[发明专利]一种精准测量路面水膜厚度的激光检测算法

说明书

本发明涉及一种道路路面气象监测技术，具体涉及一种精准测量路面水膜厚度的激光检测算法，包括并排放置的光源与探测器，光强为I₀的光束以θ角照射积水路面，光束进入水面后的折射角为δ，光电探测器接收θ方向的路面漫反射光强为I₁，水膜表面的漫反射光强为i，进入水膜后的入射光强为I₀′＝I₀‑i，水膜中的传播距离l，水膜吸收系数K；探测距离衰减因子为R_L、水面漫反射衰减因子为R_θ、路面漫反射衰减因子为R_δ，干燥路面和待测路面的探测光强分别为I_dry和I，水膜厚度为采用本发明方案的算法，能精准测量路面水膜厚度，便于后续对道路路面气象情况进行准确的判断。

技术领域

本发明涉及一种道路路面气象监测技术，具体涉及一种精准测量路面水膜厚度的激光检测算法。

背景技术

高速公路具有车速高、通行能力大的特点，在社会经济发展中可降低运输成本，提高运输效率，还可以带动周边经济发展，因此高速公路具有极高得经济效益。我国高速公路发展截至2018年底，总里程突破14万公里，位居世界第一。据统计，我国在公路运输、水运运输、铁路运输、民用空运、管道运输几大类型的运输中，公路运输占到了78.8％，水路运输运占10.94％，铁路运输占8.81％，民航空运占1.44％，管道运输占0.01％，可见我国运输主要集中在公路运输，其中高速路为公路运输的主要途径。

在高速公路带来巨大的经济效益时，由于高封闭性、高车速所带来的交通事故也一直高居不下。这些交通事故带来大量人员伤亡以及巨大的财产损失，研究发现路面气象环境对交通有着极大的关联，当高速公路路面出现冰雪，事故率急剧上升，直接威胁着出行人员的人身财产安全，同时也直接影响着交通运输效率。这是由于高速路上平均车速高达80km/h，在冰雪天气下，路面结冰会大大降低汽车轮胎与路面的摩擦，导致汽车制动距离延长以及转向打滑等，加上雪天能见度降低，从而使得交通事故发生率急剧增加。根据英国的气候条件与交通事故资料统计，降雪时高速公路事故发生率是干燥路面的5倍，结冰时事故发生率是干燥路面的8倍。

为了减少冰雪天气造成的交通事故损失，国内外都在加强对道路路面气象情况的监测，除了人工巡检外，也有部分采用更为先进的路面气象传感技术，目前市面上已有的路面气象传感器主要分为接触时与非接触式两种，接触传感式发展比较成熟，如电导率法、多普勒雷达法、电容法等，但此类传感器采取埋入式安装方式，不仅能够检测的区域比较小，还需要破坏路基，部署灵活性较差，而且对水膜厚度的检测量程一般小于5mm，尚未达到引用NASA模型计算滑水速度所要求的7.62mm量程；非接触式传感器主要利用路面反射的红外光谱特征进行气象检测，具备不破坏路面的特点，但多波长红外激光成像技术其无法得知路面水膜厚度，同时短波红外成像设备的成本相对较高，难以得到广泛应用；而采用单波长红外激光的非接触式气象传感器，虽然能够对干燥、积水、结冰状态进行判断，设备成本低，但对积水和结冰状态的分辨需要依赖外部温度检测装置，使得仪器结构非常复杂。因此急需要一种技术，并能对路面水膜厚度进行准确测量计算。

发明内容

本发明的目的在于提供一种激光检测算法，以精准测量路面水膜厚度，便于后续对道路路面气象情况进行准确的判断。

为解决上述问题，本发明提供一种精准测量路面水膜厚度的激光检测算法，包括并排放置的激光光源与光电探测器，光强为I₀的光束以θ角照射积水路面，光束进入水面后的折射角为δ，光电探测器接收θ方向的路面漫反射光强为I₁，水膜表面的漫反射光强为i，进入水膜后的入射光强为I₀′＝I₀-i，水膜中的传播距离l，水膜吸收系数K；探测距离衰减因子为R_L、水面漫反射衰减因子为R_θ、路面漫反射衰减因子为R_δ，干燥路面和待测路面的探测光强分别为I_dry和I，水膜厚度为