本發(fā)明涉及道路安全領(lǐng)域，具體涉及一種道路結(jié)冰安全預(yù)警裝置及預(yù)警方法。

背景技術(shù)：

迄今為止，各國(guó)還沒(méi)有一個(gè)比較可靠的裝置來(lái)高效準(zhǔn)確地進(jìn)行道路結(jié)冰安全預(yù)警。目前大部分地區(qū)都是通過(guò)人工到路面上觀察道路是否結(jié)冰，而后做出安全預(yù)警。這種做法雖然直觀有效，但是對(duì)于龐大的公路網(wǎng)來(lái)說(shuō)，人工預(yù)警費(fèi)時(shí)費(fèi)力，還有一些交通部門監(jiān)管不嚴(yán)的地區(qū)，往往是等到交通事故發(fā)生之后才意識(shí)到問(wèn)題的嚴(yán)重性。因此，路面結(jié)冰實(shí)時(shí)監(jiān)控并準(zhǔn)確預(yù)警已經(jīng)成為保障生命財(cái)產(chǎn)安全、避免交通堵塞的迫切需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是，針對(duì)現(xiàn)有道路安全預(yù)警存在的上述不足，提供一種道路結(jié)冰安全預(yù)警裝置及預(yù)警方法，能夠?qū)崿F(xiàn)路面結(jié)冰自動(dòng)監(jiān)測(cè)和及時(shí)預(yù)警。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：

一種道路結(jié)冰安全預(yù)警裝置，包括監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和預(yù)警系統(tǒng)；

所述監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要包括結(jié)冰傳感器、百葉箱、風(fēng)速風(fēng)向儀和控制箱，其中，結(jié)冰傳感器用來(lái)測(cè)試結(jié)冰速率和結(jié)冰厚度，百葉箱主要用于監(jiān)測(cè)大氣壓力、空氣濕度和環(huán)境溫度，風(fēng)速風(fēng)向儀主要用于測(cè)定風(fēng)速和風(fēng)向；控制箱包括一個(gè)led顯示屏和結(jié)冰傳感器、百葉箱、風(fēng)速風(fēng)向儀的接線柱和數(shù)據(jù)接收端口，結(jié)冰傳感器、百葉箱、風(fēng)速風(fēng)向儀與控制箱的數(shù)據(jù)接收端口相連，led顯示屏用于顯示出風(fēng)速、風(fēng)向、空氣濕度、環(huán)境溫度、大氣壓力、結(jié)冰速率和結(jié)冰厚度的具體數(shù)值；

所述預(yù)警系統(tǒng)用于將路面結(jié)冰情況實(shí)時(shí)反饋到道路管理部門，或者通過(guò)路邊警示信息實(shí)時(shí)預(yù)警，主要包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、無(wú)線模塊和預(yù)警終端，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)置在控制箱內(nèi)，與控制箱的數(shù)據(jù)接收端口相連，用來(lái)采集結(jié)冰傳感器、百葉箱、風(fēng)速風(fēng)向儀測(cè)得的數(shù)據(jù)；無(wú)線模塊連接數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和預(yù)警終端；預(yù)警終端用來(lái)發(fā)布結(jié)冰預(yù)警的相關(guān)信息。

按上述方案，所述結(jié)冰傳感器采用電磁諧振原理(結(jié)冰傳感器為監(jiān)測(cè)設(shè)備的核心，屬于機(jī)械式傳感器)，包括由電磁振動(dòng)線圈和解算器的交流放大器組成一個(gè)閉環(huán)振蕩系統(tǒng)，閉環(huán)振蕩系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定工作時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)固定頻率的輸出信號(hào)，在路面結(jié)冰條件下，結(jié)冰傳感器的頻率隨著冰層厚度的增加而上升，此頻率信號(hào)被采集器采集，然后放大、采樣后經(jīng)過(guò)控制器進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理及標(biāo)度變換得到結(jié)冰厚度和結(jié)冰速率，結(jié)冰厚度和結(jié)冰速率通過(guò)rs485或rs232的數(shù)字量形式輸出，再通過(guò)以太網(wǎng)將路面結(jié)冰情況及時(shí)反饋到道路管理部門。

按上述方案，所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括采集器及控制器，無(wú)線模塊采用以太網(wǎng)，預(yù)警終端包括公路部門及氣象部門。

按上述方案，還包括輔助設(shè)備，所述輔助設(shè)備包括太陽(yáng)能面板、固定支架和避雷針，控制箱、百葉箱、太陽(yáng)能面板、風(fēng)速風(fēng)向儀和避雷針均安裝在固定支架上，太陽(yáng)能面板用于輔助供電(主要供電源為220v外接電源或蓄電池)。

本發(fā)明還提供了一種上述道路結(jié)冰安全預(yù)警裝置的預(yù)警方法，包括如下步驟：

第一步，冰厚標(biāo)定試驗(yàn)：通過(guò)冰厚標(biāo)定試驗(yàn)對(duì)結(jié)冰傳感器進(jìn)行標(biāo)定，將結(jié)冰傳感器固定在高低溫環(huán)境箱中，采用人工噴水的方式模擬降雨，使結(jié)冰傳感器探頭表面結(jié)冰，然后通過(guò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集試驗(yàn)數(shù)據(jù)，采用回歸分析的數(shù)學(xué)方法分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)，模擬得出結(jié)冰厚度、結(jié)冰速率與環(huán)境溫度之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系；

第二步，室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)：在溫度分別為-5℃、-10℃、-20℃的條件下進(jìn)行室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)，得到不同溫度下結(jié)冰厚度隨時(shí)間變化的關(guān)系曲線，驗(yàn)證結(jié)冰傳感器靈敏度和可靠性，滿足道路結(jié)冰安全預(yù)警裝置關(guān)于監(jiān)測(cè)結(jié)冰厚度的要求；

第三步，野外試驗(yàn)：將結(jié)冰傳感器和百葉箱、風(fēng)速風(fēng)向儀、控制箱以及預(yù)警系統(tǒng)組裝成一套道路結(jié)冰安全預(yù)警裝置，安裝在路面上實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)大氣壓力、空氣濕度、環(huán)境溫度、風(fēng)速、風(fēng)向以及路面結(jié)冰厚度和結(jié)冰速率，野外試驗(yàn)用于確定道路結(jié)冰安全預(yù)警裝置能否可靠進(jìn)行多參數(shù)的采集并對(duì)路面結(jié)冰情況(包括結(jié)冰厚度和結(jié)冰速率)進(jìn)行及時(shí)安全預(yù)警，當(dāng)路面開(kāi)始結(jié)冰后，由預(yù)警終端收到結(jié)冰傳感器和百葉箱、風(fēng)速風(fēng)向儀采集的大氣壓力、空氣濕度、環(huán)境溫度、風(fēng)速、風(fēng)向以及路面結(jié)冰厚度和結(jié)冰速率后及時(shí)發(fā)布信息進(jìn)行預(yù)警，提醒機(jī)動(dòng)車駕駛員安全行車。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：能夠?qū)崟r(shí)采集路面結(jié)結(jié)冰的具體厚度和結(jié)冰速率，并將路面出現(xiàn)結(jié)冰的情況及時(shí)反饋到道路管理部門，或者通過(guò)路邊警示信息實(shí)時(shí)預(yù)警，為道路交通安全提供保障。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明道路結(jié)冰安全預(yù)警裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖1中，1-結(jié)冰傳感器，2-固定支架，3-控制箱，4-百葉箱，5-太陽(yáng)能面板，6-風(fēng)速風(fēng)向儀，7-避雷針；

圖2為本發(fā)明路面結(jié)冰實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及預(yù)警裝置的具體實(shí)施框圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的原理和特征進(jìn)一步的描述。

如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例所述的道路結(jié)冰安全預(yù)警裝置，包括監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和預(yù)警系統(tǒng)；

監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要包括結(jié)冰傳感器1、百葉箱4、風(fēng)速風(fēng)向儀6和控制箱3，其中，結(jié)冰傳感器1用來(lái)測(cè)試結(jié)冰速率和結(jié)冰厚度，百葉箱4主要用于通過(guò)空氣溫度和濕度儀器監(jiān)測(cè)大氣壓力、空氣濕度和環(huán)境溫度，風(fēng)速風(fēng)向儀6主要用于測(cè)定風(fēng)速和風(fēng)向；控制箱3包括一個(gè)led顯示屏和結(jié)冰傳感器1、百葉箱4、風(fēng)速風(fēng)向儀6的接線柱和數(shù)據(jù)接收端口，結(jié)冰傳感器1、百葉箱4、風(fēng)速風(fēng)向儀6與控制箱3的數(shù)據(jù)接收端口相連，led顯示屏用于顯示出風(fēng)速、風(fēng)向、空氣濕度、環(huán)境溫度、大氣壓力、結(jié)冰速率和結(jié)冰厚度的具體數(shù)值；結(jié)冰傳感器1采用電磁諧振原理(結(jié)冰傳感器為監(jiān)測(cè)設(shè)備的核心，屬于機(jī)械式傳感器)，包括由電磁振動(dòng)線圈和解算器的交流放大器組成一個(gè)閉環(huán)振蕩系統(tǒng)，閉環(huán)振蕩系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定工作時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)固定頻率的輸出信號(hào)，在路面結(jié)冰條件下，結(jié)冰傳感器1的頻率隨著冰層厚度的增加而上升，此頻率信號(hào)被采集器采集，然后放大、采樣后經(jīng)過(guò)控制器進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理及標(biāo)度變換得到結(jié)冰厚度和結(jié)冰速率，結(jié)冰厚度和結(jié)冰速率通過(guò)rs485或rs232的數(shù)字量形式輸出，再通過(guò)以太網(wǎng)將路面結(jié)冰情況及時(shí)反饋到道路管理部門。

預(yù)警系統(tǒng)用于將路面結(jié)冰情況實(shí)時(shí)反饋到道路管理部門，或者通過(guò)路邊警示信息實(shí)時(shí)預(yù)警，主要包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、無(wú)線模塊和預(yù)警終端，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)置在控制箱3內(nèi)，與控制箱3的數(shù)據(jù)接收端口相連，用來(lái)采集結(jié)冰傳感器1、百葉箱4、風(fēng)速風(fēng)向儀6測(cè)得的數(shù)據(jù)；無(wú)線模塊連接數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和預(yù)警終端；預(yù)警終端用來(lái)發(fā)布結(jié)冰預(yù)警的相關(guān)信息(當(dāng)路面開(kāi)始結(jié)冰后，由預(yù)警終端收到信號(hào)后及時(shí)發(fā)布相關(guān)信息進(jìn)行預(yù)警，提醒機(jī)動(dòng)車駕駛員安全行車)。

太陽(yáng)能面板5、固定支架2和避雷針7作為道路結(jié)冰安全預(yù)警裝置的輔助設(shè)備，控制箱3、百葉箱4、太陽(yáng)能面板5、風(fēng)速風(fēng)向儀6和避雷針7均安裝在固定支架2上，太陽(yáng)能面板5用于輔助供電(主要供電源為220v外接電源或蓄電池)。

圖2為本發(fā)明路面結(jié)冰實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及預(yù)警裝置的具體實(shí)施框圖，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要對(duì)應(yīng)框圖中的傳感器，預(yù)警系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對(duì)于圖中采集器及控制器，無(wú)線模塊采用以太網(wǎng)，預(yù)警終端包括圖中的公路部門及氣象部門。由監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的結(jié)冰傳感器測(cè)得頻率信號(hào)后，被采集器采集處理成數(shù)據(jù)信號(hào)，然后通過(guò)無(wú)線模塊(以太網(wǎng))將數(shù)據(jù)傳往預(yù)警終端(公路部門及氣象部門)。當(dāng)路面開(kāi)始結(jié)冰后，由預(yù)警終端發(fā)布信號(hào)進(jìn)行預(yù)警。

本發(fā)明道路結(jié)冰安全預(yù)警裝置的預(yù)警方法，具體包括如下步驟：

第一步，冰厚標(biāo)定試驗(yàn)：通過(guò)冰厚標(biāo)定試驗(yàn)對(duì)結(jié)冰傳感器進(jìn)行標(biāo)定，將結(jié)冰傳感器固定在高低溫環(huán)境箱中，采用人工噴水的方式模擬降雨，使結(jié)冰傳感器探頭表面結(jié)冰，然后通過(guò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集試驗(yàn)數(shù)據(jù)，采用回歸分析的數(shù)學(xué)方法分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)，模擬得出結(jié)冰厚度、結(jié)冰速率與環(huán)境溫度之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系；

第二步，室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)：在溫度分別為-5℃、-10℃、-20℃的條件下進(jìn)行室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)，得到不同溫度下結(jié)冰厚度隨時(shí)間變化的關(guān)系曲線，驗(yàn)證結(jié)冰傳感器靈敏度和可靠性，對(duì)比已有的結(jié)冰傳感器的一般特性，認(rèn)為該傳感器的測(cè)量是可靠的，能夠滿足道路結(jié)冰安全預(yù)警裝置關(guān)于監(jiān)測(cè)結(jié)冰厚度的要求，特別是在安全結(jié)冰厚度(2-3mm)以內(nèi)監(jiān)測(cè)效果較好，可以應(yīng)用在路面上監(jiān)測(cè)結(jié)冰厚度和結(jié)冰速率；

第三步，野外試驗(yàn)：將結(jié)冰傳感器和百葉箱、風(fēng)速風(fēng)向儀、控制箱以及預(yù)警系統(tǒng)組裝成一套道路結(jié)冰安全預(yù)警裝置，安裝在路面上實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)大氣壓力、空氣濕度、環(huán)境溫度、風(fēng)速、風(fēng)向以及路面結(jié)冰厚度和結(jié)冰速率，野外試驗(yàn)用于確定道路結(jié)冰安全預(yù)警裝置能否可靠進(jìn)行多參數(shù)的采集并對(duì)路面結(jié)冰情況(包括結(jié)冰厚度和結(jié)冰速率)進(jìn)行及時(shí)安全預(yù)警。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之類，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。