CN107248258A - 一种道路结冰安全预警装置及预警方法 - Google Patents

Abstract

一种道路结冰安全预警装置及预警方法，预警装置包括监测***和预警***；监测***主要包括结冰传感器、百叶箱、风速风向仪和控制箱；预警***用于将路面结冰情况实时反馈到道路管理部门，或者通过路边警示信息实时预警，主要包括数据采集***、无线模块和预警终端，数据采集***。预警方法包括如下步骤：第一步，冰厚标定试验，模拟得出结冰厚度、结冰速率与环境温度之间的对应关系；第二步，室内模拟实验，验证结冰传感器灵敏度和可靠性；第三步，野外试验，确定道路结冰安全预警装置能否可靠进行多参数的采集并对路面结冰情况进行及时安全预警。本发明能够实时采集路面结结冰厚度和结冰速率，并将路面出现结冰的情况及时反馈到道路管理部门。

Description

一种道路结冰安全预警装置及预警方法

技术领域

本发明涉及道路安全领域，具体涉及一种道路结冰安全预警装置及预警方法。

背景技术

迄今为止，各国还没有一个比较可靠的装置来高效准确地进行道路结冰安全预警。目前大部分地区都是通过人工到路面上观察道路是否结冰，而后做出安全预警。这种做法虽然直观有效，但是对于庞大的公路网来说，人工预警费时费力，还有一些交通部门监管不严的地区，往往是等到交通事故发生之后才意识到问题的严重性。因此，路面结冰实时监控并准确预警已经成为保障生命财产安全、避免交通堵塞的迫切需求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，针对现有道路安全预警存在的上述不足，提供一种道路结冰安全预警装置及预警方法，能够实现路面结冰自动监测和及时预警。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种道路结冰安全预警装置，包括监测***和预警***；

所述监测***主要包括结冰传感器、百叶箱、风速风向仪和控制箱，其中，结冰传感器用来测试结冰速率和结冰厚度，百叶箱主要用于监测大气压力、空气湿度和环境温度，风速风向仪主要用于测定风速和风向；控制箱包括一个LED显示屏和结冰传感器、百叶箱、风速风向仪的接线柱和数据接收端口，结冰传感器、百叶箱、风速风向仪与控制箱的数据接收端口相连，LED显示屏用于显示出风速、风向、空气湿度、环境温度、大气压力、结冰速率和结冰厚度的具体数值；

所述预警***用于将路面结冰情况实时反馈到道路管理部门，或者通过路边警示信息实时预警，主要包括数据采集***、无线模块和预警终端，数据采集***，数据采集***设置在控制箱内，与控制箱的数据接收端口相连，用来采集结冰传感器、百叶箱、风速风向仪测得的数据；无线模块连接数据采集***和预警终端；预警终端用来发布结冰预警的相关信息。

按上述方案，所述结冰传感器采用电磁谐振原理(结冰传感器为监测设备的核心，属于机械式传感器)，包括由电磁振动线圈和解算器的交流放大器组成一个闭环振荡***，闭环振荡***达到稳定工作时，产生一个固定频率的输出信号，在路面结冰条件下，结冰传感器的频率随着冰层厚度的增加而上升，此频率信号被采集器采集，然后放大、采样后经过控制器进行数字信号处理及标度变换得到结冰厚度和结冰速率，结冰厚度和结冰速率通过RS485或RS232的数字量形式输出，再通过以太网将路面结冰情况及时反馈到道路管理部门。

按上述方案，所述数据采集***包括采集器及控制器，无线模块采用以太网，预警终端包括公路部门及气象部门。

按上述方案，还包括辅助设备，所述辅助设备包括太阳能面板、固定支架和避雷针，控制箱、百叶箱、太阳能面板、风速风向仪和避雷针均安装在固定支架上，太阳能面板用于辅助供电(主要供电源为220V外接电源或蓄电池)。

本发明还提供了一种上述道路结冰安全预警装置的预警方法，包括如下步骤：

第一步，冰厚标定试验：通过冰厚标定试验对结冰传感器进行标定，将结冰传感器固定在高低温环境箱中，采用人工喷水的方式模拟降雨，使结冰传感器探头表面结冰，然后通过数据采集***采集试验数据，采用回归分析的数学方法分析试验数据，模拟得出结冰厚度、结冰速率与环境温度之间的对应关系；

第二步，室内模拟实验：在温度分别为-5℃、-10℃、-20℃的条件下进行室内模拟实验，得到不同温度下结冰厚度随时间变化的关系曲线，验证结冰传感器灵敏度和可靠性，满足道路结冰安全预警装置关于监测结冰厚度的要求；

第三步，野外试验：将结冰传感器和百叶箱、风速风向仪、控制箱以及预警***组装成一套道路结冰安全预警装置，安装在路面上实时监测大气压力、空气湿度、环境温度、风速、风向以及路面结冰厚度和结冰速率，野外试验用于确定道路结冰安全预警装置能否可靠进行多参数的采集并对路面结冰情况(包括结冰厚度和结冰速率)进行及时安全预警，当路面开始结冰后，由预警终端收到结冰传感器和百叶箱、风速风向仪采集的大气压力、空气湿度、环境温度、风速、风向以及路面结冰厚度和结冰速率后及时发布信息进行预警，提醒机动车驾驶员安全行车。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：能够实时采集路面结结冰的具体厚度和结冰速率，并将路面出现结冰的情况及时反馈到道路管理部门，或者通过路边警示信息实时预警，为道路交通安全提供保障。

附图说明

图1为本发明道路结冰安全预警装置的结构示意图；

图1中，1-结冰传感器，2-固定支架，3-控制箱，4-百叶箱，5-太阳能面板，6-风速风向仪，7-避雷针；

图2为本发明路面结冰实时监测及预警装置的具体实施框图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明的原理和特征进一步的描述。

如图1所示，本发明实施例所述的道路结冰安全预警装置，包括监测***和预警***；

监测***主要包括结冰传感器1、百叶箱4、风速风向仪6和控制箱3，其中，结冰传感器1用来测试结冰速率和结冰厚度，百叶箱4主要用于通过空气温度和湿度仪器监测大气压力、空气湿度和环境温度，风速风向仪6主要用于测定风速和风向；控制箱3包括一个LED显示屏和结冰传感器1、百叶箱4、风速风向仪6的接线柱和数据接收端口，结冰传感器1、百叶箱4、风速风向仪6与控制箱3的数据接收端口相连，LED显示屏用于显示出风速、风向、空气湿度、环境温度、大气压力、结冰速率和结冰厚度的具体数值；结冰传感器1采用电磁谐振原理(结冰传感器为监测设备的核心，属于机械式传感器)，包括由电磁振动线圈和解算器的交流放大器组成一个闭环振荡***，闭环振荡***达到稳定工作时，产生一个固定频率的输出信号，在路面结冰条件下，结冰传感器1的频率随着冰层厚度的增加而上升，此频率信号被采集器采集，然后放大、采样后经过控制器进行数字信号处理及标度变换得到结冰厚度和结冰速率，结冰厚度和结冰速率通过RS485或RS232的数字量形式输出，再通过以太网将路面结冰情况及时反馈到道路管理部门。

预警***用于将路面结冰情况实时反馈到道路管理部门，或者通过路边警示信息实时预警，主要包括数据采集***、无线模块和预警终端，数据采集***，数据采集***设置在控制箱3内，与控制箱3的数据接收端口相连，用来采集结冰传感器1、百叶箱4、风速风向仪6测得的数据；无线模块连接数据采集***和预警终端；预警终端用来发布结冰预警的相关信息(当路面开始结冰后，由预警终端收到信号后及时发布相关信息进行预警，提醒机动车驾驶员安全行车)。

太阳能面板5、固定支架2和避雷针7作为道路结冰安全预警装置的辅助设备，控制箱3、百叶箱4、太阳能面板5、风速风向仪6和避雷针7均安装在固定支架2上，太阳能面板5用于辅助供电(主要供电源为220V外接电源或蓄电池)。

图2为本发明路面结冰实时监测及预警装置的具体实施框图，监测***主要对应框图中的传感器，预警***的数据采集***对于图中采集器及控制器，无线模块采用以太网，预警终端包括图中的公路部门及气象部门。由监测***的结冰传感器测得频率信号后，被采集器采集处理成数据信号，然后通过无线模块(以太网)将数据传往预警终端(公路部门及气象部门)。当路面开始结冰后，由预警终端发布信号进行预警。

本发明道路结冰安全预警装置的预警方法，具体包括如下步骤：

第一步，冰厚标定试验：通过冰厚标定试验对结冰传感器进行标定，将结冰传感器固定在高低温环境箱中，采用人工喷水的方式模拟降雨，使结冰传感器探头表面结冰，然后通过数据采集***采集试验数据，采用回归分析的数学方法分析试验数据，模拟得出结冰厚度、结冰速率与环境温度之间的对应关系；

第二步，室内模拟实验：在温度分别为-5℃、-10℃、-20℃的条件下进行室内模拟实验，得到不同温度下结冰厚度随时间变化的关系曲线，验证结冰传感器灵敏度和可靠性，对比已有的结冰传感器的一般特性，认为该传感器的测量是可靠的，能够满足道路结冰安全预警装置关于监测结冰厚度的要求，特别是在安全结冰厚度(2-3mm)以内监测效果较好，可以应用在路面上监测结冰厚度和结冰速率；

第三步，野外试验：将结冰传感器和百叶箱、风速风向仪、控制箱以及预警***组装成一套道路结冰安全预警装置，安装在路面上实时监测大气压力、空气湿度、环境温度、风速、风向以及路面结冰厚度和结冰速率，野外试验用于确定道路结冰安全预警装置能否可靠进行多参数的采集并对路面结冰情况(包括结冰厚度和结冰速率)进行及时安全预警。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之类，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种道路结冰安全预警装置，其特征在于，包括监测***和预警***；

所述监测***主要包括结冰传感器、百叶箱、风速风向仪和控制箱，其中，结冰传感器用来测试结冰速率和结冰厚度，百叶箱主要用于监测大气压力、空气湿度和环境温度，风速风向仪主要用于测定风速和风向；控制箱包括一个LED显示屏和结冰传感器、百叶箱、风速风向仪的接线柱和数据接收端口，结冰传感器、百叶箱、风速风向仪与控制箱的数据接收端口相连，LED显示屏用于显示出风速、风向、空气湿度、环境温度、大气压力、结冰速率和结冰厚度的具体数值；

所述预警***用于将路面结冰情况实时反馈到道路管理部门，或者通过路边警示信息实时预警，主要包括数据采集***、无线模块和预警终端，数据采集***，数据采集***设置在控制箱内，与控制箱的数据接收端口相连，用来采集结冰传感器、百叶箱、风速风向仪测得的数据；无线模块连接数据采集***和预警终端；预警终端用来发布结冰预警的相关信息。

2.根据权利要求1所述的道路结冰安全预警装置，其特征在于，所述结冰传感器采用电磁谐振原理，包括由电磁振动线圈和解算器的交流放大器组成一个闭环振荡***，闭环振荡***达到稳定工作时，产生一个固定频率的输出信号，在路面结冰条件下，结冰传感器的频率随着冰层厚度的增加而上升，此频率信号被采集器采集，然后放大、采样后经过控制器进行数字信号处理及标度变换得到结冰厚度和结冰速率，结冰厚度和结冰速率通过RS485或RS232的数字量形式输出，再通过以太网将路面结冰情况及时反馈到道路管理部门。

3.根据权利要求1所述的道路结冰安全预警装置，其特征在于，所述数据采集***包括采集器及控制器，无线模块采用以太网，预警终端包括公路部门及气象部门。

4.根据权利要求1所述的道路结冰安全预警装置，其特征在于，还包括辅助设备，所述辅助设备包括太阳能面板、固定支架和避雷针，控制箱、百叶箱、太阳能面板、风速风向仪和避雷针均安装在固定支架上，太阳能面板用于辅助供电。

5.一种权利要求1～4任一项所述的道路结冰安全预警装置的预警方法，其特征在于，包括如下步骤：

第一步，冰厚标定试验：通过冰厚标定试验对结冰传感器进行标定，将结冰传感器固定在高低温环境箱中，采用人工喷水的方式模拟降雨，使结冰传感器探头表面结冰，然后通过数据采集***采集试验数据，采用回归分析的数学方法分析试验数据，模拟得出结冰厚度、结冰速率与环境温度之间的对应关系；

第二步，室内模拟实验：在温度分别为-5℃、-10℃、-20℃的条件下进行室内模拟实验，得到不同温度下结冰厚度随时间变化的关系曲线，验证结冰传感器灵敏度和可靠性，满足道路结冰安全预警装置关于监测结冰厚度的要求；

第三步，野外试验：将结冰传感器和百叶箱、风速风向仪、控制箱以及预警***组装成一套道路结冰安全预警装置，安装在路面上实时监测大气压力、空气湿度、环境温度、风速、风向以及路面结冰厚度和结冰速率，野外试验用于确定道路结冰安全预警装置能否可靠进行多参数的采集并对路面结冰情况进行及时安全预警，当路面开始结冰后，由预警终端收到结冰传感器和百叶箱、风速风向仪采集的大气压力、空气湿度、环境温度、风速、风向以及路面结冰厚度和结冰速率后及时发布信息进行预警，提醒机动车驾驶员安全行车。