CN112179498B - 一种基于路面为虚拟黑体的车辆温度测量方法、系统及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于路面为虚拟黑体的车辆温度测量方法，包括如下步骤：步骤1、通过将路面作为虚拟黑体，在路面粘贴温度传感器间隔读取路面传感器的温度，将读取到的温度传递至热成像传感器，循环上述步骤进行直至探测器同步检测路面已净场；步骤2、根据路面传感器读取到的温度以及热成像传感器读取到的温度计算出当前的校准系数并进行保存；步骤3、检测路面是否有车辆经过，如果没有则重复步骤1；若有车辆经过，则根据热成像传感器读取车辆最高温与次高温点，并利用保存好的校准系数进行进一步的校准；同时通过热成像方法判断车辆最高温出现的具体部位。本发明将路面已知温度和车辆的温度进行相对温度的测量，达到精确测量车辆实际温度。

Description

一种基于路面为虚拟黑体的车辆温度测量方法、系统及装置
技术领域
本申请涉及高温源实时检测领域，具体涉及一种基于路面为虚拟黑体的车辆温度测量方法、系统及装置。
背景技术
红外热成像技术广泛应用于测量固体表面的温度，具有非接触测量、响应快、测温范围宽、灵敏度高以及空间分辨率高等优点，因此已经在安全预测、医疗卫生、航空航天、无损探伤、质量监测等领域得到了广泛的应用。
红外热成像测温通过利用能够测量红外线辐射强度的传感器，将接收到的红外波段的热辐射能量转换为电信号，经过放大、整型，模数转换后成为数字信号，在显示器上通过图像显示出来；传感器的电压值和温度值成正线性相关，通过简单的计算即可转换为温度值。红外热成像系统显示的图像中读出的温度是物体表面的辐射温度，并不是物体内部的真实温度。目前使用的红外热成像仪，需要先用高精度黑体对热像仪进行标定，标定的过程就是找出黑体温度与光电转换器件输出电压的对应关系，从而利用标定好的数据来确定被测物体的表面温度。所谓黑体，就是在任何温度下能吸收任何波长辐射的物体。黑体的辐射率为1，黑体的反射率为0。黑体表面单位面积上所发射的各种波长的总辐射功率与其热力学温度T的四次方成正比：
Eb＝σT4 (1)
黑体的内外部温度是一致的，真实温度可由显示面板读出。
红外测温技术的理论依据如下：
Eλ＝A0d-2[τaλελLbλ(T0)+τaλ(1-αλ)Lbλ(Tu)+εaλLbλ(Ta)] (2)
其中，ελ为表面发射率，αλ为表面吸收率，τaλ为大气的光谱透射率，εaλ为大气发射率，T0为被测物体表面温度，Tu为环境温度，Ta为大气温度，d为该目标到测量仪器之间的距离，Lbλ为光照强度。通常一定条件下，A0d-2为一个常值， A0为热像仪最小空间张角所对应的目标的可视面积。热像仪通常工作在某一个很窄的波段范围内，本发明采用的为8～14μm之间，ελ、αλ、τaλ通常可认为与λ无关，得到热像仪的响应电压为：
VS＝K{τa[εf(T0)+(1-α)f(Tu)]+εaf(Ta)} (3)
其中K＝ARA0d-2，
Figure GDA0003907197900000021
AR为热像仪透镜的面积。依据普朗克辐射定量得到：
Figure GDA0003907197900000022
被测表面真实温度的计算公式为公式(5)所示：
Figure GDA0003907197900000023
其中，n＝4.09。
由以上公式的推到可以看出，热像仪(传感器)所测得的电压值与温度时间是相互对应的，可以反映被测物体的温度。
本发明所提供的方法能够在“及时发现高温源”这一过程中起到至关重要的作用。将路面作为虚拟黑体，放置于路面(热成像摄像头视野范围附近的路面) 不断动态的读取路面温度传感器的温度值并发送给主机，从而对热成像传感器进行标定，进而测得车辆高温点的绝对温度并通过对热成像图像的识别得知高温源所在之处，再由报警系统发送预警到相关部门和人员，来预防车辆爆炸的现象发生。
通过热红外测温的公式推导，得出红外线温度测量的影响因素非常多。传统的方法是固定某一参数改变另外的参数来进行标定，标定后进行测温。因此现有的红外线测温技术，无法实现室外环境和远距离精确测量一个物体的绝对温度 (影响的参数非常多)。但是红外线的相对温度却是容易测量的，而且精度很高。解决这一问题的实质是在同一位置有一个较为精确的温度参照物，然后将此参照物与待测目标相比对，从而得到目标的绝对温度。
发明内容
1、本发明的目的
本发明为了解决现有技术中，红外热成像系统通过固定某一参数，改变另外参数得标定方法无法实现室外环境和远距离精确测量物体的绝对温度的问题，而提出了一种基于路面为虚拟黑体的车辆温度测量方法、系统及装置。
2、本发明所采用的技术方案
本发明公开了一种基于路面为虚拟黑体的车辆温度测量方法，包括如下步骤：
步骤1、通过将路面作为虚拟黑体，在路面粘贴温度传感器间隔读取路面传感器的温度，将读取到的温度传递至热成像传感器，循环上述步骤进行直至探测器同步检测路面已净场；
步骤2、根据路面传感器读取到的温度以及热成像传感器读取到的温度计算出当前的校准系数并进行保存；
步骤3、检测路面是否有车辆经过，如果没有则重复步骤1；若有车辆经过，则根据热成像传感器读取车辆最高温与次高温点，并利用保存好的校准系数进行进一步的校准；同时通过热成像方法判断车辆最高温出现的具体部位。
优选的，所述的步骤1、将读取到的温度通过路由传递给热成像传感器。
优选的，还包括步骤4、将得到的温度与预警温度进行比较，如果超出预警温度，将通过系统发送高温预警并采取相关措施；如果没有超出预警温度，则返回初始状态，继续测量路面温度或通过的下一辆车辆。
优选的，所述的步骤3，用标定好的热成像仪对预设距离范围内行驶来的车辆进行最高温点的测温并识别高温源位置。
优选的，还包括云平台存储测量的参数与数据，进行包括实时监控管理、报警管理动作。
优选的，所述的步骤2中的校准系数具体为：TO为测量目标的温度值，Td为路面传感器温度读数，Tr为路面温度即热成像传感器读数，T'd为车辆最高温点传感器读数；设K为校准系数，则存在TO＝T'd+K。
优选的，根据路面传感器读数，读取该环境下路面真实温度Td；根据热成像传感器测量路面的读数，读取该环境下热成像传感器读取的路面温度Tr；根据热成像传感器测量车辆最高温的读数，读取该环境下经过车辆的最高温点温度T'd； K＝Td-Tr，TO＝T'd+K。
本发明提出了一种基于路面为虚拟黑体的车辆温度测量系统，包括：
温度传感器预设模块，通过将路面作为虚拟黑体，在路面粘贴温度传感器间隔读取路面传感器的温度，将读取到的温度传递至热成像传感器，循环上述步骤进行直至探测器同步检测路面已净场；
校准计算模块，根据路面传感器读取到的温度以及热成像传感器读取到的温度计算出当前的校准系数并进行保存；
热成像判断模块，检测路面是否有车辆经过，如果没有则重复温度传感器预设模块；若有车辆经过，则根据热成像传感器读取车辆最高温与次高温点，并利用保存好的校准系数进行进一步的校准；同时通过热成像方法判断车辆最高温出现的具体部位。
优选的，温度传感器预设模块，将读取到的温度通过路由传递给热成像传感器。
优选的，还包括预警模块，将得到的温度与预警温度进行比较，如果超出预警温度，将通过系统发送高温预警并采取相关措施；如果没有超出预警温度，则返回初始状态，继续测量路面温度或通过的下一辆车辆。
优选的，所述的热成像判断模块，用标定好的热成像仪对预设距离范围内行驶来的车辆进行最高温点的测温并识别高温源位置。
优选的，还包括云平台存储测量的参数与数据，进行包括实时监控管理、报警管理动作。
优选的，所述的校准计算模块中的校准系数：TO为测量目标的温度值，Td为路面传感器温度读数，Tr为路面温度即热成像传感器读数，T'd为车辆最高温点传感器读数；设K为校准系数，则存在TO＝T'd+K。
优选的，根据路面传感器读数，读取该环境下路面真实温度Td；根据热成像传感器测量路面的读数，读取该环境下热成像传感器读取的路面温度Tr；根据热成像传感器测量车辆最高温的读数，读取该环境下经过车辆的最高温点温度T'd； K＝Td-Tr，TO＝T'd+K。
本发明提出了一种基于路面为虚拟黑体的车辆温度测量装置，包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述的方法步骤。
本发明提出了一种计算机可度存储介质，其上存储有计算机程序，所述的计算机程序被处理器执行时实现所述的方法步骤。
3、本发明所采用的有益效果
本发明通过将路面作为虚拟黑体(精确温度参照物)，在路面粘贴温度传感器读取路面温度后，经过路由传递给热成像仪的探测器主机并对热像仪进行标定，保证虚拟黑体所处环境与测量环境的一致性从而提高温度测量的精度，再用标定好的热成像仪对一定距离(5-25米)行驶来的车辆进行最高温点的测温并识别高温源位置，通过云平台后台支撑，用来存储测量的参数与数据，进行实时监控管理、报警管理等。也就是将路面已知温度和车辆的温度进行相对温度的测量，以达到精确测量车辆实际温度的目的。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为现有技术一示意图；
图2为现有技术二示意图。
具体实施方式
下面结合本发明实例中的附图，对本发明实例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
下面将结合附图对本发明实例作进一步地详细描述。
本发明通过将路面作为虚拟黑体(精确温度参照物)，在路面粘贴温度传感器读取路面温度后，经过路由传递给热成像仪的探测器主机并对热像仪进行标定，保证虚拟黑体所处环境与测量环境的一致性从而提高温度测量的精度，再用标定好的热成像仪对一定距离(5-25米)行驶来的车辆进行最高温点的测温并识别高温源位置，通过云平台后台支撑，用来存储测量的参数与数据，进行实时监控管理、报警管理等。也就是将路面已知温度和车辆的温度进行相对温度的测量，以达到精确测量车辆实际温度的目的。
本发明将路面作为虚拟黑体，测量路面与危险品车辆的相对温度，来得到一个危险品运输车辆的精确温度值。实现方法是通过动态测量路面的温度来标定热成像仪传感器的温度以适应不断变化的环境参数，在用标定好的热成像传感器进行测量得到真实的车辆温度。
如图2所示，
步骤1、以很短的时间间隔(如60秒)读取路面传感器的温度，将读取到的温度通过路由传递给热成像传感器，该过程循环进行直至探测器同步检测路面已净场。
步骤2、路面净场后，根据路面传感器读取到的温度以及热成像传感器读取到的温度计算出当前的校准系数并进行保存。
步骤3、检测路面是否有车辆经过，如果没有则继续保持一定的时间间隔读取路面传感器温度；若有车辆经过，则根据热成像传感器读取车辆最高温与次高温点，并利用保存好的K值进行进一步的校准；同时通过热成像技术判断车辆最高温出现的具体部位。
步骤4、将得到的温度与预警温度进行比较，如果超出预警温度，将通过系统发送高温预警并采取相关措施；如果没有超出预警温度，则返回初始状态，继续测量路面温度或通过的下一辆车辆。
具体标定方法
TO＝测量目标的温度值，Td＝路面传感器温度读数，Tr＝路面温度(热成像传感器读数)，T'd＝车辆最高温点传感器读数。设K为校准系数，则存在
步骤3.1.根据路面传感器读数，读取该环境下路面真实温度Td；根据热成像传感器测量路面的读数，读取该环境下热成像传感器读取的路面温度Tr；根据热成像传感器测量车辆最高温的读数，读取该环境下经过车辆的最高温点温度T'd。
步骤3.2.K＝Td-Tr
步骤3.3.TO＝T'd+K
将本产品布设在高速公路出入口、服务区、国省主干道红绿灯十字路口等场所，在公路上距离本产品5-25米的位置(即车辆能够清晰成像的范围)粘贴温度传感器不断测量以一定时间间隔的路面真实温度。即使长时间无车辆经过，由于动态的对地面真实温度进行测量并与热成像传感器读取的温度进行标定与调整，所以能够保持车辆经过时测量车辆温度的精确度。
随后，只要车辆经过设置好的空间范围区间时，热成像传感器就会对车辆的最高温点进行温度的读取与位置的识别。将读取的温度与预警温度进行对比，如果超出预警温度，则报警；如果没有超出，则车辆正常。
本申请实施例是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和 /或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (13)

1.一种基于路面为虚拟黑体的车辆温度测量方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、将路面作为虚拟黑体，在路面粘贴温度传感器，间隔读取路面传感器的温度，并将读取到的温度传递至热成像传感器，直至探测器同步检测路面已净场；
步骤2、根据路面传感器读取到的温度以及热成像传感器读取到的温度计算出当前的校准系数并进行保存；
步骤3、检测路面是否有车辆经过，如果没有则重复步骤1：间隔读取路面传感器的温度，并将读取到的温度传递至热成像传感器，直至探测器同步检测路面已净场；若有车辆经过，则根据热成像传感器读取车辆最高温与次高温点，并利用保存好的校准系数进行进一步的校准；同时通过热成像方法判断车辆最高温出现的具体部位。
2.根据权利要求1所述的基于路面为虚拟黑体的车辆温度测量方法，其特征在于：所述的步骤1、将读取到的温度通过路由传递给热成像传感器。
3.根据权利要求1所述的基于路面为虚拟黑体的车辆温度测量方法，其特征在于：还包括步骤4、将得到的温度与预警温度进行比较，如果超出预警温度，将通过系统发送高温预警；如果没有超出预警温度，则返回并执行步骤1至步骤3。
4.根据权利要求1所述的基于路面为虚拟黑体的车辆温度测量方法，其特征在于：所述的步骤3,所述利用保存好的校准系数进行进一步的校准后的热成像传感器对预设距离范围内行驶来的车辆通过热成像方法判断车辆最高温出现的具体部位。
5.根据权利要求3所述的基于路面为虚拟黑体的车辆温度测量方法，其特征在于：还包括云平台存储测量的参数与数据，进行包括实时监控管理、报警管理动作。
6.根据权利要求1所述的基于路面为虚拟黑体的车辆温度测量方法，其特征在于：所述的步骤2中的校准系数具体为：设K为校准系数，则
K＝Td-Tr，TO＝T′d+K
TO为测量目标的温度值，Td为路面传感器温度读数，Tr为路面温度即热成像传感器读数，T′d为车辆最高温点传感器读数。
7.一种基于路面为虚拟黑体的车辆温度测量系统，其特征在于，包括：
温度传感器预设模块，通过将路面作为虚拟黑体，在路面粘贴温度传感器，间隔读取路面传感器的温度，并将读取到的温度传递至热成像传感器，直至探测器同步检测路面已净场；
校准计算模块，根据路面传感器读取到的温度以及热成像传感器读取到的温度计算出当前的校准系数并进行保存；
热成像判断模块，检测路面是否有车辆经过，如果没有则间隔读取路面传感器的温度，并将读取到的温度传递至热成像传感器，直至探测器同步检测路面已净场；若有车辆经过，则根据热成像传感器读取车辆最高温与次高温点，并利用保存好的校准系数进行进一步的校准；同时通过热成像方法判断车辆最高温出现的具体部位。
8.根据权利要求7所述的基于路面为虚拟黑体的车辆温度测量系统，其特征在于：所述的温度传感器预设模块，将读取到的温度通过路由传递给热成像传感器。
9.根据权利要求7所述的基于路面为虚拟黑体的车辆温度测量系统，其特征在于：还包括预警模块，将得到的温度与预警温度进行比较，如果超出预警温度，将通过系统发送高温预警；则返回并经过温度传感器预设模块、校准计算模块、热成像判断模块。
10.根据权利要求7所述的基于路面为虚拟黑体的车辆温度测量系统，其特征在于：所述的热成像判断模块，读取路面传感器的温度与热成像传感器读取的温度进行动态标定。
11.根据权利要求7所述的基于路面为虚拟黑体的车辆温度测量系统，其特征在于：还包括云平台存储测量的参数与数据，进行包括实时监控管理、报警管理动作。
12.根据权利要求7所述的基于路面为虚拟黑体的车辆温度测量系统，其特征在于：所述校准系数具体为：设K为校准系数，则
K＝Td-Tr，TO＝T′d+K
TO为测量目标的温度值，Td为路面传感器温度读数，Tr为路面温度即热成像传感器读数，T′d为车辆最高温点传感器读数。
13.一种基于路面为虚拟黑体的车辆温度测量装置，包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，其特征在于；所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1-6任一所述的方法步骤。
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