[发明专利]一种基于红外激光的新型公路路面状态监测方法

权利要求书

1.一种基于红外激光的新型公路路面状态监测方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

S1、根据水、冰、雪各自的吸收光谱，选择各自对应的波长分别为λ1、λ2、λ3的红外光，将选出的红外光分别通过三个红外激光发射器照射至路面监测区域，并利用探测单元（4）接收各自返回的光信号；

S2、采集路面温度Troad和空气温度Tair；

S3、利用郎伯比尔定律分别计算测得的水、冰、雪的检测厚度，计算公式如下：

ln(I/T)=Ed′+k，

其中，I为干标定信号，T为返回的光信号，d′为检测厚度，E为吸光系数，k为受路面条件影响的常数；

基于上述公式，得到水、冰、雪的检测厚度分别为d1′、d2′、d3′；

ln(I1/T1)=E1d1′+k1，

ln(I2/T2)=E2d2′+k2，

ln(I3/T3)=E3d3′+k3，

其中，I1、I2、I3分别为波长λ1、λ2、λ3对应的干标定信号；T1、T2、T3分别为波长λ1、λ2、λ3对应的接收信号，E1为水在波长λ1下的吸光系数，E2为冰在波长λ2下的吸光系数，E3为雪在波长λ3下的吸光系数；

S4、利用厚度辅助单元（8）测量厚度辅助校准值w；

厚度辅助单元为一个可承接水、冰、雪的容器，容器底部模拟路面相同材质、相同渗水性设计，容器内部设有测重传感器以及测高传感器，通过测量容器内覆盖物的重量G,根据质量与重量的关系，算出质量m=G/g；然后通过测高传感器测出覆盖物的高度w，已知容器的圆的半径，可以算出对应物体的体积V=πr²×w，由于水、冰、雪的密度各不相同，根据质量、密度、体积关系公式m=ρv，得出密度ρ来判断覆盖物的种类为水、冰或雪；

S5、按照如下公式修正检测厚度d′，获得实际厚度d，修正公式如下：

d=Kd′+K′w，

其中，

K+K′=1，K和K′分别为厚度计算时，检测厚度d′与厚度辅助校准值w的权重，通过实验算出；

S6、设修正后的水、冰、雪的实际厚度分别为d1、d2、d3，水、冰、雪对应的厚度辅助校准值分别为w1、w2、w3，根据以下条件判断路面状态：

当Troad或者 Tair大于0时，若d1=0，d2=0，d3=0，路面状态为干燥，若0.1＞d1＞0，d2=0，d3=0，路面状态为湿，若d1＞0.1，d2=0，d3=0，路面状态为积水；

当Troad小于0并且 Tair大于0时，若d1＞0，d2＞0，路面状态为冰水混合；

当Troad并且 Tair小于0时，若d2＞0，w2≥0，路面状态为结冰；

当Troad并且 Tair小于0时，若d3＞0，w3≥0，路面状态为积雪。

2.根据权利要求1所述的一种基于红外激光的新型公路路面状态监测方法，其特征在于，筛选出的水的红外光波长λ1为930nm，冰的红外光波长λ2为1310nm，雪的红外光波长λ3为1470nm。

3.根据权利要求1所述的一种基于红外激光的新型公路路面状态监测方法，其特征在于，路面温度Troad为热电堆单元（10）采集一段时间内的路面温度的平均值，空气温度Tair为空气温湿度检测单元（11）采集一段时间内的空气温度的平均值。