路面存在不同厚度的积水时，道路安全指数是不一样的，故对路面积水状况的监控，及时地采取正确的措施，可以大大提高公路交通的安全性。经过国内外几十年的研究与发展，路面积水状况测量的方法主要分为接触式和非接触式两种。其中常见的接触式传感器测量原理主要有光学法、热学法、电学法、机械法等。非接触式主要有近红外成像式和近红外单点主动式等。

由于道路上的条件相对恶劣，存在较多的不稳定因素(噪音、强光等)，路面情况不尽相同，现有的积水厚度测量方法存在以下缺点:

红外遥测式路面积水厚度测量技术，利用特定的红外光照射路面，根据反射得到的光谱中的三个特征波长判定路面积水状况，再根据三个波长对应的吸光度去计算不同路面状况的积水厚度。该技术能够精准的测量出积水的厚度，但是需要使用特定的红外光，成本较高、易受其他杂散光的干扰，且计算中使用到的干信号难以标定。

基于光纤的水膜厚度检测技术，该技术能够精确的测出被测物表面的水膜厚度，可达到微米级的精度，但只能测1mm以下的水膜厚度；且光纤检测系统需要采用特定的光源，不可避免地会受到外界环境杂光的污染，以及光源功率波动、反射表面性质以及光纤光强损耗和弯曲损耗等因素带来的影响。

基于微电极的水膜厚度测量技术，该传感器测量精度较高，工艺相对简单，造价低廉，但响应时间较长，易受到环境温度的影响，且分辨率不高为6mm，存在电极腐蚀以及传感器直接与空气和水接触，易受到污染的因素，从而影响测量的准确性。且需要安装在路面下，安装麻烦，容易导致安装引起的交通干扰。

机械式积水监测技术，磁致伸缩振筒式工作可靠、强度高、性能稳定，但是一般要把传感器安置在与路面齐平的位置，但传感器本身属于比较脆弱的仪器，且道路环境相对恶劣，故传感器易被过往车辆或一些不确定因素损坏。

本发明公开了一种路面积水厚度测量方法及测量系统，用于解决路面积水厚度测量难度较大的问题，该方法直接采用太阳光作为照射光源，且采用了光通道结构，可减少外界杂光的影响，该方法还采用BP神经网络作为计算模型，故可使测量结果精度较高，为该方法设计的测量系统易于实现和安装，操作也相对简便。且该测量装置可广泛用于光谱分析领域中。

(三)发明内容

本发明的目的是提供一种路面积水厚度测量方法及测量系统，用于解决路面积水厚度测量难度较大，现有的测量装置容易受外界强光、杂光影响，不能广泛使用各种公路的问题。

本发明的目的是这样实现的：

平行于路面放置被测本底A，平行于路面放置干燥本底B，光通道A和B近距离对准本底，并与本底成45°角以传输本底表面的反射光；利用传感器和采集板采集两种本底表面在检测光源照射下的反射光线；比较本底A反射光谱数据和本底B反射光谱数据，并进行数据的预处理和控制字的调整，后对处理后的光谱波段进行分段处理，再结合BP神经网络，对其进行训练，最终得到路面积水厚度的测量结果。

路面积水厚度测量方法中，平行于路面放置被测本底A，平行于路面放置干燥本底B，采用太阳光照射在两块本底上，通过搭建的光通道传输反射光，后由传感器和采集板接收采集。