CN101915606B - 一种用于检测高速公路路面结冰的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于检测高速公路路面结冰的装置及方法，尤其是对高速公路路面是否结冰进行判断并预警，属于自动检测装置及方法技术领域。本发明的装置包括与路面(1)相配合的目标体(2)；其中目标体(2)由路面阻值检测电路、振动检测电路、温度检测电路、微控制器和通信电路构成。本发明的方法当检测到的高速公路路面振动的信号、路面电导率达到阈值时，还需要进一步判断温度传感器是否给出零度以下的温度，才会给出结冰信号；本发明的优点是根据振动体的振动信号、路面电导率，并结合温度检测的附加条件和多目标同时检测来综合给出路面结冰情况，可以防止误检测。

Description

一种用于检测高速公路路面结冰的装置及方法

技术领域：

本发明涉及一种用于检测高速公路路面结冰的装置及方法，特别是对高速公路路面是否结冰进行判断并预警，属于自动检测装置及方法技术领域。

背景技术：

冬天公路地面结冰会经常发生严重交通事故。如2008年的南方雪灾给国家和人民的生命财产安全造成了重大损失，现在判断高速公路的路面是否结冰仍然依靠人的视觉去判断，由于地面结冰情况随时间、位置不同，消冰状况存在很大差异，车轮经过的地方首先消冰、两车道间隔的中间路面最后消冰，高架和桥梁特别难消冰，中间路面消冰时产生的冰水仍会到车轮经过的地方，因此依靠视觉确定行驶速度只能在明显的结冰状态下引起注意，而发生的上述暗冰和局部冰层仍会导致意想不到的事故发生。

中国专利公开了几种路面结冰检测的方法，其中一种是《路面结冰点监测系统和方法》，其申请号是02827284.6，该专利通过“采用主动式冷却器、温度传感器、采样井构成。并根据采样井中液体的温度跟传导性的变化来判断液体的结冰点。”该方法主要通过判断路面的温度和传导性两个条件来决定是否结冰，仍存在一定的误判。另外一种是《路面结冰检测传感器及其设备方法、和路面结冰检测方法》，其申请号是200510055117.0，该专利通过“具有接触路面的感温部、和从该感温部竖立设置的鳍部，呈T字形，由热传导性高的金属构成；光纤，具有光反射峰值波长随变形而变化的光纤布拉格光栅(FBG)，并将该FBG粘接在上述感温部件的鳍部上面；壳体，具有包围上述感温部件的鳍部和光纤的隔热部件。用光缆对在路面上设置规定数量的各路面结冰检测传感器间进行连接，从光缆的一端射入脉冲光，接收从各路面结冰检测传感器来的反射波长，来测量路面温度。”该方法主要通过判断路面的温度和光反射两个条件来决定是否结冰，虽然光学判断法误判率低，在飞机机翼结冰检测中获得广泛应用，但在路面这种特殊条件下使用，污水和尘土等赃物将严重干扰其光学器件的工作，误检测率升高，实际推广应用受限。

发明内容

发明目的：

本发明的目的是提供一种用于检测高速公路路面结冰的装置及方法，以便及时的给交出道路路面的结冰情况。

技术方案：

本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案：

一种用于检测高速公路路面结冰的装置，包括与路面相配合的目标体，目标体包括路面阻值检测电路、振动检测电路、温度检测电路、微控制器和通信电路；其中路面阻值检测电路、振动检测电路和温度检测电路的信号输出端分别与微控制器连接，微控制器与通信电路相连接。

进一步地，上述用于检测高速公路路面结冰的装置的路面阻值检测电路中包括路面电导率探头。

进一步地，上述用于检测高速公路路面结冰的装置的振动检测电路中包括振动传感元件。

进一步地，上述用于检测高速公路路面结冰的装置的温度检测电路中包括温度传感元件，所述温度传感元件采用铂电阻。

一种基于上述用于检测高速公路路面结冰的装置的检测方法，包括如下步骤：

步骤A，在微控制器里分别设置路面阻值检测、振动检测和温度检测的判断阈值；

步骤B，采用振动检测电路的振动传感元件采集高速公路路面的振动数据信息；采用路面阻值检测电路的路面电导率探头采集检测路面的阻值数据信息；

步骤C，将步骤B采集到的路面振动数据信息、路面阻值数据信息发送至微控制器，微控制器分别判断所述路面振动数据信息、路面阻值数据信息是否超过步骤A设置的阈值，当判断结果均超过步骤A设置的阈值，进入下一步；否则返回步骤B继续执行操作；

步骤D，采用温度检测电路的温度传感元件采集路面的温度值数据，将温度值数据发送至微控制器，微控制器判断所述温度值数据是否为零度以下，当温度值数据为零度以下，通过通信电路给出结冰信号；当温度值信息为零度以上时，返回B步骤。

有益效果：

由于路面结冰情况很复杂不易判断，本发明根据振动体的振动信号、路面电导率，并结合温度检测的附加条件和多目标同时检测来综合给出路面结冰情况，可以防止误检测。特别需要提及的是，通过多点检测，只有多个检测点给出路面结冰信号时，才有路面结冰提示信息给出，可以及时发出结冰预警信号。

附图说明：

图1是本发明一个实施例的安装实例结构示意图。

图2是图1实施例的检测控制电路框图。

图3是图2中路面阻值检测电路的电路图.

图4是图2中振动检测电路的电路图。

图5是图2中温度检测电路的电路图。

图6是图2中微处理器的电路图。

图7是图1实施例中多个独立配合目的布置示意图。

具体实施方式

实施例一

下面结合附图对技术方案的实施例作进一步的详细描述：

如图1所示，包括与路面1为一体的目标体2，振动传感元件3、路面电导率探头4和温度传感元件6与检测控制电路5相连。振动传感元件3本实施例中选用全向微型振动传感器。路面电导率探头4选用耐压防水材料。温度传感元件6选用铂电阻。

检测控制电路的具体组成如图2所示，主要由路面阻值检测电路、振动检测电路、温度检测电路、微控制器和通信电路构成。

路面阻值检测电路具体组成如图3所示，主要由电阻R1、输入端子JP1和高输入阻抗运放A1组成。输入端子JP1直接与路面电导率探头(即图1中的件4)相连，运放A1输出的信号S1直接送微控制器，作为路面阻值信息。

温度检测电路具体组成如图4所示，主要由电阻R2、输入端子JP2和电阻R3组成。输入端子JP2直接与铂电阻(即图1中的件6)相连，电阻R3输出的信号S2直接送到微处理器，作为温度信息。

振动检测电路具体组成如图5所示，主要由电阻R4、输入端子JP3和高输入阻抗运放A2组成。输入端子JP3直接与振动传感元件(即图1中的件3)相连，运放A2输出的信号S3直接送微控制器，作为路面振动信息。

作为检测控制电路5的核心的微控制器如图6所示，由单片机IC1构成。本实施例中选用CC2430，当然可以选用类似功能的任何一款单片机，路面阻值检测电路输出的S1信号线、温度检测电路输出的S2信号线和振动检测电路输出的S3信号线分别接至作为信号输入端的单片机IC1内部AD转换的3个独立I/O输入口。单片机IC1每隔一个阶段的时间启动各传感器检测路面结冰情况，当路面有积水但还没有结冰时，路面的电阻值比较小，在1MΩ以下；当路面有结冰时，路面的电阻值急剧上升，通常在数MΩ到数百MΩ之间变化。所以，由于道路交通状况比较复杂，比如泥土、沙石以及各种地面的污染混合物等影响因素，路面阻值检测的阈值随路面状况不同而不一样，状况越差，设置的阈值通常要略大一些，阈值设置在50MΩ至100MΩ之间，道路状况稍好的情况下，设置的阈值则要小一些，阈值设置在5MΩ至50MΩ之间，本发明在通常在道路状况良好的情况下，设定路面电阻的阈值为10MΩ。

当无结冰时，振动检测电路输出振幅比较高，如供电电压在3v时，S3信号电压幅值达到1.5v以上；当有结冰时，振动检测电路输出的振幅呈现出急剧的下降，S3信号电压幅值将低于150mv以下。所以，振动检测的阈值与供电电压的大小有关，当供电电压在3V时，阈值设定在150mv左右；当供电电压在5V时，阈值设定为250mv左右。

当温度在零度以下时才可能结冰时，温度在零度以上不会结冰。设定路面电阻的阈值为10MΩ，振动信号的阈值150mv，只有在路面电阻值大于10MΩ、振动信号S3幅度低于150mv和温度低于零度三个条件同时满足时，单片机IC1才向通信电路给出结冰信息。否则，给出没有结冰信息。

如图7所示，它给出4个目标体2分别固定在路面不同部位的示意图，对4个目标体2给出的结冰信号进行处理，3个以上目标体2给出结冰信息，才判定结冰，否则判定没有结冰。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡本技术领域的普通技术人员在不脱离本发明原理的前提下，通过改进和润饰所形成的等同替换或等效变换，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种用于检测高速公路路面结冰的装置，包括与路面(1)相配合的目标体(2)；其特征在于：所述目标体(2)包括路面阻值检测电路、振动检测电路、温度检测电路、微控制器和通信电路；其中路面阻值检测电路、振动检测电路和温度检测电路的信号输出端分别与微控制器连接，微控制器与通信电路相连接；

在微控制器里设置有路面阻值检测数据和振动检测数据的判断阈值，微控制器分别将路面阻值检测电路测得的路面阻值数据、振动检测电路测得的振动数据与所设置的判断阈值进行比较，当判断结果均超过所设置的阈值时，再将温度检测电路所检测到的温度值发送至微控制器判断是否为零度以下。

2.根据权利要求1所述的用于检测高速公路路面结冰的装置，其特征在于：所述微控制器由单片机构成。

3.根据权利要求1所述的用于检测高速公路路面结冰的装置，其特征在于：所述路面阻值检测电路中包括路面电导率探头(4)。

4.根据权利要求1所述的用于检测高速公路路面结冰的装置，其特征在于：所述振动检测电路中包括振动传感元件(3)。

5.根据权利要求1所述的用于检测高速公路路面结冰的装置，其特征在于：所述温度检测电路中包括温度传感元件，所述温度传感器采用铂电阻(6)。

6.根据权利要求1所述的用于检测高速公路路面结冰的装置，其特征在于：所述通信电路采用无线或有线通信控制。

7.一种基于权利要求1至6任一所述的用于检测高速公路路面结冰的装置的检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤A，在微控制器里分别设置路面阻值检测、振动检测和温度检测的判断阈值；

步骤B，采用振动检测电路的振动传感元件(3)采集高速公路路面的振动数据信息；采用路面阻值检测电路的路面电导率探头(4)采集检测路面的阻值数据信息；

步骤C，将步骤B采集到的路面振动数据信息、路面阻值数据信息发送至微控制器，微控制器分别判断所述路面振动数据信息、路面阻值数据信息是否超过步骤A设置的阈值，当判断结果均超过步骤A设置的阈值，进入下一步；否则返回步骤B继续执行操作；

步骤D，采用温度检测电路的温度传感元件采集路面的温度值数据，将温度值数据发送至微控制器，微控制器判断所述温度值数据是否为零度以下，当温度值数据为零度以下，通过通信电路给出结冰信号；当温度值信息为零度以上时，返回B步骤。

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