CN113125042A - 一种智慧高速公路温度测量方法 - Google Patents
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Abstract
一种智慧高速公路温度测量方法，属于电子信息技术领域，涉及一种光电传感技术。本发明采用云计算模型分布式光纤拉曼温度传感***测温方法，应用于智慧高速公路温度测量，能够提高智慧高速公路温度测量的稳定性及一条高速公路感知温度的快速性。组成新型分布式光纤传感网，成为高速公路交通安全风险评估模型的革新手段。
Description
技术领域
本发明属于电子信息技术领域，涉及一种光电传感技术，具体是指一种智慧高速公路温度测量方法。
背景技术
智慧高速公路随着云计算、大数据和物联网、人工智能等新一代互联网技术的发展而提出的应用场景，实现对高速公路透彻全面、实时准确的感知，掌握每段路、每辆车和每个结构物的现状并精准预测发展趋势；这些感知到的数据要通过稳定、大带宽高速公路通信专网进行传输；有了海量的数据，还要建设协同共享、强大高效的统一智慧管理平台，让业务管理、应急处置、收费管理实现可视化、移动化、智能化和精准化。同时还要建立全媒体矩阵的公众信息服务体系，使得公众更容易获取到高速公路路况等各种信息。由此可见，智慧高速公路就是要让路网运行更安全舒畅、出行更便捷愉快、管理更高效智能、道路更绿色经济。
建立各种天气情况下高速公路交通安全风险评估模型是让路网运行更安全的前提条件，该模型的基础大数据之一是获得沿公路分布的温度。从可实用化角度，分布式光纤拉曼温度传感***在感知长度，抗震性，温度分辨率、动态范围、线性度等方面优越其他分布式温度传感***。
一条高速公路长达几百公里以及上千公里，而分布式光纤拉曼温度传感通常传感长度只有几十公里，因此一条高速公路需要布置多个测温装置，根据《高速公路交通工程及沿线设施设计通用规范》中的规定，高速公路上设置的服务区平均间距不宜大于50公里，最大间距不宜大于60公里，这样测温装置放置在服务区内，解决测温装置供电和数据上传问题。多个测温装置布放在高速公路沿线，其温度测量方法及其光路结构出现新的特点。
发明内容
本发明旨在针对上述多个测温装置布放在高速公路沿线，提供一种分布式光纤拉曼温度传感***测温方法，能够提高智慧高速公路温度测量的稳定性及感知温度的快速性。
为了达到上述目的，本发明采取以下技术方案来实现：
本发明提供了一种智慧高速公路温度测量方法，包括以下步骤：
步骤一，将光脉冲周期性注入传感光缆，并获取每段传感光缆双向的背向散射反斯托克斯光信息；
步骤二，将背向散射反斯托克斯光信息加上地理坐标等标号上传服务器；
步骤三，服务器将解码每段传感光缆的两条背向散射反斯托克斯光信息，对称相乘再开方，根据拉曼温度公式解调传感光缆上每点温度。
步骤四，服务器运用灰色***理论方法，建立分段各种天气条件下高速公路交通安全风险评价模型，发布风险等级。
上述智慧高速公路温度测量方法，步骤一中的光脉冲实现方法之一为，普通激光器经内或调制转换得到。
上述智慧高速公路温度测量方法，步骤一中的传感光缆双向的背向散射反斯托克斯光信息实现方法之一为，每段传感光缆的起点和终点都注入光脉冲，分别获取对应的背向散射反斯托克斯光信息。
上述智慧高速公路温度测量方法，步骤一中的获取的背向散射反斯托克斯光信息实现方法之一为，经硬件模块多次数字平均后的背向散射反斯托克斯光信息。
上述智慧高速公路温度测量方法，步骤二中的背向散射反斯托克斯光信息加上地理坐标等标号实现方法之一为，微处理器按TCP/IP协议构成数据报格式，其中帧头包括传感长度，测量点编号、测量坐标等状态信息。
上述智慧高速公路温度测量方法，步骤三中的对称实现方法之一为，每段传感光缆的两条背向散射反斯托克斯光信息中距离长度和恰等于传感长度。
上述智慧高速公路温度测量方法，步骤四中分段各种天气条件下高速公路交通安全风险评价模型实现方法之一为，获得某段局部温度低于零度，路面结冰，车主实时获取该路段风险的处置预案。
本发明提供的智慧高速公路温度测量方法，具有以下至少一项有益效果：
(1)通过对获取的双向背向散射反斯托克斯光信息的云计算，能够准确获取高速公路沿线温度信息，具有可靠的稳定性以及感知温度的快速性；
(2)仅通过探测的背向散射反斯托克斯光信息，无需背向散射斯托克斯光信息，就可以达到检测温度的目的，为简化分布式光纤温度传感解调，降低成本提供了新的研究方向；
(3)由于分布式光纤温度传感器是无源驱动，非常适合于长距离实时测量，无论本发明应用前景或管线领域都具有广泛的应用前景。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，以下将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，以下描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图所示实施例得到其它的实施例及其附图。
图1为本发明提供的智慧高速公路温度测量方法的结构示意图；
其中，11、21、23、n1-光纤环形器，13、25、n3-光电拉曼收发模块，12、22、24、n2-光纤滤波器，14、26、n4-微处理器，细线为光缆，粗线为电缆。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明各实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。
实施例1
本实施例是对智慧高速公路温度测量方法的进一步解释和说明，但其不构成对本发明的任何限定。
本实施例以相邻三个服务区内两段传感光缆(长度分别为L1，L2米)为研究对象，针对于距离第一个服务区处理端点长度X1米的位置为测量点，则距离第二个服务区处理端点长度为L1-X1米的位置，针对于距离第二个服务区处理端点长度X2米的位置为测量点，则距离第三个服务区处理端点长度为L2-X2米的位置。设某一时间段t内，各个测量点获得测量点的经硬件模块多次数字平均后的背向散射反斯托克斯光信息都已上传到服务器。
第一个服务区端点背向散射反斯托克斯光信息：
P12(X1)＝ξP1R(T，X1)exp(-(αR+αas)X1) (1)
第二个服务区端点背向散射反斯托克斯光信息：
P21(X1)＝ξP2R(T，X1)exp(-(αR+αas)(L1-X1)) (2)
P23(X2)＝ξP2R(T，X2)exp(-(αR+αas)X2) (3)
第三个服务区端点背向散射反斯托克斯光信息：
P32(X2)＝ξP3R(T，X2)exp(-(αR+αas)(L2-X2)) (4)
上述公式中ξ为背向散射系数，αR为瑞利衰减系数，αas为反斯托克斯衰减系数，
P1为第一个服务区端点注入光脉冲功率，P2为第二个服务区端点注入光脉冲功率，
P3为第三个服务区端点注入光脉冲功率，R(T，X1)为X1处拉曼温度公式，R(T，X2)为X2处拉曼温度公式。
由公式(1)(2)得
公式(5)中R(T，0)为第一个服务区端点温度，容易获得，由此计算出第一个服务区与第二个服务区之间温度，以此类推，可计算出相邻服务区之间温度。服务器根据这些温度生成各级风险模型，供用户使用。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。
Claims (2)
1.一种智慧高速公路温度测量方法，包括以下步骤：
步骤一，将光脉冲周期性注入传感光缆，并获取每段传感光缆双向的背向散射反斯托克斯光信息；
步骤二，将背向散射反斯托克斯光信息加上地理坐标等标号上传服务器；
步骤三，服务器将解码每段传感光缆的两条背向散射反斯托克斯光信息，对称相乘再开方，根据拉曼温度公式解调传感光缆上每点温度。
步骤四，服务器运用灰色***理论方法，建立分段各种天气条件下高速公路交通安全风险评价模型，发布风险等级。
2.根据权利要求1所述的智慧高速公路温度测量方法，其特征在于，步骤三中的对称实现方法之一为，每段传感光缆的两条背向散射反斯托克斯光信息中距离长度和恰等于传感长度。
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