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遥感式路面状况传感器测量准确度的研究
阅读:357次 更新时间:2023-03-09

遥感式路面状况传感器摘要:

本文以遥感式路面状况传感器+FRT50数据采集器组成测试系统,以张家口一段实际道路为被测对象,进行道路积水、结冰、积雪状态监测的准确度进行研究。


一、 遥感式路面状况传感器引言

道路积水、结冰与积雪会导致路面抗滑性能急剧降低,对交通安全造成严重威胁,因此需要实时检测路面积水、结冰、积雪状态及厚度并及时发布相关信息。文中所提到的遥感式路面状况传感器便是一种可实时监测路面状态的设备,可接入现有公路自动气象监测网络,并把相关数据通过RS485接口上报给道路管理部门。本文核心要点是遥感式路面状况传感器的准确度问题。

目前我国大部分地区与城市的道路路面均采用沥青、混凝土材料,因此本文主要讨论在沥青路面下的研究。下文是进行本次研究的主要内容。


二、 遥感式路面状况传感器测试系统组成

本次研究需要搭建一套测试系统,主要用到以下设备:遥感式路面状况传感器、FRT50数据采集器、太阳能供电系统。

1、 遥感式路面状况传感器

该遥感式路面状况传感器(以下简称传感器)采用红外遥感技术,在不破坏路面的情况下可有效检测积水、结冰、积雪,根据路面状态输出路面湿滑系数。外形图如下:


1、FRT50数据采集器

     本次研究属于户外作业,路面状况传感器所采样的数据需要实时分析,并且需要做成曲线,而FRT50数据采集器恰好能满足需求。

      FRT50数据采集器是一款多用途低功耗的可以通过脚本二次开发的数据采集器,可以采集多路传感器数据并将采集到的数据通过4G网络实时传输到服务器后台。服务器后台将得到的数据自动绘制成曲线,方便研究人员分析。外形如图所示:


     FRT50数据采集器的脚本是开源的,按照特定的格式编写脚本,然后通过串口把脚本下载到采集器,最后通过RS485线连接传感器与采集器。

1、太阳能供电系统

     测试系统供电电源为DC12V,采用太阳能供电系统即可满足要求,无需依赖市电。


一、遥感式路面状况传感器测试环境及方法

       测试环境:张家口某段沥青路面,室外温度约-9℃。

       测试方法:在干燥路面通过传感器按键进行干标定操作,然后在干燥路面人工洒水、洒雪,来模拟自然降雨降雪的过程,之后通过modbus 协议读取传感器报文,FRT50记录实时 数据并生成曲线。


二、遥感式路面状况传感器数据分析

       测路面积水与结冰合并到一起研究。实际情况:从9:36:30秒开始抓取数据,在9:43分开始洒水,到9:48分水已结冰。环境温度与路温变化曲线如图2。


2路温与环境温度曲线图


1、 路面积水

      如图3所示,为传感器输出的路面状态,1代表干,3代表积水,对比报文和采集器采集的数据分析知,9:44分⁓9:47分为路面积水状态与实际路面状况一致。


3路面积水状态曲线图


4 积水厚度与湿滑系数曲线图


     图4显示,随着积水厚度的增加,湿滑系数逐渐降低,路面抗滑性能下降,此时如果将对应的湿滑系数发送到行驶在公路上的车辆,就可以提醒驾驶员降低车速,保证安全行驶。

     结合图3、图4可知,遥感式路面状况传感器对积水的测量准确度还是很高的,反应也很及时。

1、路面结冰

     如图5所示,为遥感式路面状况传感器输出的水到冰的路面状态变化曲线,1代表干,3代表积水,7代表结冰。对比报文和采集器采集的数据分析知,9:47:50秒之后为路面结冰状态,与实际路面状况一致。


5 路面水结冰状态曲线图


1、路面积雪

     重新寻找干燥路面干标定之后,10:00:30秒在路面第一次少量洒雪(图7),在101100之后继续第二次洒雪(图8)。图9为传感输出的路面状态曲线,1代表干燥,6代表雪。

     对比报文和采集器采集的数据分析知,10:0050秒之后为路面积雪状态,与实际路面状况一致。

     


7 路面第一次洒雪


图8 路面第二次洒雪


9 路面积雪状态曲线

10 积雪厚度与湿滑系数曲线


     图10为传感器输出的积雪厚度及湿滑系数曲线,由图可知积雪厚度在约2mm时,路面湿滑系数瞬间降至0.2,由于积雪完全覆盖路面,湿滑系数基本与路面没有关系,已经达到了非常湿滑的地步,积雪厚度大于2mm时,湿滑系数基本在0.1左右浮动。

一、遥感式路面状况传感器结论

       通过对比遥感式路面状况传感器的报文和FRT50采集到的数据曲线,结合实际路面状态,得出:遥感式路面状况传感器输出的路面状态信息全面,并且对路面的状态响应非常准确,能够准确输出干燥、积水、结冰及积雪状态。因此遥感式路面状况传感器,可用于冬季道路行车安全预警,及时发现道路结冰、积雪的险情,减少交通事故的发生,避免再次出现像2022年12月28日河南郑州郑新黄河大桥上发生的特大交通事故。

以上仅是对沥青混凝土路面的状态研究,如需将遥感式路面状况传感器应用到其他路面还需要做进一步研究。






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