CN113917564A - 多参数分析遥感式路面气象状况检测仪及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多参数分析遥感式路面气象状况检测仪及检测方法，检测仪采用辅助测量近路面大气温度T、湿度Hum分析环境参数，分析露点温度T0变化，判断结露条件；采用遥感式红外辐射测温原理测量路表温度Tr参数变化，判断分析路面结冰及积雪条件；综合多参数的测量，设计识别判断算法，分析判断路面干燥、潮湿、积水、结冰、积雪、冰水混合物等的路面气象状况；所有部件由微控制器控制和数据采集，微控制器内置多参数分析判断算法，通过计算分析多参数数据后将测量的数据通过RS232/485串口发送出去；所有部件安装在一个全天候、耐久的外壳中，可承受恶劣天气，在任何天气条件下能提供精准数据。

Description

多参数分析遥感式路面气象状况检测仪及检测方法

技术领域

本发明属于专业交通气象、道路交通安全设施技术领域，具体涉及一种用于测量公路路面气象状况的多参数分析遥感式路面气象状况检测仪及采用多参数分析遥感式路面气象状况检测仪实现公路路面气象状况检测的检测方法。

背景技术

道路天气环境实时监测是高速公路科学运营的一个重要依据，尤其是路面积水、结冰、积雪等情况对高速公路的安全运营有直接的影响，由此造成的事故率居高不下。随着国家交通大发展，高速公路、国省道干线公路、快速道路等里程越来越长，桥梁隧道占比也越来越大，道路因积水、结冰、积雪等引起的交通事故概率占比也急剧增大。同时，公路部门冬季道路养护活动非常频繁，除冰除雪任务艰巨，增强对路面积水、结冰、积雪导致的湿滑、凝冰等路面气象状况进行监测、预警，并采取有效合理的应对措施，能很好的保证道路的通畅与安全、确保公路运输更好地为经济发展和公众出行服务。

目前对道路积水、结冰、积雪等气象状况主要采用人工巡逻方式，耗时耗力，而且容易疏漏，自身也面临巨大的安全风险。随着车辆增多以及高等级公路里程越来越多，对于公路管理提出了越来越高的要求。因此，急需要依托科技手段对道路气象状况进行自动化、实时分析与监测，提高公路安全管理效率，保障公路安全通行。

目前也有一些采用埋入式路面传感器技术进行接触方式判断路面积水、结冰、积雪等的技术应用，但据了解，此类技术多采用测量路面温度，覆盖物厚度等方式，测量参数少，误差大，安装时需要封路，在路面上开安装槽，而且传感器长期受到车辆的碾压破坏,后期维护困难等，不适应目前交通安全需求的智能化仪器需求。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种用于测量公路路面气象状况的多参数分析遥感式路面气象状况检测仪及采用多参数分析遥感式路面气象状况检测仪实现公路路面气象状况检测的检测方法，通过辅助测量近路面大气温度T、湿度Hum分析环境参数，分析露点温度T0变化，判断结露条件；通过遥感式红外辐射测温原理测量路表温度Tr参数变化，判断分析路面结冰及积雪条件；通过综合多参数的测量，设计识别判断算法，分析判断路面干燥、潮湿、积水、结冰、积雪、冰水混合物等的路面气象状况；所有部件由微控制器控制和数据采集，微控制器内置多参数分析判断算法，通过计算分析多参数数据后将测量的数据通过 RS232/485串口发送出去；所有部件安装在一个全天候、耐久的外壳中，可承受恶劣天气，在任何天气条件下能提供精准数据。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案。

本发明的用于测量公路路面气象状况的多参数分析遥感式路面气象状况检测仪，包括仪器外壳并内置多束激光光谱分析测量部件、红外辐射测路表温度部件、温湿度测量部件和微控制器；所述微控制器内置多参数分析判断算法模块；所述多束激光光谱分析测量部件、红外辐射测路表温度部件、温湿度测量部件分别连接微控制器，采集到的测量数据经微控制器计算分析后，通过与微控制器相连接的RS232/485串口通信模块发送出去。

优选的是，所述多束激光光谱分析测量部件包括激光发射器和激光接收器，用于测量不同波长激光照射下路面表面光学反射系数的变化。

在上述任一技术方案中优选的是，所述激光发射器包括四个不同波长的半导体激光器，所述半导体激光器连接激光器控制电路与发射透镜。

在上述任一技术方案中优选的是，所述激光接收器包括光电接收器，所述光电接收器一端连接有接收透镜和滤光片I，另一端连接有信号放大电路和A/D转换电路。

在上述任一技术方案中优选的是，所述红外辐射测路表温度部件包括红外温度传感器，所述红外温度传感器连接有滤光片II，用于测量路表温度变化。

在上述任一技术方案中优选的是，所述红外辐射测路表温度部件还包括热电堆测量芯片，热电堆测量芯片连接红外温度传感器与微控制器。

在上述任一技术方案中优选的是，所述温湿度测量部件包括温度传感器和湿度传感器，用于辅助测量近路面大气温度、湿度。

在上述任一技术方案中优选的是，所述温度传感器采用铂电阻温度测量传感器。

在上述任一技术方案中优选的是，所述湿度传感器采用湿敏电容原理湿度传感器。

本发明还提供一种多参数分析遥感式路面气象状况检测方法，该方法采用如上任一项所述的多参数分析遥感式路面气象状况检测仪实现公路路面气象状况检测，该方法包括以下步骤：

步骤一，采用4束激光光谱分析技术，测量路面覆盖物为水、冰、冰水混合、雪的状态下，在不同波长激光照射下其表面的光学反射系数的变化，分析反演出水、冰、冰水混合、雪的覆盖类型，并通过4路激光反射强度变化与覆盖厚度有关系，反演出覆盖物厚度信息；同时，由于激光光谱受环境光线影响，尤其受阳光强反射会产生数据误判，并且特殊天气情况也可能产生数据误判，采用辅助测量近路面大气温度T、湿度Hum分析环境参数，并分析露点温度T0变化，判断可能的发生的结露条件；采用遥感式红外辐射测温原理测量路表温度Tr参数变化，判断分析路面结冰及积雪条件；综合以上多参数的测量，设计识别判断算法，分析判断路面干燥、潮湿、积水、结冰、积雪、冰水混合物的路面气象状况；检测仪设置多束激光光谱分析部件、温湿度测量部件、红外辐射测路表温度部件，所有部件由微控制器控制和数据采集，微控制器内置多参数分析判断算法，通过计算分析多参数数据后将测量的数据通过RS232/485串口发送出去；所有部件安装在一个全天候、耐久的仪器外壳中，以保证承受恶劣天气，使得检测仪在任何天气条件下能提供精准数据；

步骤二，多束激光光谱分析测量部件由激光发射器、激光接收器组成，其中激光发射器是由四个不同波长的半导体激光器Laser1、Laser2、Laser3、Laser4，以及激光器控制电路和发射透镜组成；激光接收器由光电接收器和信号放大电路及A/D转换电路，以及接收透镜和滤光片组成；

步骤三，温湿度测量部件由铂电阻温度测量传感器和湿敏电容原理湿度传感器组成；

步骤四，红外辐射测路表温度部件采用热电堆测量芯片，具有高精度的非接触温度测量，适应遥感式测量要求；

步骤五，通过反射系数的变化分析反演出水、冰、冰水混合、雪的覆盖类型方法，首先选取半导体激光器Laser1、Laser2、Laser3、Laser4的红外光波长分别为

λ₁＜λ₂＜λ₃＜λ₄

激光波长选择范围为

1000nm＜λ＜2000nm

当路面为干燥时，接收到的四路不同波长光强信号为dp₁、dp₂、dp₃、dp₄，当路面有其他覆盖物时，覆盖物的不同，反射回的光信号强度也不同，通过建立红外光谱分析，即可初步计算出路面的覆盖物类型；

通过4路激光测量返回光强信号，建立干燥路面以及不同的路面覆盖物水、冰水混合、冰、雪对应以下光强信号特征：

设正数0＜a＜b＜c＜d；

为积水状况阈值；

为冰水混合状况阈值；

为冰状况阈值；

为雪状况阈值；

检测仪在路面为干燥时，测量四路不同波长的光强信号，记录并存储在控制器内，通过计算会求得y_dry，y_dry作为一个定值被存储，当检测仪测量路面状况，路面状况发生变化时，y_j光强信号也会随之发生变化；

当满足

时，判定路面状态为积水，当满足

时，判定路面状态为冰水混合物，当满足

时，判定路面状态为冰，当满足

时，判定路面状态为雪；

步骤六，4路激光漫反射系数与覆盖厚度有关系，从而反演出覆盖物厚度信息；具体方法包括：

红外光照射路面上会发生反射、折射、散射一系列现象，根据Kubleka-Munk理论，入射光强与接收光强存在下列关系：

其中，I₁表示接收到的光信号强度，I₀表示发射的光信号强度，ρ表示漫反射程度，D²表示接收光强度与测量表面的距离，针对实际路面测试要求，该公式可转化为：

式中，dp_n表示接收到的光信号强度，n＝(1,2,3,4)，即不同波长的入射光时，接受到的光信号强度；I_t表示发射的光信号强度，t＝(λ₁,λ₂,λ₃,λ₄)，即不同波长的入射光时，发射的光信号强度；m表示光反射系数；ρ(x)表示漫反射系数，是一个递增或者递减函数，与覆盖物类型有关；D²表示接收器与测量介质表面的距离；

当步骤6已经测得路面覆盖物为水时，根据公式可知，发射光强和接收光强已经由控制器采集得到，测量距离和光吸收系数为常量，即

此时可求得对应的覆盖物厚度。

与现有技术相比，本发明的上述技术方案具有如下有益效果：

本发明的用于测量公路路面气象状况的多参数分析遥感式路面气象状况检测仪，主要由于多束激光光谱分析测量部件、红外辐射测路表温度部件、温湿度测量部件和微控制器组成，微控制器内置多参数分析判断算法模块，多束激光光谱分析测量部件、红外辐射测路表温度部件、温湿度测量部件分别连接微控制器。通过辅助测量近路面大气温度T、湿度Hum分析环境参数，分析露点温度T0变化，判断结露条件；通过遥感式红外辐射测温原理测量路表温度Tr参数变化，判断分析路面结冰及积雪条件；通过综合多参数的测量，设计识别判断算法，分析判断路面干燥、潮湿、积水、结冰、积雪、冰水混合物等的路面气象状况；所有部件由微控制器控制和数据采集，微控制器内置多参数分析判断算法，通过计算分析多参数数据后将测量的数据通过RS232/485串口发送出去；所有部件安装在一个全天候、耐久的外壳中，可承受恶劣天气，在任何天气条件下能提供精准数据。

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为按照本发明的多参数分析遥感式路面气象状况检测仪的一优选实施例的结构示意图；

图2为按照本发明的多参数分析遥感式路面气象状况检测仪的一优选实施例的激光发射器组成结构示意图；

图3为按照本发明的多参数分析遥感式路面气象状况检测仪的一优选实施例的激光接收器组成结构示意图；

图4为按照本发明的多参数分析遥感式路面气象状况检测仪的一优选实施例的原理示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为了克服公路路面气象状况测量在现有技术中所存在的测量参数少、误差大，安装时需要封路，在路面上开安装槽，传感器长期受到车辆的碾压破坏，后期维护困难等，不适应目前交通安全需求的智能化仪器需求等问题，本发明实施例提出一种用于测量公路路面气象状况的多参数分析遥感式路面气象状况检测仪及采用多参数分析遥感式路面气象状况检测仪实现公路路面气象状况检测的检测方法，通过辅助测量近路面大气温度T、湿度Hum分析环境参数，分析露点温度T0变化，判断结露条件；通过遥感式红外辐射测温原理测量路表温度 Tr参数变化，判断分析路面结冰及积雪条件；通过综合多参数的测量，设计识别判断算法，分析判断路面干燥、潮湿、积水、结冰、积雪、冰水混合物等的路面气象状况；所有部件由微控制器控制和数据采集，微控制器内置多参数分析判断算法，通过计算分析多参数数据后将测量的数据通过RS232/485串口发送出去；所有部件安装在一个全天候、耐久的外壳中，可承受恶劣天气，在任何天气条件下能提供精准数据。

以下结合图1至4，说明本实施例所述检测仪的结构、技术特点及采用该检测仪进行公路路面气象状况检测的实现原理、实施过程。

本实施例所述多参数分析遥感式路面气象状况检测仪，设置于高速公路路面，测量公路路面气象状况，如图1所示，检测仪包括仪器外壳并内置多束激光光谱分析测量部件、红外辐射测路表温度部件、温湿度测量部件和微控制器；微控制器内置多参数分析判断算法模块；多束激光光谱分析测量部件、红外辐射测路表温度部件、温湿度测量部件分别连接微控制器，采集到的测量数据经微控制器计算分析后，通过与微控制器相连接的RS232/485串口通信模块发送出去，上位机(客户端)接收、存储、监测或进一步分析处理，实现道路天气环境实时监测和高速公路科学运营。

本实施例所述多参数分析遥感式路面气象状况检测仪，其多束激光光谱分析测量部件包括激光发射器和激光接收器，用于测量不同波长激光照射下路面表面光学反射系数的变化。

本实施例所述多参数分析遥感式路面气象状况检测仪，如图2所示，其激光发射器包括四个不同波长的半导体激光器，半导体激光器连接激光器控制电路与发射透镜。

本实施例所述多参数分析遥感式路面气象状况检测仪，如图3所示，其激光接收器包括光电接收器，光电接收器一端连接有接收透镜和滤光片I，另一端连接有信号放大电路和A/D 转换电路。

本实施例所述多参数分析遥感式路面气象状况检测仪，其红外辐射测路表温度部件包括红外温度传感器红外温度传感器连接有滤光片II，用于测量路表温度变化。

本实施例所述多参数分析遥感式路面气象状况检测仪，其红外辐射测路表温度部件还包括热电堆测量芯片，热电堆测量芯片连接红外温度传感器与微控制器。

本实施例所述多参数分析遥感式路面气象状况检测仪，其温湿度测量部件包括温度传感器和湿度传感器，用于辅助测量近路面大气温度、湿度。

本实施例所述多参数分析遥感式路面气象状况检测仪，其温度传感器采用铂电阻温度测量传感器。

本实施例所述多参数分析遥感式路面气象状况检测仪，其湿度传感器采用湿敏电容原理湿度传感器。

在具体实施中，多参数分析遥感式路面气象状况检测仪采用4束激光光谱分析技术，测量不同波长激光照射下其表面的光学反射系数的变化，从而分析反演出水、冰、冰水混合、雪的覆盖类型和覆盖物厚度信息等；采用辅助测量近路面大气温度、湿度，分析露点温度的变化，从而判断可能的发生的结露条件；采用遥感式红外辐射测温原理测量路表温度变化，从而判断路面结冰及积雪条件等；综合多参数的测量，通过识别判断算法，分析判断路面干燥、潮湿、积水、结冰、积雪、冰水混合物等的路面气象状况；其多束激光光谱分析测量部可由激光发射器、激光接收器组成，激光发射器是由四个不同波长的半导体激光器以及激光器控制电路和发射透镜组成；激光接收器由光电接收器和信号放大电路及A/D转换电路，以及接收透镜和滤光片组成；通过算法建立干燥路面以及不同的路面覆盖物水、冰水混合、冰、雪对应的光强信号特征模型，并通过算法模型分析出干燥、积水、冰水混合、结冰，积雪等路面气象状况。该检测仪采用的多参数分析判断算法，是由仪器采集的多波长激光反射光强信号，采集的近路面大气温度、湿度信号，采集的遥感式红外辐射路表温度变化信号，通过多参数分析判断算法，分析出干燥、积水、冰水混合、结冰，积雪等路面气象状况以及水冰雪覆盖物厚度等信息。

在具体实施中，如图4所示，采用多参数分析遥感式路面气象状况检测仪进行公路路面气象状况检测的过程包括以下步骤：

步骤一，采用4束激光光谱分析技术，测量路面覆盖物为水、冰、冰水混合、雪的状态下，在不同波长激光照射下其表面的光学反射系数的变化，分析反演出水、冰、冰水混合、雪的覆盖类型，并通过4路激光反射强度变化与覆盖厚度有关系，反演出覆盖物厚度信息；同时，由于激光光谱受环境光线影响，尤其受阳光强反射会产生数据误判，并且特殊天气情况也可能产生数据误判，采用辅助测量近路面大气温度T、湿度Hum分析环境参数，并分析露点温度T0变化，判断可能的发生的结露条件；采用遥感式红外辐射测温原理测量路表温度Tr参数变化，判断分析路面结冰及积雪条件；综合以上多参数的测量，设计识别判断算法，分析判断路面干燥、潮湿、积水、结冰、积雪、冰水混合物的路面气象状况；检测仪设置多束激光光谱分析部件、温湿度测量部件、红外辐射测路表温度部件，所有部件由微控制器控制和数据采集，微控制器内置多参数分析判断算法，通过计算分析多参数数据后将测量的数据通过RS232或RS485串口发送出去；所有部件安装在一个全天候、耐久的仪器外壳中，以保证承受恶劣天气，使得检测仪在任何天气条件下能提供精准数据；

步骤二，多束激光光谱分析测量部件由激光发射器、激光接收器组成，其中激光发射器是由四个不同波长的半导体激光器Laser1、Laser2、Laser3、Laser4，以及激光器控制电路和发射透镜组成；激光接收器由光电接收器和信号放大电路及A/D转换电路，以及接收透镜和滤光片组成；

步骤三，温湿度测量部件由铂电阻温度测量传感器和湿敏电容原理湿度传感器组成；

步骤四，红外辐射测路表温度部件采用热电堆测量芯片，具有高精度的非接触温度测量，适应遥感式测量要求；

步骤五，通过反射系数的变化分析反演出水、冰、冰水混合、雪的覆盖类型方法，首先选取半导体激光器Laser1、Laser2、Laser3、Laser4的红外光波长分别为

λ₁＜λ₂＜λ₃＜λ₄，

激光波长选择范围为

1000nm＜λ＜2000nm，

当路面为干燥时，接收到的四路不同波长光强信号为dp₁、dp₂、dp₃、dp₄，当路面有其他覆盖物时，覆盖物的不同，反射回的光信号强度也不同，通过建立红外光谱分析，即可初步计算出路面的覆盖物类型；

通过4路激光测量返回光强信号，建立干燥路面以及不同的路面覆盖物水、冰水混合、冰、雪对应以下光强信号特征：

设正数0＜a＜b＜c＜d；

为积水状况阈值；

为冰水混合状况阈值；

为冰状况阈值；

为雪状况阈值；

检测仪在路面为干燥时，测量四路不同波长的光强信号，记录并存储在控制器内，通过计算会求得y_dry，y_dry作为一个定值被存储，当检测仪测量路面状况，路面状况发生变化时， y_j光强信号也会随之发生变化；

当满足

时，判定路面状态为积水，当满足

时，判定路面状态为冰水混合物，当满足

时，判定路面状态为冰，当满足

时，判定路面状态为雪；

步骤六，4路激光漫反射系数与覆盖厚度有关系，从而反演出覆盖物厚度信息；具体方法包括：

红外光照射路面上会发生反射、折射、散射一系列现象，根据Kubleka-Munk理论，入射光强与接收光强存在下列关系：

其中，I₁表示接收到的光信号强度，I₀表示发射的光信号强度，ρ表示漫反射程度，D²表示接收光强度与测量表面的距离，针对实际路面测试要求，该公式可转化为：

式中，dp_n表示接收到的光信号强度，n＝(1,2,3,4)，即不同波长的入射光时，接受到的光信号强度；I_t表示发射的光信号强度，t＝(λ₁,λ₂,λ₃,λ₄)，即不同波长的入射光时，发射的光信号强度；m表示光反射系数；ρ(x)表示漫反射系数，是一个递增或者递减函数，与覆盖物类型有关；D²表示接收器与测量介质表面的距离；

当步骤6已经测得路面覆盖物为水时，根据公式可知，发射光强和接收光强已经由控制器采集得到，测量距离和光吸收系数为常量，即

此时可求得对应的覆盖物厚度。

以上所述仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非是对本发明的范围进行限定；以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围；在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的任何修改、等同替换、改进等，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种多参数分析遥感式路面气象状况检测仪，用于测量公路路面气象状况，其特征在于，所述检测仪包括仪器外壳并内置多束激光光谱分析测量部件、红外辐射测路表温度部件、温湿度测量部件和微控制器；所述微控制器内置多参数分析判断算法模块；所述多束激光光谱分析测量部件、红外辐射测路表温度部件、温湿度测量部件分别连接微控制器，采集到的测量数据经微控制器计算分析后，通过与微控制器相连接的RS232/485串口通信模块发送出去。

2.如权利要求1所述的多参数分析遥感式路面气象状况检测仪，其特征在于，所述多束激光光谱分析测量部件包括激光发射器和激光接收器，用于测量不同波长激光照射下路面表面光学反射系数的变化。

3.如权利要求2所述的多参数分析遥感式路面气象状况检测仪，其特征在于，所述激光发射器包括四个不同波长的半导体激光器，所述半导体激光器连接激光器控制电路与发射透镜。

4.如权利要求2所述的多参数分析遥感式路面气象状况检测仪，其特征在于，所述激光接收器包括光电接收器，所述光电接收器一端连接有接收透镜和滤光片I，另一端连接有信号放大电路和A/D转换电路。

5.如权利要求1所述的多参数分析遥感式路面气象状况检测仪，其特征在于，所述红外辐射测路表温度部件包括红外温度传感器，所述红外温度传感器连接有滤光片II，用于测量路表温度变化。

6.如权利要求5所述的多参数分析遥感式路面气象状况检测仪，其特征在于，所述红外辐射测路表温度部件还包括热电堆测量芯片，热电堆测量芯片连接红外温度传感器与微控制器。

7.如权利要求1所述的多参数分析遥感式路面气象状况检测仪，其特征在于，所述温湿度测量部件包括温度传感器和湿度传感器，用于辅助测量近路面大气温度、湿度。

8.如权利要求7所述的多参数分析遥感式路面气象状况检测仪，其特征在于，所述温度传感器采用铂电阻温度测量传感器。

9.如权利要求7所述的多参数分析遥感式路面气象状况检测仪，其特征在于，所述湿度传感器采用湿敏电容原理湿度传感器。

10.一种多参数分析遥感式路面气象状况检测方法，采用如权利要求1至9任一项所述的多参数分析遥感式路面气象状况检测仪，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一，采用4束激光光谱分析技术，测量路面覆盖物为水、冰、冰水混合、雪的状态下，在不同波长激光照射下其表面的光学反射系数的变化，分析反演出水、冰、冰水混合、雪的覆盖类型，并通过4路激光反射强度变化与覆盖厚度有关系，反演出覆盖物厚度信息；同时，由于激光光谱受环境光线影响，尤其受阳光强反射会产生数据误判，特殊天气情况也可能产生数据误判，采用辅助测量近路面大气温度T、湿度Hum分析环境参数，并分析露点温度T0变化，判断可能的发生的结露条件；采用遥感式红外辐射测温原理测量路表温度Tr参数变化，判断分析路面结冰及积雪条件；综合以上多参数的测量，设计识别判断算法，分析判断路面干燥、潮湿、积水、结冰、积雪、冰水混合物的路面气象状况；检测仪设置多束激光光谱分析部件、温湿度测量部件、红外辐射测路表温度部件，所有部件由微控制器控制和数据采集，微控制器内置多参数分析判断算法，通过计算分析多参数数据后将测量的数据通过RS232/485串口发送出去；所有部件安装在一个全天候、耐久的仪器外壳中，以保证承受恶劣天气，使得检测仪在任何天气条件下能提供精准数据；

步骤二，多束激光光谱分析测量部件由激光发射器、激光接收器组成，其中激光发射器是由四个不同波长的半导体激光器Laser1、Laser2、Laser3、Laser4，以及激光器控制电路和发射透镜组成；激光接收器由光电接收器和信号放大电路及A/D转换电路，以及接收透镜和滤光片组成；

步骤三，温湿度测量部件由铂电阻温度测量传感器和湿敏电容原理湿度传感器组成；

步骤四，红外辐射测路表温度部件采用热电堆测量芯片，具有高精度的非接触温度测量，适应遥感式测量要求；

步骤五，通过反射系数的变化分析反演出水、冰、冰水混合、雪的覆盖类型方法，首先选取半导体激光器Laser1、Laser2、Laser3、Laser4的红外光波长分别为

λ₁＜λ₂＜λ₃＜λ₄

激光波长选择范围为

1000nm＜λ＜2000nm

当路面为干燥时，接收到的四路不同波长光强信号为dp₁、dp₂、dp₃、dp₄，当路面有其他覆盖物时，覆盖物的不同，反射回的光信号强度也不同，通过建立红外光谱分析，即可初步计算出路面的覆盖物类型；

通过4路激光测量返回光强信号，建立干燥路面以及不同的路面覆盖物水、冰水混合、冰、雪对应以下光强信号特征：

设正数0＜a＜b＜c＜d；

为积水状况阈值；

为冰水混合状况阈值；

为冰状况阈值；

为雪状况阈值；

检测仪在路面为干燥时，测量四路不同波长的光强信号，记录并存储在控制器内，通过计算会求得y_dry，y_dry作为一个定值被存储，当检测仪测量路面状况，路面状况发生变化时，y_j光强信号也会随之发生变化；

当满足

时，判定路面状态为积水，当满足

时，判定路面状态为冰水混合物，当满足

时，判定路面状态为冰，当满足

时，判定路面状态为雪；

步骤六，4路激光漫反射系数与覆盖厚度有关系，从而反演出覆盖物厚度信息；具体方法包括：红外光照射路面上会发生反射、折射、散射一系列现象，根据Kubleka-Munk理论，入射光强与接收光强存在下列关系：

其中，I₁表示接收到的光信号强度，I₀表示发射的光信号强度，ρ表示漫反射程度，D²表示接收光强度与测量表面的距离，针对实际路面测试要求，该公式可转化为：

式中，dp_n表示接收到的光信号强度，n＝(1,2,3,4)，即不同波长的入射光时，接受到的光信号强度；I_t表示发射的光信号强度，t＝(λ₁,λ₂,λ₃,λ₄)，即不同波长的入射光时，发射的光信号强度；m表示光反射系数；ρ(x)表示漫反射系数，是一个递增或者递减函数，与覆盖物类型有关；D²表示接收器与测量介质表面的距离；

当步骤6已经测得路面覆盖物为水时，根据公式可知，发射光强和接收光强已经由控制器采集得到，测量距离和光吸收系数为常量，即

此时可求得对应的覆盖物厚度。

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