[发明专利]一种应用于交通领域的透射法能见度检测装置及其检测方法

说明书

技术领域

    本发明涉及一种应用于交通领域的透射法能见度检测方法及装置，特别是一种主要用于道路交通和内河航道交通领域的、可对能见度数值进行组态的高地域分辨率能见度检测方法及装置。

 

背景技术

能见度变化是由于大气悬浮物对光散射和吸收作用而造成的光衰减现象，世界气象组织对能见度有明确定义，即气象光学视距 (MOR)，它表达了特定光源经大气环境衰减至预定数值是所经过的路径距离即为能见度距离。

国际现有的能见度探测探测方法主要是对一个监测点的能见度状态进行探测，并据此推测一个区域的能见度变化。这在气象学意义上针对一个区域而言已经够用，但是针对具体应用而言气象学意义上的能见度检测技术还不能满足专业领域的使用要求，例如交通领域，交通环境的特点是持续距离长，地域跨度大，实时性要求高，对交通持续地域的能见度持续变化分辨率要求极高，这里所说的能见度持续变化分辨率不仅仅是指能见度变化的测量值，主要是指交通覆盖地域内各物理地点地域的细分程度及在上述细化的地域上对能见度的实时检测能力，这就需要一种专业的能见度检测装置。

就检测手段而言，目前主要有散射法能见度检测技术和透射法能见度检测技术。散射法测能见度又分为前向散射法检测技术和后向散射法检测技术，其基本原理是激光照射在被测试大气样本时，被测大气环境中的气溶胶等悬浮颗粒将发生散射现象，接收器接收被散射的光线，其散射光强与能见度成反比，能见度高时空气中的悬浮粒子少，致散射光弱；若大气环境中悬浮粒子多则散射光强，通过检测接收端的散射光强就可测算出当前能见度数值。散射法是通过当前检测点的能见度数值来推测检测点周围的能见度变化数值，其真正有效的实际能见度数值仅限于检测点；所以此类装置无地域能见度分辨率可言。

透射法是在检测区的一端设置一个发射器，另一端设置一个接收器，发射器发射的检测光束在到达接收端时会因为大气环境中的悬浮粒子导致光束的光强生产衰减，通过计算固定距离内光强变化就可获得能见度数值。透射法是对检测光路内的能见度变化进行监测，其数值与实际应用比较接近。用于气象学意义上的透射法能见度检测装置采用定距检测，由于需要兼顾较高能见度和较低能见度数值的检测，检测光束在接收端需要有较大的动态范围，所以只能采取远距离高光强方式来获得较大的动态区间，因此产生了一系列的应用难题，例如检测光束与靶区之间的对准（抗抖动）、高能见度与低能见度之间的检测侧重、检测段区域内能见度变化的定位等问题，这也是导致透射法能见度检测装置价格居高不下的原因之一，同时也限制了透射法能见度检测装置的应用领域。

就透射法能见度检测技术而言，当前技术如果要获得较大的动态能见度检测范围就必须在相距较远的位置设置收发装置，以此获得较大的光学动态范围。在探测较大能见度范围时探测装置的间隔距离越近则检测难度越大，成本也越高。

为了获得稳定的检测结果，当前所有能见度检测技术都要求使用专用的检测光源，无论是散射法还是透射法都要求使用专用的、恒定的检测光源，目前绝大部分的检测装置还要求发射及接收装置在相对恒温的环境下工作，这对应用环境也提出了更高的要求，在以太阳能供电的环境下要实现对探测头的恒温不是一件容易的事情，这会进一步推高成本。公开号CN2757122Y即描述了涉及控制检测白光ＬＥＤ光强度、光波长、光色彩，并对镜头污染补偿的发射装置，还包括用于分离信号与随机误差的动态检测。其涉及的条件因素越多，其使用成本就越高，适用范围就越受限制。

目前的透射法能见度检测装置都只考虑了成对配置，并且只能对检测区域内的总测量结果负责，无法实现地域高分辨率能见度数值检测。同时透射法检测装置因检测光束需要较高稳定度才能够有效对准远端的接收器靶心，在道路交通环境中应用会因为车辆运行导致检测光束震颤，结果使用普通的透射法能见度检测技术会因为应用环境震颤而导致检测光束脱离靶区，故在道路交通领域几乎没有透射法能见度检测装置在实际应用。

公开号EP1300672A和AU2002301358A均描述了采用上述方法测量空气能见度的光学系统，且均基于通过测量参数固定的光源的光度变化来推断能见度的数值。

此外，还有人提出通过数字摄像在大气环境中检测各种不同的空间频率的靶标的空间分辨率和对比度，通过靶标检测与能见度的相关性规律，从而由实测的靶标参数按照各自条件下的相关性转换为该条件下的能见度的方法，见中国专利申请公开CN1580738A，其实质上也是基于透射条件因素而进行的监测方法，只是把靶标图像作为发射装置来对待。