CN103512913A - 一种路面状态测定方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供一种路面状态测定方法及装置。一种路面状态测定方法，包括：对路面提供非接触式热源，使所述路面的温度发生变化；非接触式监测所述路面的温度变化，获得温度变化数据；根据所述温度变化数据确定所述路面的状态。本发明实施例通过对路面供给热源后进行温度监测，获得了温度变化数据，进而根据温度变化的趋势确定了路面状态。由于该供给热源和温度监测均为非接触式，所以避免了对道路路面的损坏，而且，该温度变化数据是直接在道路表面获取的，更准确的反应了路面状态，提高了测量的准确度。
Description
技术领域
本发明涉及检测设备技术领域，尤其涉及一种路面状态测定方法及装置。
背景技术
路面湿滑甚至结冰会使路面的危险性急剧增加，路面冰雪一直是困扰着交通部门的重大问题，每年由于道路湿滑或结冰造成的大量交通事故所直接导致的经济损失平均达数亿元，因此，实时的监控交通路面状况是减少事故与损失，提前做好防御工作的重要措施。
现有技术中实时监控路面状态的方法是接触式放置或埋置热传感器技术，也即将热传感器埋置在道路上，然后在热传感器上方用特殊材料进行封盖，通过探测道路下方的温度变化来获知路面的状态。
然而，该方法在埋置热传感器时会直接造成路面损坏，而且，由于传感器位于道路内部，其对道路表面温度的测量误差较大。
发明内容
本发明实施例提供一种路面状态测定方法及装置，能够减少路面损坏，且提高测量的准确度。
为了解决上述技术问题，本发明实施例的技术方案如下：
一种路面状态测定方法，包括：
对路面提供非接触式热源，使所述路面的温度发生变化；
非接触式监测所述路面的温度变化，获得温度变化数据；
根据所述温度变化数据确定所述路面的状态。
进一步，所述根据所述温度变化数据确定所述路面的状态，包括：
根据所述温度变化数据获得温度变化曲线；
根据所述温度变化曲线的斜率及斜率变化确定所述路面的状态。
进一步，所述根据所述温度变化曲线的斜率及斜率变化确定所述路面的状态，包括：
若所述温度变化曲线的斜率不变，且斜率大于等于第一阈值，则确定所述路面状态为干燥状态；
若所述温度变化曲线的斜率不变，且斜率小于所述第一阈值且大于等于第二阈值，则确定所述路面状态为积水状态；
若所述温度变化曲线的斜率不为0，且在某一时刻突然变大，则确定所述路面状态为积水状态；
若所述温度变化曲线的斜率在某一段时间由零发生跳跃性变化，则确定所述路面状态为结冰状态。
进一步，所述根据所述温度变化数据确定所述路面的状态，包括：
将获得的所述温度变化数据与预设的不同路面状态对应的温度变化样本数据进行匹配；
根据匹配结果确定所述路面的状态。
一种路面状态测定装置，包括：
热源供给单元，用于对路面提供非接触式热源，使所述路面的温度发生变化；
温度监测单元，用于非接触式监测所述路面的温度变化，获得温度变化数据；
数据分析单元，用于根据所述温度变化数据确定所述路面的状态。
进一步，所述数据分析单元包括：
转化子单元，用于根据所述温度变化数据获得温度变化曲线；
确定子单元，用于根据所述温度变化曲线的斜率及斜率变化确定所述路面的状态。
进一步，所述确定子单元，具体用于当所述温度变化曲线的斜率不变，且斜率大于等于第一阈值时，确定所述路面状态为干燥状态；当所述温度变化曲线的斜率不变，且斜率小于所述第一阈值且大于等于第二阈值时，确定所述路面状态为积水状态；当所述温度变化曲线的斜率不为0，且在某一时刻突然变大时，确定所述路面状态为积水状态；当所述温度变化曲线的斜率在某一段时间由零发生跳跃性变化时，确定所述路面状态为结冰状态。
进一步，所数据分析单元包括：
匹配子单元，用于将获得的所述温度变化数据与预设的不同路面状态对应的温度变化数据进行匹配；
判定子单元，用于根据匹配结果确定所述路面的状态。
进一步，所述热源供给单元为主动式可见光热光源或红外激光源。
进一步，所述温度监测单元为红外热电堆探测器或非制冷红外焦平面阵列探测器。
本发明实施例通过对路面供给热源后进行温度监测，获得了温度变化数据，进而根据温度变化的趋势确定了路面状态。由于该供给热源和温度监测均为非接触式，所以避免了对道路路面的损坏，而且，该温度变化数据是直接在道路表面获取的，更准确的反应了路面状态，提高了测量的准确度。
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，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面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来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例一种路面状态测定方法的流程图；
图2是本发明实施例另一种路面状态测定方法的流程图；
图3是图2所示实施例中测定路面状态的示意图；
图4是图2所示实施例中获得的温度变化曲线图；
图5是本发明实施例一种路面状态测定装置的结构示意图；
图6是本发明实施例另一种路面状态测定装置的结构示意图。
具体实施方式
为了使本领域技术人员能进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，附图仅提供参考与说明，并非用来限制本发明。
下面结合附图和实施例，对本发明的技术方案进行描述。
参见图1，为本发明实施例一种路面状态测定方法的流程图。
该方法可以包括：
步骤101，对路面提供非接触式热源，使路面的温度发生变化。
在本发明实施例中，可以采用高功率的可见光热光源或红外激光源等作为主动热源，对路面进行非接触式的照射，使路面温度发生变化。当然，在其它实施例中，也还可以采取其它的热源，只要能够实现非接触式的使路面温度发生变化即可。
步骤102，非接触式监测路面的温度变化，获得温度变化数据。
在对路面提供热源的同时，监测路面的温度变化，记录温度变化数据。该监测方式也为非接触式监测，具体的可以采用红外探测器，如红外热电堆探测器或非制冷红外焦平面阵列探测器等仪器。
步骤103，根据温度变化数据确定路面的状态。
根据温度变化数据即可分析道路表面比热容的变化，进而根据比热容的变化确定道路的路面状态是干燥、积水或结冰。
该具体实现的过程可以是根据温度变化数据获得温度变化曲线，然后再根据温度变化曲线的斜率及斜率变化确定路面的状态；也可以是将获得的温度变化数据与预设的不同路面状态对应的温度变化数据进行匹配，然后根据匹配结果确定路面的状态。具体请参见后续实施例的描述。
本发明实施例通过对路面供给热源后进行温度监测，获得了温度变化数据，进而根据温度变化的趋势确定了路面状态。由于该供给热源和温度监测均为非接触式，所以避免了对道路路面的损坏，而且，该温度变化数据是直接在道路表面获取的，更准确的反应了路面状态，提高了测量的准确度。
参见图2，为本发明实施例另一种路面状态测定方法的流程图。
如图3所示，为本发明实施例中测定路面状态的示意图。
该方法可以包括：
步骤201，采用主动式可见光热光源对路面进行照射，使路面温度发生变化。
如图3所示，采用可见光热光源31对路面的目标区域32进行非接触式照射。在另一实施例中，可以采用红外激光源对路面进行照射，使路面温度发生变化。
步骤202，采用红外热电堆探测器非接触式监测路面的温度变化，获得温度变化数据。
本实施例中采用红外热电堆探测器33非接触式的监测路面的温度变化。在另一实施例中也可以采用非制冷红外焦平面阵列探测器非接触式的监测路面的温度变化。可以在采用主动式可见光热光源对路面进行照射的同时，监测路面温度。
步骤203，根据温度变化数据获得温度变化曲线。
在获得温度变化数据后，可以由数据分析单元34对数据进行分析处理，在本实施例中，可以根据该数据获得温度变化曲线，如图4所示，该曲线所在坐标系的横坐标为热源供给时间，纵坐标为温度。在获得温度变化曲线的具体过程中，可以对数据点进行筛选，然后基于筛选后的数据获得该曲线，以减小误差。
步骤204，根据温度变化曲线的斜率及斜率变化确定路面状态。
进一步，数据分析单元34根据该温度变化曲线即可获得路面温度变化的趋势进而确定路面状态，具体的，可以根据曲线的斜率及斜率变化来确定路面的状态。
根据吸收或放出热量与比热容、质量和温度变化量的物理关系，路面吸收热量后，基于不同路面状态下道路表面比热容的差异，其路面温度的变化也不同。当路面无积水时，也即处于干燥状态时，道路表面的比热容即为道路材质本身的比热容，例如混凝土的比热容；当路面有积水时，道路表面的比热容与道路材质本身和水两者的比热容相关；当路面结冰时，道路表面的比热容与道路材质本身和冰两者的比热容相关。其中，干燥状态下道路表面的比热容最小，积水状态下道路表面的比热容最大。
因此，在采用同样的热源对道路表面进行加热时，比热容越小，温度变化就越快，温度变化曲线中曲线的斜率就越大。
为了加快数据分析单元的数据处理，在上步骤获得温度变化曲线后，可直接获取其曲线斜率，然后执行以下数据判断动作，进而确定路面状态。
如图4所示，若温度变化曲线的斜率不变（即温度变化为线性变化），且斜率大于等于第一阈值，如曲线41，则确定路面状态为干燥状态。该第一阈值可以设定为等于或略小于一般路面材质（如混凝土，沙石等）对应的温度变化曲线斜率。
若温度变化曲线的斜率不变，且斜率小于第一阈值且大于等于第二阈值，如曲线42，则确定路面状态为积水状态。积水状态下，道路表面的比热容与道路材质本身和水两者的比热容相关，大于路面材质的比热容，且小于水的比热容，因此该第二阈值可以设定为等于或略大于水对应的温度变化曲线斜率。
若温度变化曲线的斜率不为零，且在某一时刻斜率突然变大，如曲线43，则确定路面状态为积水状态。该曲线斜率的变化表明，在某一时刻，道路表面的比热容突然变小，如曲线43中用虚线框出的区域，根据路面的三种状态可以确定，该情况下，道路表面最初为积水状态，在不断吸收热量后，道路表面变为干燥状态，比热容变小，所以，该曲线对应的路面状态为积水状态，但积水量不多。在本发明另一实施例中，还可以进一步根据曲线发生突变的位置大致判断水量的多少。
若温度变化曲线的斜率在某一段时间由零发生跳跃性变化，如曲线44，则确定路面状态为结冰状态。在结冰状态下，道路表面在吸收热量后随着冰的融化，在一段时间内，温度持续为0℃，随着冰的全部融化，温度发生跳跃性变化，如曲线44中用虚线框出的区域，进一步随着温度的逐渐升高，路面状态进一步变为干燥，因此，曲线斜率在温度由0℃发生跳跃性变化后，曲线斜率由大变小。
数据分析单元执行以上数据判断动作后即可输出所监测道路的路面状态。
在本发明的另一实施例中，数据分析单元也可以不用将数据转化为温度变化曲线，而直接根据温度变化数据计算获得斜率值，进而执行上述判断过程。
在另一实施例中，该数据分析单元还可以预先存储不同路面状态下对应的温度变化样本数据，例如每供热5分钟对应的路面温度值。在采用同样的时间步长获取实际的路面温度变化数据后，将获得的温度变化数据与预设的不同路面状态对应的温度变化样本数据进行匹配；根据匹配结果确定路面的状态。而且，对于路面积水且积水量不多的情况，还可以预设多组不同积水量对应的温度变化样本数据，在获得实际的温度变化数据后，通过与该多组数据的匹配，大致确定积水量的多少。
本发明实施例根据温度变化的趋势确定了路面状态，由于该供给热源和温度监测均为非接触式，所以避免了对道路路面的损坏，而且，温度变化数据是直接在道路表面获取的，更准确的反应了路面状态，提高了测量的准确度。
以上是对本发明实施例方法进行的描述，下面对实现上述方法的装置进行介绍。
参见图5，为本发明实施例一种路面状态测定装置的结构示意图。
该装置可以包括：
热源供给单元501，用于对路面提供非接触式热源，使路面的温度发生变化。
温度监测单元502，用于非接触式监测路面的温度变化，获得温度变化数据。
数据分析单元503，用于根据温度变化数据确定路面的状态。
在本发明实施例中，该装置的热源供给单元501对路面进行非接触式的照射，使路面温度发生变化，该热源供给单元501可以为高功率的可见光热光源或红外激光源等。在热源供给单元501对道路路面进行加热的同时，温度监测单元502监测路面的温度变化，记录温度变化数据。该监测方式也为非接触式监测，温度监测单元502具体可以是红外探测器，如红外热电堆探测器或非制冷红外焦平面阵列探测器等。热源供给单元501将获得的温度变化数据发送至数据分析单元503，由数据分析单元503根据温度变化数据分析道路表面比热容的变化，进而根据比热容的变化确定道路的路面状态是干燥、积水或结冰。
该装置通过对路面供给热源后进行温度监测，获得了温度变化数据，进而根据温度变化的趋势确定了路面状态。由于该供给热源和温度监测均为非接触式，所以避免了对道路路面的损坏，而且，该温度变化数据是直接在道路表面获取的，更准确的反应了路面状态，提高了测量的准确度。
参见图6，为本发明实施例另一种路面状态测定装置的结构示意图。
该装置可以包括热源供给单元601、温度监测单元602和数据分析单元603。其中热源供给单元601、温度监测单元602与前述实施例中的热源供给单元501、温度监测单元502类似，此处不再赘述。
其中，数据分析单元603又可以进一步包括：
转化子单元6031，用于根据所述温度变化数据获得温度变化曲线。
确定子单元6032，用于根据所述温度变化曲线的斜率及斜率变化确定所述路面的状态。
该确定子单元6032具体可以用于当所述温度变化曲线的斜率不变，且斜率大于等于第一阈值时，确定所述路面状态为干燥状态；当所述温度变化曲线的斜率不变，且斜率小于所述第一阈值且大于等于第二阈值时，确定所述路面状态为积水状态；当所述温度变化曲线的斜率不为0，且在某一时刻突然变大时，确定所述路面状态为积水状态；当所述温度变化曲线的斜率在某一段时间由零发生跳跃性变化时，确定所述路面状态为结冰状态。
在另一实施例中，数据分析单元也可以包括：
匹配子单元，用于将获得的所述温度变化数据与预设的不同路面状态对应的温度变化数据进行匹配；判定子单元，用于根据匹配结果确定所述路面的状态。
该装置通过上述单元避免了对道路路面的损坏，而且更准确的反应了路面状态，提高了测量的准确度。
本发明实施例的测定装置中，热源供给单元可以为主动式可见光热光源或红外激光源；温度监测单元可以为红外热电堆探测器或非制冷红外焦平面阵列探测器，在具体实现中可以在各单元中任意选取一仪器实现两两组合。热源供给单元和温度监测单元可以不连接，各自独立，数据分析单元与温度监测单元连接以实现数据传输，在具体实现时，该数据分析单元可以设置在红外热电堆探测器（或非制冷红外焦平面阵列探测器）的内部或外部，在完成数据分析后，直接输出或显示路面状态。
上述装置中的各单元的具体实现过程请参见前述方法实施例的相应描述，此处不再赘述。
以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (10)
1.一种路面状态测定方法，其特征在于，包括：
对路面提供非接触式热源，使所述路面的温度发生变化；
非接触式监测所述路面的温度变化，获得温度变化数据；
根据所述温度变化数据确定所述路面的状态。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述温度变化数据确定所述路面的状态，包括：
根据所述温度变化数据获得温度变化曲线；
根据所述温度变化曲线的斜率及斜率变化确定所述路面的状态。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述温度变化曲线的斜率及斜率变化确定所述路面的状态，包括：
若所述温度变化曲线的斜率不变，且斜率大于等于第一阈值，则确定所述路面状态为干燥状态；
若所述温度变化曲线的斜率不变，且斜率小于所述第一阈值且大于等于第二阈值，则确定所述路面状态为积水状态；
若所述温度变化曲线的斜率不为0，且在某一时刻突然变大，则确定所述路面状态为积水状态；
若所述温度变化曲线的斜率在某一段时间由零发生跳跃性变化，则确定所述路面状态为结冰状态。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述温度变化数据确定所述路面的状态，包括：
将获得的所述温度变化数据与预设的不同路面状态对应的温度变化样本数据进行匹配；
根据匹配结果确定所述路面的状态。
5.一种路面状态测定装置，其特征在于，包括：
热源供给单元，用于对路面提供非接触式热源，使所述路面的温度发生变化；
温度监测单元，用于非接触式监测所述路面的温度变化，获得温度变化数据；
数据分析单元，用于根据所述温度变化数据确定所述路面的状态。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述数据分析单元包括：
转化子单元，用于根据所述温度变化数据获得温度变化曲线；
确定子单元，用于根据所述温度变化曲线的斜率及斜率变化确定所述路面的状态。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，
所述确定子单元，具体用于当所述温度变化曲线的斜率不变，且斜率大于等于第一阈值时，确定所述路面状态为干燥状态；当所述温度变化曲线的斜率不变，且斜率小于所述第一阈值且大于等于第二阈值时，确定所述路面状态为积水状态；当所述温度变化曲线的斜率不为0，且在某一时刻突然变大时，确定所述路面状态为积水状态；当所述温度变化曲线的斜率在某一段时间由零发生跳跃性变化时，确定所述路面状态为结冰状态。
8.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所数据分析单元包括：
匹配子单元，用于将获得的所述温度变化数据与预设的不同路面状态对应的温度变化数据进行匹配；
判定子单元，用于根据匹配结果确定所述路面的状态。
9.根据权利要求5至8中任意一项所述的装置，其特征在于，所述热源供给单元为主动式可见光热光源或红外激光源。
10.根据权利要求5至8中任意一项所述的装置，其特征在于，所述温度监测单元为红外热电堆探测器或非制冷红外焦平面阵列探测器。
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