專利名稱：一種用于檢測(cè)高速公路路面結(jié)冰的裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于檢測(cè)高速公路路面結(jié)冰的裝置及方法，特別是對(duì)高速公路路 面是否結(jié)冰進(jìn)行判斷并預(yù)警，屬于自動(dòng)檢測(cè)裝置及方法技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
冬天公路地面結(jié)冰會(huì)經(jīng)常發(fā)生嚴(yán)重交通事故。如2008年的南方雪災(zāi)給國(guó)家和人 民的生命財(cái)產(chǎn)安全造成了重大損失，現(xiàn)在判斷高速公路的路面是否結(jié)冰仍然依靠人的視覺 去判斷，由于地面結(jié)冰情況隨時(shí)間、位置不同，消冰狀況存在很大差異，車輪經(jīng)過的地方首 先消冰、兩車道間隔的中間路面最后消冰，高架和橋梁特別難消冰，中間路面消冰時(shí)產(chǎn)生的 冰水仍會(huì)到車輪經(jīng)過的地方，因此依靠視覺確定行駛速度只能在明顯的結(jié)冰狀態(tài)下引起注 意，而發(fā)生的上述暗冰和局部冰層仍會(huì)導(dǎo)致意想不到的事故發(fā)生。中國(guó)專利公開了幾種路面結(jié)冰檢測(cè)的方法，其中一種是《路面結(jié)冰點(diǎn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和 方法》，其申請(qǐng)?zhí)柺?2827284. 6，該專利通過“采用主動(dòng)式冷卻器、溫度傳感器、采樣井構(gòu)成。 并根據(jù)采樣井中液體的溫度跟傳導(dǎo)性的變化來判斷液體的結(jié)冰點(diǎn)?！痹摲椒ㄖ饕ㄟ^判斷 路面的溫度和傳導(dǎo)性兩個(gè)條件來決定是否結(jié)冰，仍存在一定的誤判。另外一種是《路面結(jié)冰 檢測(cè)傳感器及其設(shè)備方法、和路面結(jié)冰檢測(cè)方法》，其申請(qǐng)?zhí)柺?00510055117. 0，該專利通 過“具有接觸路面的感溫部、和從該感溫部豎立設(shè)置的鰭部，呈T字形，由熱傳導(dǎo)性高的金 屬構(gòu)成；光纖，具有光反射峰值波長(zhǎng)隨變形而變化的光纖布拉格光柵(FBG)，并將該FBG粘 接在上述感溫部件的鰭部上面；殼體，具有包圍上述感溫部件的鰭部和光纖的隔熱部件。用 光纜對(duì)在路面上設(shè)置規(guī)定數(shù)量的各路面結(jié)冰檢測(cè)傳感器間進(jìn)行連接，從光纜的一端射入脈 沖光，接收從各路面結(jié)冰檢測(cè)傳感器來的反射波長(zhǎng)，來測(cè)量路面溫度?！痹摲椒ㄖ饕ㄟ^判 斷路面的溫度和光反射兩個(gè)條件來決定是否結(jié)冰，雖然光學(xué)判斷法誤判率低，在飛機(jī)機(jī)翼 結(jié)冰檢測(cè)中獲得廣泛應(yīng)用，但在路面這種特殊條件下使用，污水和塵土等贓物將嚴(yán)重干擾 其光學(xué)器件的工作，誤檢測(cè)率升高，實(shí)際推廣應(yīng)用受限。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的本發(fā)明的目的是提供一種用于檢測(cè)高速公路路面結(jié)冰的裝置及方法，以便及時(shí)的 給交出道路路面的結(jié)冰情況。技術(shù)方案本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的采用如下技術(shù)方案一種用于檢測(cè)高速公路路面結(jié)冰的裝置，包括與路面相配合的目標(biāo)體，目標(biāo)體包 括路面阻值檢測(cè)電路、振動(dòng)檢測(cè)電路、溫度檢測(cè)電路、微控制器和通信電路；其中路面阻值 檢測(cè)電路、振動(dòng)檢測(cè)電路和溫度檢測(cè)電路的信號(hào)輸出端分別與微控制器連接，微控制器與 通信電路相連接。進(jìn)一步地，上述用于檢測(cè)高速公路路面結(jié)冰的裝置的路面阻值檢測(cè)電路中包括路面電導(dǎo)率探頭。進(jìn)一步地，上述用于檢測(cè)高速公路路面結(jié)冰的裝置的振動(dòng)檢測(cè)電路中包括振動(dòng)傳 感元件。進(jìn)一步地，上述用于檢測(cè)高速公路路面結(jié)冰的裝置的溫度檢測(cè)電路中包括溫度傳 感元件，所述溫度傳感元件采用鉬電阻。一種基于上述用于檢測(cè)高速公路路面結(jié)冰的裝置的檢測(cè)方法，包括如下步驟步驟A，在微控制器里分別設(shè)置路面阻值檢測(cè)、振動(dòng)檢測(cè)和溫度檢測(cè)的判斷閾值；步驟B，采用振動(dòng)檢測(cè)電路的振動(dòng)傳感元件采集高速公路路面的振動(dòng)數(shù)據(jù)信息； 采用路面阻值檢測(cè)電路的路面電導(dǎo)率探頭采集檢測(cè)路面的阻值數(shù)據(jù)信息；步驟C，將步驟B采集到的路面振動(dòng)數(shù)據(jù)信息、路面阻值數(shù)據(jù)信息發(fā)送至微控制 器，微控制器分別判斷所述路面振動(dòng)數(shù)據(jù)信息、路面阻值數(shù)據(jù)信息是否超過步驟A設(shè)置的 閾值，當(dāng)判斷結(jié)果均超過步驟A設(shè)置的閾值，進(jìn)入下一步；否則返回步驟B繼續(xù)執(zhí)行操作；步驟D，采用溫度檢測(cè)電路的溫度傳感元件采集路面的溫度值數(shù)據(jù)，將溫度值數(shù)據(jù) 發(fā)送至微控制器，微控制器判斷所述溫度值數(shù)據(jù)是否為零度以下，當(dāng)溫度值數(shù)據(jù)為零度以 下，通過通信電路給出結(jié)冰信號(hào)；當(dāng)溫度值信息為零度以上時(shí)，返回B步驟。有益效果由于路面結(jié)冰情況很復(fù)雜不易判斷，本發(fā)明根據(jù)振動(dòng)體的振動(dòng)信號(hào)、路面電導(dǎo)率， 并結(jié)合溫度檢測(cè)的附加條件和多目標(biāo)同時(shí)檢測(cè)來綜合給出路面結(jié)冰情況，可以防止誤檢 測(cè)。特別需要提及的是，通過多點(diǎn)檢測(cè)，只有多個(gè)檢測(cè)點(diǎn)給出路面結(jié)冰信號(hào)時(shí)，才有路面結(jié) 冰提示信息給出，可以及時(shí)發(fā)出結(jié)冰預(yù)警信號(hào)。


圖1是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的安裝實(shí)例結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是圖1實(shí)施例的檢測(cè)控制電路框圖。
圖3是圖2中路面阻值檢測(cè)電路的電路圖.圖4是圖2中振動(dòng)檢測(cè)電路的電路圖。圖5是圖2中溫度檢測(cè)電路的電路圖。圖6是圖2中微處理器的電路圖。圖7是圖1實(shí)施例中多個(gè)獨(dú)立配合目的布置示意圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例一下面結(jié)合附圖對(duì)技術(shù)方案的實(shí)施例作進(jìn)一步的詳細(xì)描述如圖1所示，包括與路面1為一體的目標(biāo)體2，振動(dòng)傳感元件3、路面電導(dǎo)率探頭4 和溫度傳感元件6與檢測(cè)控制電路5相連。振動(dòng)傳感元件3本實(shí)施例中選用全向微型振動(dòng) 傳感器。路面電導(dǎo)率探頭4選用耐壓防水材料。溫度傳感元件6選用鉬電阻。檢測(cè)控制電路的具體組成如圖2所示，主要由路面阻值檢測(cè)電路、振動(dòng)檢測(cè)電路、 溫度檢測(cè)電路、微控制器和通信電路構(gòu)成。路面阻值檢測(cè)電路具體組成如圖3所示，主要由電阻R1、輸入端子JPl和高輸入阻抗運(yùn)放Al組成。輸入端子JPl直接與路面電導(dǎo)率探頭(即圖1中的件4)相連，運(yùn)放Al輸 出的信號(hào)Sl直接送微控制器，作為路面阻值信息。 溫度檢測(cè)電路具體組成如圖4所示，主要由電阻R2、輸入端子JP2和電阻R3組成。 輸入端子JP2直接與鉬電阻(即圖1中的件6)相連，電阻R3輸出的信號(hào)S2直接送到微處 理器，作為溫度信息。振動(dòng)檢測(cè)電路具體組成如圖5所示，主要由電阻R4、輸入端子JP3和高輸入阻抗運(yùn) 放A2組成。輸入端子JP3直接與振動(dòng)傳感元件(即圖1中的件3)相連，運(yùn)放A2輸出的信 號(hào)S3直接送微控制器，作為路面振動(dòng)信息。作為檢測(cè)控制電路5的核心的微控制器如圖6所示，由單片機(jī)ICl構(gòu)成。本實(shí)施 例中選用CC2430，當(dāng)然可以選用類似功能的任何一款單片機(jī)，路面阻值檢測(cè)電路輸出的Sl 信號(hào)線、溫度檢測(cè)電路輸出的S2信號(hào)線和振動(dòng)檢測(cè)電路輸出的S3信號(hào)線分別接至作為信 號(hào)輸入端的單片機(jī)ICl內(nèi)部AD轉(zhuǎn)換的3個(gè)獨(dú)立I/O輸入口。單片機(jī)ICl每隔一個(gè)階段的 時(shí)間啟動(dòng)各傳感器檢測(cè)路面結(jié)冰情況，當(dāng)路面有積水但還沒有結(jié)冰時(shí)，路面的電阻值比較 小，在1ΜΩ以下；當(dāng)路面有結(jié)冰時(shí)，路面的電阻值急劇上升，通常在數(shù)ΜΩ到數(shù)百ΜΩ之間 變化。所以，由于道路交通狀況比較復(fù)雜，比如泥土、沙石以及各種地面的污染混合物等影 響因素，路面阻值檢測(cè)的閾值隨路面狀況不同而不一樣，狀況越差，設(shè)置的閾值通常要略大 一些，閾值設(shè)置在50ΜΩ至100ΜΩ之間，道路狀況稍好的情況下，設(shè)置的閾值則要小一些， 閾值設(shè)置在5ΜΩ至50ΜΩ之間，本發(fā)明在通常在道路狀況良好的情況下，設(shè)定路面電阻的 閾值為IOM Ω。當(dāng)無結(jié)冰時(shí)，振動(dòng)檢測(cè)電路輸出振幅比較高，如供電電壓在3ν時(shí)，S3信號(hào)電壓幅 值達(dá)到1.5ν以上；當(dāng)有結(jié)冰時(shí)，振動(dòng)檢測(cè)電路輸出的振幅呈現(xiàn)出急劇的下降，S3信號(hào)電壓 幅值將低于150mv以下。所以，振動(dòng)檢測(cè)的閾值與供電電壓的大小有關(guān)，當(dāng)供電電壓在3V 時(shí)，閾值設(shè)定在150mv左右；當(dāng)供電電壓在5V時(shí)，閾值設(shè)定為250mv左右。當(dāng)溫度在零度以下時(shí)才可能結(jié)冰時(shí)，溫度在零度以上不會(huì)結(jié)冰。設(shè)定路面電阻的 閾值為10ΜΩ，振動(dòng)信號(hào)的閾值150mv，只有在路面電阻值大于10ΜΩ、振動(dòng)信號(hào)S3幅度低于 150mv和溫度低于零度三個(gè)條件同時(shí)滿足時(shí)，單片機(jī)ICl才向通信電路給出結(jié)冰信息。否 則，給出沒有結(jié)冰信息。如圖7所示，它給出4個(gè)目標(biāo)體2分別固定在路面不同部位的示意圖，對(duì)4個(gè)目標(biāo) 體2給出的結(jié)冰信號(hào)進(jìn)行處理，3個(gè)以上目標(biāo)體2給出結(jié)冰信息，才判定結(jié)冰，否則判定沒有結(jié)冰。除上述實(shí)施例外，本發(fā)明還可以有其他實(shí)施方式。凡本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員 在不脫離本發(fā)明原理的前提下，通過改進(jìn)和潤(rùn)飾所形成的等同替換或等效變換，均落在本 發(fā)明要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
一種用于檢測(cè)高速公路路面結(jié)冰的裝置，包括與路面(1)相配合的目標(biāo)體(2)；其特征在于所述目標(biāo)體(2)包括路面阻值檢測(cè)電路、振動(dòng)檢測(cè)電路、溫度檢測(cè)電路、微控制器和通信電路；其中路面阻值檢測(cè)電路、振動(dòng)檢測(cè)電路和溫度檢測(cè)電路的信號(hào)輸出端分別與微控制器連接，微控制器與通信電路相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于檢測(cè)高速公路路面結(jié)冰的裝置，其特征在于所述微控 制器由單片機(jī)構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于檢測(cè)高速公路路面結(jié)冰的裝置，其特征在于所述路面 阻值檢測(cè)電路中包括路面電導(dǎo)率探頭(4)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于檢測(cè)高速公路路面結(jié)冰的裝置，其特征在于所述振動(dòng) 檢測(cè)電路中包括振動(dòng)傳感元件(3)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于檢測(cè)高速公路路面結(jié)冰的裝置，其特征在于所述溫度 檢測(cè)電路中包括溫度傳感元件，所述溫度傳感器采用鉬電阻(6)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于檢測(cè)高速公路路面結(jié)冰的裝置，其特征在于所述通信 電路采用無線或有線通信控制。
7.一種基于權(quán)利要求1至6任意所述的用于檢測(cè)高速公路路面結(jié)冰的裝置的檢測(cè)方 法，其特征在于，包括如下步驟步驟A，在微控制器里分別設(shè)置路面阻值檢測(cè)、振動(dòng)檢測(cè)和溫度檢測(cè)的判斷閾值；步驟B，采用振動(dòng)檢測(cè)電路的振動(dòng)傳感元件(3)采集高速公路路面的振動(dòng)數(shù)據(jù)信息；采 用路面阻值檢測(cè)電路的路面電導(dǎo)率探頭(4)采集檢測(cè)路面的阻值數(shù)據(jù)信息；步驟C，將步驟B采集到的路面振動(dòng)數(shù)據(jù)信息、路面阻值數(shù)據(jù)信息發(fā)送至微控制器，微 控制器分別判斷所述路面振動(dòng)數(shù)據(jù)信息、路面阻值數(shù)據(jù)信息是否超過步驟A設(shè)置的閾值， 當(dāng)判斷結(jié)果均超過步驟A設(shè)置的閾值，進(jìn)入下一步；否則返回步驟B繼續(xù)執(zhí)行操作；步驟D，采用溫度檢測(cè)電路的溫度傳感元件采集路面的溫度值數(shù)據(jù)，將溫度值數(shù)據(jù)發(fā)送 至微控制器，微控制器判斷所述溫度值數(shù)據(jù)是否為零度以下，當(dāng)溫度值數(shù)據(jù)為零度以下，通 過通信電路給出結(jié)冰信號(hào)；當(dāng)溫度值信息為零度以上時(shí)，返回B步驟。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于檢測(cè)高速公路路面結(jié)冰的裝置及方法，尤其是對(duì)高速公路路面是否結(jié)冰進(jìn)行判斷并預(yù)警，屬于自動(dòng)檢測(cè)裝置及方法技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明的裝置包括與路面(1)相配合的目標(biāo)體(2)；其中目標(biāo)體(2)由路面阻值檢測(cè)電路、振動(dòng)檢測(cè)電路、溫度檢測(cè)電路、微控制器和通信電路構(gòu)成。本發(fā)明的方法當(dāng)檢測(cè)到的高速公路路面振動(dòng)的信號(hào)、路面電導(dǎo)率達(dá)到閾值時(shí)，還需要進(jìn)一步判斷溫度傳感器是否給出零攝氏度以下的溫度，才會(huì)給出結(jié)冰信號(hào)；本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是根據(jù)振動(dòng)體的振動(dòng)信號(hào)、路面電導(dǎo)率，并結(jié)合溫度檢測(cè)的附加條件和多目標(biāo)同時(shí)檢測(cè)來綜合給出路面結(jié)冰情況，可以防止誤檢測(cè)。
文檔編號(hào)G01H11/06GK101915606SQ20101023764
公開日2010年12月15日 申請(qǐng)日期2010年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月27日
發(fā)明者馮金龍, 呂富勇, 唐慧強(qiáng) 申請(qǐng)人:南京信息工程大學(xué)