CN103366580A

CN103366580A - 非接触式路况检测***

Info

Publication number: CN103366580A
Application number: CN2013102651873A
Authority: CN
Inventors: 姚军; 赵亚亭; 李伟; 王宇琪; 蔡建浩; 何斌涛
Original assignee: SUZHOU AOTEFU ENVIRONMENTAL TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: Suzhou Mandke photoelectric Co Ltd
Priority date: 2013-06-28
Filing date: 2013-06-28
Publication date: 2013-10-23
Anticipated expiration: 2033-06-28
Also published as: CN103366580B

Abstract

本发明公开了一种非接触式路况检测***，包括用于朝向路面发射两束平行的红外光线的发射器，一接收经过地面漫反射后的反射光线的探测器，所述探测器前端设有锥形聚光元件，反射光线经所述锥形聚光元件较大一端汇聚至较小一端，所述锥形聚光元件较小一端朝向所述探测器；还包含控制发射器进行光线发射、对探测器接收的信号进行处理的控制电路板。本发明的非接触式检测***可以安装在路边电线杆上，用于检测公路路面冰、雪、雨水等状况。引入独特的透镜与锥形聚光元件相结合的结构，能够自动调整成像点，增加探测器接收到的光强，使接收到的光信号不受光斑位置的影响，检测结果更准确。

Description

非接触式路况检测***

技术领域

本发明属于路面状况检测设备技术领域，涉及一种可以安装在道路两旁的电线杆上的非接触式路面雨、雪、冰等状况的自动检测装置。

背景技术

雨、雪、雾等不利天气下，会出现诸如能见度低、路面结冰（积水）打滑等恶劣路况，蕴藏着交通事故隐患，并常常引发重大安全事故，有必要采用智能交通技术与手段进行不利天气路况预警与控制，以保障不利天气下高速公路行车安全。

不利天气路况信息采集是预警与控制的基础，常用的道路交通路况检测方法一般是人工或者运用传感器仪器设备检测。人工检测误差大，且容易漏检；路面传感器使用与维护不便利且价格偏高。国内高速公路普遍存在沿线路况监测设施不完备，监测密度和要素达不到要求等问题。许多路口和事故多发地段虽然逐渐安装了视频摄像装置，也基本依靠人机交互；危险天气条件下，高速公路通行管理中还多采用传统的人工监测。由于不能及时掌握高速公路上的天气状况信息、向驾驶员提供实时天气及路况信息，经常是在管理部门采取措施之前就已经有严重事故发生。大部分气象检测设备价格昂贵，技术水平较高，但因管理使用不当，缺乏必要的维护和计量，致使相当数量的设备长期处于闲置状态。

缺少高效准确又方便可行的实时路面检测***，是我国现在面临的重大问题。

发明内容

本发明的目的在于对现有技术存在的问题加以解决，提供一种结构新颖、功能齐全、操作方便、检测方面全、精度高、以非接触式实时检测路面雨、雪、冰等路面状况的检测仪器。

为实现上述目的，本发明基于光入射到不同物质表面将产生不同作用进而得到不同强度的散射光的原理，所采用的技术方案原理是：使用LED红外光源，由箱体内的电路控制向地面发射平行的红外光束，通过比较探测器接收到的散射光强的电压信号，判断出路面状况，并在与箱体相连的PC机上实时显示出路面状况。

本发明采取的技术方案是提供一种非接触式路况检测***，其特征是，包括

用于朝向路面发射两束平行的红外光线的发射器，

一接收经过地面漫反射后的反射光线的探测器，所述探测器前端设有锥形聚光元件，反射光线经所述锥形聚光元件较大一端汇聚至较小一端，所述锥形聚光元件较小一端朝向所述探测器；

还包含控制发射器进行光线发射、对探测器接收的信号进行处理的控制电路板。

锥形聚光元件为圆锥体状或棱锥体状。

所述锥形聚光元件前端设置一平凸透镜，所述透镜平面侧靠近所述锥形聚光元件较大一端，所述透镜凸面侧远离所述锥形聚光元件。

所述探测器前端在锥形聚光元件与平凸透镜之间设置一滤色片。

所述发射器包含两个红外光源，每个红外光源的光线出射前方设置一平凸透镜，光源设置于透镜的焦点处。

所述发射器、探测器、控制电路板均布置在一箱体中，且在发射器、探测器的前侧箱体表面设置平面抛光玻璃。

在箱体内还设有一个与所述发射器同一朝向的红外测温传感器，所述红外测温传感器前端在箱体表面上设置一个硒化锌窗口。

为了实现上述目的，需选择合适的红外光源，对于不同的路面状况有特定的吸收系数。根据两个红外光源的光波长，对冰、雪有特殊的吸收反射值，用以判断路面的不同状况。经过分析，所述两个红外光源其中一个发射的红外光波长在水的吸收峰值波段，另一个发射的红外光波长在雪的吸收峰值波段。

所述两个红外光源发射的红外光波长其中一个为水吸收波段900nm-1100nm，另一个为雪吸收波段700nm-1100nm。在两个波段下，冰均无明显吸收。较佳地，两个红外光源发射的红外光波段为950nm和880nm，探测器在这两个波段下均有比较高的响应。

与现有技术相比，本发明具有的显著优点是：

（1）选用独特的双发射、单接收的光学结构，结合探测器对于两个发射光束漫反射光信号的比较，可以全面的判断出路面雨、雪、冰或是干燥的状况，具有独立的测温部分，结构简单，但是功能齐全，实现各种路面环境的全面检测；

（2）在探测器前端独特的锥形聚光元件即光锥设计，能够自动调整成像点，增加探测器接收到的光强，弥补了在探测器前端仅使用透镜的弊端，光线的汇聚作用要优于使用单个透镜，使接收到的光信号不受光斑位置的影响，检测结果更准确；

（3）独特的箱体设计，使发射接收装置及电路控制均集成于一个箱体内，箱体可以方便的安装在道路两旁电线杆上，设置灵活，通过电缆与PC机通信，完全实现非接触式路况检测；

（4）上位机和下位机的配合，使现实操作界面简洁，功能齐全，方便操作使用。

附图说明

图1是典型的雪的光谱吸收曲线；

图2是典型的水的光谱吸收曲线；

图3是典型的冰的光谱吸收曲线；

图4是测试头的侧面剖面图；

图5是电路流程图；

图6是软件流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

图1为典型的雪的光谱反射曲线，图2为1mm深的水面吸收谱的曲线，图3为冰的光谱反射曲线。

综上，最终选择水吸收波段900nm-1100nm和雪吸收波段700nm-1100nm的两个光源2，在这两个波段下，冰均无明显吸收。而选择的探测器3在两个波段下均有比较高的响应。

如图4所示，光源1、2、探测器5均设置在一箱体15中。每个光源前端均设有平凸透镜3、4，光源1、2分别位于透镜3、4的焦点处，确保向地面发射出平行光束，在透镜3、4前端的箱体15表面分别设有一个平面抛光玻璃。

探测器5用以接收经过地面漫反射后的反射光线，探测器5前端依次设有光锥6、滤色片7和一个平凸透镜8用以限制和汇聚接收到的光线，在平凸透镜8前端的箱体15表面同样设有一个平面抛光玻璃。

由于探测器5的探测表面很小，对于光源1、2的发射角度和到地面的距离都很敏感，所以在探测器5前端设计了光锥6与透镜8结合的结构。光锥6是一种圆锥体状或棱锥体状的聚光元件。使用时将大端放在主光学***的聚焦面附近汇聚光束，利用锥形内壁的高反射比特性，将光束引到小端输出，将探测器5置于小端，接受集中后的光束。这样就可以降低探测器5对于环境的敏感程度，增加探测器接收到的光强。

进一步，箱体15中还设置一红外测温传感器10测量路面的实时温度，红外测温传感器10设置处的箱体15表面安装有一个硒化锌窗口9，通过电路板11可以直接将温度信号传到单片机。

箱体15内设有电路控制板，设计电路板实现：控制两个发射光源1、2不同时发射；对探测器5接收到信号的处理输出；红外测温传感器10的控制和信号的处理输出；数据处理及与PC之间的通信。

实际工作时，两个光源分别发射：首先是关闭光源2，光源1通过透镜3准直发射，经过路面漫反射回来的光经过透镜8汇聚、滤光片7去除杂散光、光锥6自动调整成像面，最终被探测器5所接收，接收到的信号经过放大去噪处理最后进入到单片机；同理关闭光源1，光源2通过透镜4准直发射，经过路面的漫反射光被探测器5接收，并将接收到的信号处理后进入单片机。

为实现上述功能，电路部分设计框图5所示。

电路部分主要分为三部分：发射电路板12、接收电路板14和控制主板13。在其他实施方式中，也可以将这几块板集成为一块。

（1）发射电路板12：在单片机控制下，控制光源1、2的发射。

（2）接收电路板14：探测器5接收的信号经过两级放大、滤波、AD转换被采集。考虑到不同路面接收到的光强信号差别较大，为此设置量程选择。

（3）控制主板13：通过单片机，对整个***进行控制，输出路况信息。

当箱体15中设置有红外测温传感器10时，还包含对检测的温度信号进行采集处理的电路板11。

对于采集到的信号的处理，由上位机和下位机的软件配合实现。信号的处理流程框图如图6所示。

首先发射光源1（水的吸收峰值波段），检测探测器的吸收值与参考信号强度值，查看路面是否对光源1有吸收或镜面反射；然后发射光源2（冰的吸收峰值波段），同样检测探测器的吸收值，查看是否有吸收或镜面反射；将两次的信号值比较处理：如若对光源1有吸收但对光源2无吸收，则路面为有水状态；若对光源1无吸收但对光源2有吸收，则路面为积雪状态；若对光源1和光源2都无吸收，则为干燥路面；若光源1和光源2的接收信号都很弱，则路面状况为结冰状态，冰面发生镜面反射。

通过上位机的软件调试，可以实现实时显示，数据存储，冰雪路况报警等功能。安装方便，操作简单。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种非接触式路况检测***，其特征是，包括

用于朝向路面发射两束平行的红外光线的发射器，

2.根据权利要求1所述非接触式路况检测***，其特征是，锥形聚光元件为圆锥体状或棱锥体状。

3.根据权利要求2所述非接触式路况检测***，其特征是，所述锥形聚光元件前端设置一平凸透镜，所述透镜平面侧靠近所述锥形聚光元件较大一端，所述透镜凸面侧远离所述锥形聚光元件。

4.根据权利要求3所述非接触式路况检测***，其特征是，所述探测器前端在锥形聚光元件与平凸透镜之间设置一滤色片。

5.根据权利要求1所述非接触式路况检测***，其特征是，所述发射器包含两个红外光源，每个红外光源的光线出射前方设置一平凸透镜，光源设置于透镜的焦点处。

6.根据权利要求1、4或5所述非接触式路况检测***，其特征是，所述发射器、探测器、控制电路板均布置在一箱体中，且在发射器、探测器的前侧箱体表面设置平面抛光玻璃。

7.根据权利要求6所述非接触式路况检测***，其特征是，在箱体内还设有一个与所述发射器同一朝向的红外测温传感器，所述红外测温传感器前端在箱体表面上设置一个硒化锌窗口。

8.根据权利要求5所述非接触式路况检测***，其特征是，所述两个红外光源其中一个发射的红外光波长在水的吸收峰值波段，另一个发射的红外光波长在冰的吸收峰值波段。