一种用于路面状况检测的系统及检测方法与流程-j9九游会真人

1.本发明涉及一种检测传感器，尤其涉及一种用于路面状况检测的系统及检测方法。


背景技术：

2.由于交通基础设施的建设规模迅速扩大，通车里程逐渐增加，实现路况实时检测、做到路况实时预警、保障路面的服役性能和提高道路的服务水平显得尤为重要。影响路况的外界因素有很多，主要包括交通管理水平和道路服役环境等，这其中极端天气对路况造成的影响极为严重，如降雨、降雪、路面结冰和雾霾等，常常造成严重的交通事故和道路服务中断，尤其是降水因素对道路性能和驾驶员行车安全会产生严重影响：雨水停留在路表，在轮胎与路表间形成水膜，会显著降低道路的摩擦系数，低温情况下的路表降水结冰以及降雪则影响更为显著；而雨水进入沥青混合料中的空隙中又会在车辆荷载的作用下产生动水压力，破坏沥青与集料的粘结，同时遇到温差较大的情况，沥青混合料中的水在温度影响下还会产生冻融循环，造成混合料水损害，形成松散、坑槽等病害，严重影响路况，因此，采取适当的措施对路况进行监测，做到路况实时预警，防止路况进一步恶化就显得尤为重要。
3.我国气象研究起步较晚，针对气象监测的相关技术和设备还不完善，缺乏使用性能优异且便于大规模应用的检测设备。目前，路面状况检测传感器主要依赖于芬兰、德国等技术先进的国家进口，价格昂贵且维修和养护费时费力，不利于在我国大规模推广使用，难以大范围发挥道路监测预警的作用。


技术实现要素：

4.本发明为解决现有路面状况检测手段较为困难，技术路线较为复杂，电子元件比较昂贵等问题，进而提出一种利用压电效应检测路面状况的检测器及检测方法，基于中转站中提前建立的数据库与被检测路段不同积水、结冰状况下与之对应的小电极对间电信号、液位传感器测量数据进行比较，并对路面积水、结冰状况做出判断。该发明具有成本低廉、结构紧凑可靠和检测精准的特点。
5.本发明为解决上述技术问题采用的技术方案是：
6.一种用于路面状况检测的系统，它包括若干个路面检测单元、中转站和上位机；每个路面检测单元的信号输出端均与中转站的信号接收端连接，中转站的信号输出端与上位机的信号接收端连接；
7.每个路面检测单元包括若干个压力传感器、若干个液位传感器、信息处理模块、信息传输模块、小电极对、外壳和蓄电池；所述外壳的顶端密封连接有一个外壳盖，外壳盖的顶端开有若干个安装槽，每个安装槽内安装一个压力传感器和一个液位传感器，所述安装槽内留有存储空间，用于收集路面环境的积水和冰；所述的信息处理模块、信息传输模块、小电极对和蓄电池安装在外壳内，若干个所述的压力传感器均与小电极对电连接，所述小电极对的信号输出端和液位传感器的信号输出端分别与信息处理模块的信号接收端连接，
信息处理模块的信号输出端与信息传输模块的信号接收端连接，信息传输模块的信号输出端与中转站的信号接收端连接；所述的蓄电池分别为压力传感器、液位传感器、信息处理模块和信息传输模块供电。
8.优选地，所述的压力传感器为薄膜压力传感器。
9.优选地，所述的薄膜压力传感器和液位传感器通过胶水固定在外壳盖的安装槽内。
10.优选地，所述外壳盖顶端的安装槽为八个，八个安装槽周向均匀设置。
11.优选地，所述外壳的侧壁处开有开口，信号传输模块的天线从外壳侧壁处的开口伸出，并传输信号。
12.优选地，所述的小电极对通过导线与薄膜压力传感器直接相连。
13.优选地，所述的信息处理模块和信息传输模块集成于同一块电路板上。
14.优选地，所述的外壳盖与外壳上端的开口处通过密封圈进行密封。
15.优选地，所述的外壳和外壳盖均采用刚强度的合金材料。
16.一种路面状况检测方法，具体检测过程如下：
17.步骤1，建立数据库：利用路面检测单元开展实验，提前建立被检测路段不同积水、结冰状况下与之对应的小电极对间的电信号和液位传感器液位信息的数据库，并将上述数据保存在中转站中；
18.步骤2，路面检测单元启动：蓄电池给压力传感器、液位传感器、信息处理模块和信息传输模块供电；
19.步骤3，采集路面的压力信息和液位信息：所述的薄膜压力传感器采集到外壳盖上部安装槽中的积水、冰或者冰水混合物的压力信息，此压力引起小电极对间的电信号发生改变，小电极对将此电信号发送给信息处理模块；所述的液位传感器采集到外壳盖上部安装槽中的积水或者冰水混合物的液面高度，并将此液位信息发送给信息处理模块；
20.步骤4，数据处理与传输：信息处理模块将小电极对间的电信号和液位信息进行数据融合，并发送给信息传输模块，信息传输模块通过天线将数据发送给中转站；
21.步骤5，数据比对与判断：中转站基于数据库中的信息，对路面积水、结冰状况做出判断；
22.步骤6，数据上传：中转站将判断结果发送给上位机，再将路面状况发布给行人、车辆和天气预报系统。
23.本发明与现有技术相比产生的有益效果是：
24.1、本发明所采用的元件均为大规模生产的产品，成本低廉，使得本发明的整体造价较低，易于大规模生产。
25.2、本发明所述传感器以薄膜压力传感器作为主要感知元件，其灵敏度高，体积较小，可精确测得外部施加的压力，满足长期实时监测的需求，具有较好的抗腐蚀性和弹性变形能力。
26.3、本发明所述传感器整体结构小巧而紧凑，能够长期承受交变荷载且可在不破坏道路路面基本结构的前提下实施安装。
27.4、本发明基于压力传感器所测得的数据和液位传感器所测得的数据整体进行比较，使得测量的结果更加准确。
28.5、本发明所述传感器在使用前，建立被检测路段不同积水、结冰状况下与之对应的小电极对间电信号、液位传感器信息的数据库，可根据被检测路段所处不同的地区、季节精准建立数据库，路面状况的状态识别精准可靠。
29.6，本发明的拓扑结构为：路面检测单元-中转站-上位机，数据不需要直接从传感器传输到上位机，可视具体情况建设多个中转站，进行数据远距离传输。
附图说明
30.附图作为本技术的一部分，用来提供对本发明的进一步的理解。
31.图1为本发明传感器的整体结构示意图。
32.图2为本发明的工作流程图。
33.附图标记说明：1-压力传感器；2-液位传感器；3-信息处理模块；4-信息传输模块；5-小电极对；6-外壳盖；6-1-安装槽；7-外壳；8-密封圈；9-蓄电池；10-中转站；11-上位机。
具体实施方式
34.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
35.参见图1和图2，本技术实施例提供一种用于路面状况检测系统，其包括若干个路面检测单元、中转站10和上位机11；每个路面检测单元的信号输出端均与中转站10的信号接收端连接，中转站10的信号输出端与上位机11的信号接收端连接；
36.每个路面检测单元包括若干个压力传感器1、若干个液位传感器2、信息处理模块3、信息传输模块4、小电极对5、外壳7和蓄电池9；所述外壳7的顶端密封连接有一个外壳盖6，外壳盖6的顶端开有若干个安装槽6-1，每个安装槽6-1内安装一个压力传感器1和一个液位传感器2，所述安装槽6-1内留有存储空间，用于收集路面环境的积水和冰；所述的信息处理模块3、信息传输模块4、小电极对5和蓄电池9安装在外壳7内，若干个所述的压力传感器1均与小电极对5电连接，所述小电极对5的信号输出端和液位传感器2的信号输出端分别与信息处理模块3的信号接收端连接，信息处理模块3的信号输出端与信息传输模块4的信号接收端连接，信息传输模块4的信号输出端与中转站10的信号接收端连接；所述的蓄电池9分别为压力传感器1、液位传感器2、信息处理模块3和信息传输模块4供电。
37.需要说明的是，本实施例中，所述的外壳7设置在路面挖出的坑槽中并紧贴坑槽，使其保持不动，保证测量数据的准确性；所述外壳盖6的上表面与路面基本保持水平，从而使得测量的信息数据更加准确。
38.本实施例中，所有的压力传感器1均放置在同一水平面处，保证所有压力传感器1所测量的压力信息基本相同；所有的液位传感器2均放置在同一水平面处，保证所有液位传感器2所测量的液位信息基本相同。
39.本实施例中，由于安装槽6-1内有水或冰水混合物，采用液位传感器2测量安装槽6-1内的液面高度，液位传感器2将测量的信号传输给信息处理模块3，信息处理模块3再将信号传递给信号传输模块4，信号传输模块4再将信号传输给外部的中转站10；由于液位传感器2仅能测量安装槽6-1内的液面高度，在相同体积的情况下，由于冰与水的密度不同，不
同比例的冰水混合物密度不同，其质量也有所不同，故冰水的压力会有所不同，即单独采用液位传感器2所测量的数据并不能真实的反应出路面的冰水状况。
40.所述的压力传感器1用于采集水、冰或冰水混合物的压力信号，将此压力信号传输给小电极对5，若干个压力传感器1所产生的压力信号在小电极对5间产生较强的电信号，小电极对5将此电信号传输给信息处理模块3，信息处理模块3对采集到的模拟电流信号进行处理，然后将信号传递给信号传输模块4，信号传输模块4再将信号传输给外部的中转站10；同理，压力传感器1仅能测量水、冰或冰水混合物的压力，在水或冰水混合物体积不同、压力相同的情况下，小电极对5间有可能产生相同的电信号，即单独采用压力传感器1所测量的数据也不能真实的反应出路面的冰水状况。
41.本实施例同时采用液位传感器2获得路面的液面信息，采用压力传感器1获得路面的压力信息，中转站内含有数据库，数据库中提前建立不同积水、结冰状况下的小电极对间电信号数据和液位传感器信息数据，中转站基于数据库中所记载的数据与被检测路段所测量出的两个信息分别进行对比并做出判断，使得路面状况判断准确程度大大提高。
42.进一步的，如图1所示，所述的压力传感器1为薄膜压力传感器，所述的薄膜压力传感器为圆形，其与外壳盖6上部的安装槽6-1相匹配。
43.本实施例中，所述的薄膜压力传感器整体体积较小，直接暴露于大气环境之中。
44.更进一步的，所述的薄膜压力传感器和液位传感器2通过强力胶水固定在外壳盖6的安装槽6-1内。
45.更进一步的，如图1所示，所述外壳盖6顶端的安装槽6-1为八个，八个安装槽6-1周向均匀设置。
46.进一步的，如图1所示，为了接线方便，即信息采集模块能比较方便的采集到电路中的电信息号，所述的小电极对5为特殊形状，即为类似于中间断开的哑铃型，小电极对5之间长期保持通电，其通过导线与薄膜压力传感器直接相连。
47.进一步的，所述外壳7的侧壁处开有开口，信号传输模块4的天线从外壳7侧壁处的开口伸出，并传输信号。
48.进一步的，所述的信息处理模块3和信息传输模块4集成于同一块电路板上。
49.进一步的，所述的外壳盖6与外壳7上端的开口处通过密封圈8进行密封。
50.进一步的，所述的外壳7和外壳盖6均采用刚强度的合金材料。
51.本实施例提供一种路面状况检测方法，具体检测过程如下：
52.步骤1，建立数据库：利用路面检测单元开展实验，提前建立被检测路段不同积水、结冰状况下与之对应的小电极对5间的电信号和液位传感器2液位信息的数据库，并将上述数据保存在中转站10中，以便在路面状况检测的过程中，将检测到的实际信息与数据库中的信息进行对比；
53.步骤2，路面检测单元启动：蓄电池9给压力传感器1、液位传感器2、信息处理模块3和信息传输模块4供电；
54.步骤3，采集路面的压力信息和液位信息：所述的薄膜压力传感器采集到外壳盖6上部安装槽6-1中的积水、冰或者冰水混合物的压力信息，此压力引起小电极对5间的电信号发生改变，小电极对5将此电信号发送给信息处理模块3；所述的液位传感器2采集到外壳盖6上部安装槽6-1中的积水或者冰水混合物的液面高度，并将此液位信息发送给信息处理
模块3；
55.步骤4，数据处理与传输：信息处理模块3将小电极对5间的电信号和液位信息进行数据融合，并发送给信息传输模块4，信息传输模块4通过天线将数据发送给中转站10；
56.步骤5，数据比对与判断：中转站10基于数据库中的信息，对路面积水、结冰状况做出判断；
57.步骤6，数据上传：中转站10将判断结果发送给上位机11，再将路面状况发布给行人、车辆、天气预报系统等。
58.本实施例中，先建立被检测路段不同积水、结冰状况下与之对应的小电极对5间的电信号和液位传感器2液位信息的数据库，即在已知积水或积冰水的深度与积冰的厚度的情况下，通过液位传感器2检测安装槽6-1中的液面高度，同时通过薄膜压力传感器检测到压力信息，测量出小电极对5间的电信号，将已知积水或积冰水的深度与积冰的厚度信息和相对应的液位传感器2测量的液面高度信息和小电极对5间的电信号进行数据存储，以备参考；当路面出现雨水或者结冰水的情况下，通过液位传感器2检测安装槽6-1中的液面高度，同时通过薄膜压力传感器检测到压力信息，测量出小电极对5间的电信号，将此液面高度信息与数据库中的液位信息做对比，同时将小电极对5间的电信号与数据库中的电信号做对比，反过来估计路面的积水或积冰水的深度或者积冰的厚度，判断出路面的状况。
59.虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。