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遙感式路面狀況傳感器摘要：

本文以遙感式路面狀況傳感器+FRT50數據采集器組成測試系統，以張家口一段實(shí)際道路為被測對象，進(jìn)行道路積水、結冰、積雪狀態(tài)監測的準確度進(jìn)行研究。

一、 遙感式路面狀況傳感器引言

道路積水、結冰與積雪會(huì )導致路面抗滑性能急劇降低，對交通安全造成嚴重威脅，因此需要實(shí)時(shí)檢測路面積水、結冰、積雪狀態(tài)及厚度并及時(shí)發(fā)布相關(guān)信息。文中所提到的遙感式路面狀況傳感器便是一種可實(shí)時(shí)監測路面狀態(tài)的設備，可接入現有公路自動(dòng)氣象監測網(wǎng)絡(luò )，并把相關(guān)數據通過(guò)RS485接口上報給道路管理部門(mén)。本文核心要點(diǎn)是遙感式路面狀況傳感器的準確度問(wèn)題。

目前我國大部分地區與城市的道路路面均采用瀝青、混凝土材料，因此本文主要討論在瀝青路面下的研究。下文是進(jìn)行本次研究的主要內容。

二、 遙感式路面狀況傳感器測試系統組成

本次研究需要搭建一套測試系統，主要用到以下設備：遙感式路面狀況傳感器、FRT50數據采集器、太陽(yáng)能供電系統。

1、 遙感式路面狀況傳感器

該遙感式路面狀況傳感器（以下簡(jiǎn)稱(chēng)傳感器）采用紅外遙感技術(shù)，在不破壞路面的情況下可有效檢測積水、結冰、積雪，根據路面狀態(tài)輸出路面濕滑系數。外形圖如下：

1、FRT50數據采集器

     本次研究屬于戶(hù)外作業(yè)，路面狀況傳感器所采樣的數據需要實(shí)時(shí)分析，并且需要做成曲線(xiàn)，而FRT50數據采集器恰好能滿(mǎn)足需求。

      FRT50數據采集器是一款多用途低功耗的可以通過(guò)腳本二次開(kāi)發(fā)的數據采集器，可以采集多路傳感器數據并將采集到的數據通過(guò)4G網(wǎng)絡(luò )實(shí)時(shí)傳輸到服務(wù)器后臺。服務(wù)器后臺將得到的數據自動(dòng)繪制成曲線(xiàn)，方便研究人員分析。外形如圖所示：

     FRT50數據采集器的腳本是開(kāi)源的，按照特定的格式編寫(xiě)腳本，然后通過(guò)串口把腳本下載到采集器，最后通過(guò)RS485線(xiàn)連接傳感器與采集器。

1、太陽(yáng)能供電系統

     測試系統供電電源為DC12V，采用太陽(yáng)能供電系統即可滿(mǎn)足要求，無(wú)需依賴(lài)市電。

一、遙感式路面狀況傳感器測試環(huán)境及方法

       測試環(huán)境：張家口某段瀝青路面，室外溫度約-9℃。

       測試方法：在干燥路面通過(guò)傳感器按鍵進(jìn)行干標定操作，然后在干燥路面人工灑水、灑雪，來(lái)模擬自然降雨降雪的過(guò)程，之后通過(guò)modbus 協(xié)議讀取傳感器報文，FRT50記錄實(shí)時(shí) 數據并生成曲線(xiàn)。

二、遙感式路面狀況傳感器數據分析

       測路面積水與結冰合并到一起研究。實(shí)際情況：從9：36：30秒開(kāi)始抓取數據，在9：43分開(kāi)始灑水，到9：48分水已結冰。環(huán)境溫度與路溫變化曲線(xiàn)如圖2。

圖2路溫與環(huán)境溫度曲線(xiàn)圖

1、 路面積水

      如圖3所示，為傳感器輸出的路面狀態(tài)，1代表干，3代表積水，對比報文和采集器采集的數據分析知，9：44分?9：47分為路面積水狀態(tài)與實(shí)際路面狀況一致。

圖3路面積水狀態(tài)曲線(xiàn)圖

圖4 積水厚度與濕滑系數曲線(xiàn)圖

     圖4顯示，隨著(zhù)積水厚度的增加，濕滑系數逐漸降低，路面抗滑性能下降，此時(shí)如果將對應的濕滑系數發(fā)送到行駛在公路上的車(chē)輛，就可以提醒駕駛員降低車(chē)速，保證安全行駛。

     結合圖3、圖4可知，遙感式路面狀況傳感器對積水的測量準確度還是很高的，反應也很及時(shí)。

1、路面結冰

     如圖5所示，為遙感式路面狀況傳感器輸出的水到冰的路面狀態(tài)變化曲線(xiàn)，1代表干，3代表積水，7代表結冰。對比報文和采集器采集的數據分析知，9：47：50秒之后為路面結冰狀態(tài)，與實(shí)際路面狀況一致。

圖5 路面水結冰狀態(tài)曲線(xiàn)圖

1、路面積雪

     重新尋找干燥路面干標定之后，10：00：30秒在路面第一次少量灑雪（圖7），在10：11：00之后繼續第二次灑雪（圖8）。圖9為傳感輸出的路面狀態(tài)曲線(xiàn)，1代表干燥，6代表雪。

     對比報文和采集器采集的數據分析知，10：00：50秒之后為路面積雪狀態(tài)，與實(shí)際路面狀況一致。

圖7 路面第一次灑雪

圖9 路面積雪狀態(tài)曲線(xiàn)

圖10 積雪厚度與濕滑系數曲線(xiàn)

     圖10為傳感器輸出的積雪厚度及濕滑系數曲線(xiàn)，由圖可知積雪厚度在約2mm時(shí)，路面濕滑系數瞬間降至0.2，由于積雪完全覆蓋路面，濕滑系數基本與路面沒(méi)有關(guān)系，已經(jīng)達到了非常濕滑的地步，積雪厚度大于2mm時(shí)，濕滑系數基本在0.1左右浮動(dòng)。

一、遙感式路面狀況傳感器結論

       通過(guò)對比遙感式路面狀況傳感器的報文和FRT50采集到的數據曲線(xiàn)，結合實(shí)際路面狀態(tài)，得出：遙感式路面狀況傳感器輸出的路面狀態(tài)信息全面，并且對路面的狀態(tài)響應非常準確，能夠準確輸出干燥、積水、結冰及積雪狀態(tài)。因此遙感式路面狀況傳感器，可用于冬季道路行車(chē)安全預警，及時(shí)發(fā)現道路結冰、積雪的險情，減少交通事故的發(fā)生，避免再次出現像2022年12月28日河南鄭州鄭新黃河大橋上發(fā)生的特大交通事故。

以上僅是對瀝青混凝土路面的狀態(tài)研究，如需將遙感式路面狀況傳感器應用到其他路面還需要做進(jìn)一步研究。