黑冰預警裝置與方法與流程
2023-12-12 16:07:12 2
本發明涉及交通運輸領域，具體而言，涉及一種黑冰預警裝置與方法。
背景技術：
黑冰(black ice)是一種描述道路路面淺層積水處於臨界結冰狀態或薄冰的形象表述，其特徵是道路表面聚積的薄層積水凝結的冰晶或臨界結冰的冰水混合物。黑冰形成的主要原因和過程是路面由於淺層積水或地面蒸發水霧、冷凝水在路面形成一層薄的液態層，這些呈臨界結冰狀態的液態層通常剛好將路面的糙面凹陷填平或略高於路面，在路面溫度接近零度或低於零度時這些液態層處於臨界凝結或凝結成冰或冰晶狀態。由於黑冰附著在路面，與道路顏色基本一致，在車輛行駛中駕駛人員肉眼基本無法發現黑冰，所以對道路交通的危害極大，易生產重大交通事故。在黑冰形成前就對可能產生黑冰的路段進行有效預警是一種積極有效的事故防範方法。
目前我國採用的方法是由氣象預報單位發布結冰預警，雖然具有氣象學意義上的針對性，但是就道路交通而言則沒有針對性，實際意義不大。
技術實現要素：
有鑑於此，本發明實施例的目的在於提供一種黑冰預警裝置與方法。
第一方面，本發明實施例提供了一種黑冰預警裝置，所述黑冰預警裝置包括：
地表電阻傳感器，用於檢測待測路面區域的地表電阻；
第一溫度傳感器，用於檢測待測路面區域的路面溫度；
第二溫度傳感器，用於檢測待測路面區域上方的大氣溫度；
控制器，與所述地表電阻傳感器、所述第一溫度傳感器、所述第二溫度傳感器均電連接，用於判斷所述地表電阻是否在預設的閾值範圍內、在預設定的時間段內路面溫度隨時間的變化率及大氣溫度隨時間的變化率是否均小於0以及路面溫度是否大於0，若地表電阻在預設的閾值範圍內且在預設定的時間段內路面溫度隨時間的變化率及大氣溫度隨時間的變化率均小於0以及路面溫度大於0時，依據路面溫度與大氣溫度的差值的絕對值、當前時刻、路面溫度隨時間的變化率以及當前時刻的路面溫度計算出形成黑冰的未來時刻。
第二方面，本發明實施例還提供了一種黑冰預警方法，所述黑冰預警方法包括：
檢測待測路面區域的地表電阻、路面溫度以及待測路面區域上方的大氣溫度；
判斷所述地表電阻是否在預設的閾值範圍內、在預設定的時間段內路面溫度隨時間的變化率及大氣溫度隨時間的變化率是否均小於0以及路面溫度是否大於0；
若地表電阻在預設的閾值範圍內且在預設定的時間段內路面溫度隨時間的變化率及大氣溫度隨時間的變化率均小於0以及路面溫度大於0時，依據路面溫度與大氣溫度的差值的絕對值、當前時刻、路面溫度隨時間的變化率以及當前時刻的路面溫度計算出形成黑冰的未來時刻。
與現有技術相比，本發明實施例提供的一種黑冰預警裝置與方法，通過檢測待測路面區域的地表電阻、路面溫度以及待測路面區域上方的大氣溫度；若地表電阻在預設的閾值範圍內且在預設定的時間段內路面溫度隨時間的變化率及大氣溫度隨時間的變化率均小於0以及路面溫度大於0時，依據路面溫度與大氣溫度的差值的絕對值、當前時刻、路面溫度隨時間的變化率以及當前時刻的路面溫度計算出形成黑冰的未來時刻。該黑冰預警裝置與方法可計算出形成黑冰的未來時刻，提醒工作人員在形成黑冰的時刻之前消除待測路面的積水或者冰水混合物或者在黑冰形成的時刻後為駕駛員提供安全行駛的提示。
為使本發明的上述目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附附圖，作詳細說明如下。
附圖說明
為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。通常在此處附圖中描述和示出的本發明實施例的組件可以以各種不同的配置來布置和設計。因此，以下對在附圖中提供的本發明的實施例的詳細描述並非旨在限制要求保護的本發明的範圍，而是僅僅表示本發明的選定實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
圖1為本發明實施例提供的一種黑冰預警裝置的電路連接框圖；
圖2為本發明實施例提供的一種tn時刻、ti時刻以及tm時刻的時間先後關係示意圖；
圖3為本發明實施例提供的一種在上午至傍晚的溫度隨時間變化的曲線示意圖；
圖4為本發明實施例提供的一種黑冰預警方法的流程圖。
其中，附圖標記與部件名稱之間的對應關係如下：地表電阻傳感器101、第一溫度傳感器102、第二溫度傳感器103、控制器104、電源管理模塊105、位置信息採集模塊106以及通信接口107。
具體實施方式
下面將結合本發明實施例中附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。通常在此處附圖中描述和示出的本發明實施例的組件可以以各種不同的配置來布置和設計。因此，以下對在附圖中提供的本發明的實施例的詳細描述並非旨在限制要求保護的本發明的範圍，而是僅僅表示本發明的選定實施例。基於本發明的實施例，本領域技術人員在沒有做出創造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
下面通過具體的實施例子並結合附圖對本發明做進一步的詳細描述。
請參閱圖1，本發明實施例提供了一種黑冰預警裝置，所述黑冰預警裝置包括地表電阻傳感器101、第一溫度傳感器102、第二溫度傳感器103、控制器104、電源管理模塊105、位置信息採集模塊106以及通信接口107。
所述地表電阻傳感器101用於檢測待測路面區域的地表電阻。
地表電阻傳感器101通常安裝於待檢測路面的地表，且在通常情況下，在不同的水汽條件下待檢測路面的電阻不同，因此安裝於待檢測路面 的地表電阻傳感器101的兩個檢測電極間的阻值存在顯著差異，可以通過這種差異的變化來區分路面不同的水汽條件。路面的水汽條件包括「乾燥」、「潮溼」、「積水」，由於待檢測路面越乾燥待檢測路面的電阻值越大，在具體實施時，需要通過事設定電阻值區間，得到不同路面狀態時的地表電阻傳感器101的檢測電極間的電阻值的範圍，例如，當「乾燥」時，預設定的電阻值的範圍大於R1；當」潮溼」時，預設定的電阻值的範圍大於R2；當」積水」時，預設定的電阻值的範圍大於R3。在判斷路面的水汽條件時，僅需按照特定時間間隔採樣檢測電極間的電阻值，剔除異常值後，判斷其均值位於哪個電阻值區間，即可確定路面的水汽條件。
所述第一溫度傳感器102用於檢測待測路面區域的路面溫度。
第一溫度傳感器102設置於待測路面區域的表面，從而檢測待測路面區域的路面溫度。
所述第二溫度傳感器103用於檢測待測路面區域上方的大氣溫度。
第一溫度傳感器102設置於待測路面區域的上方，從而檢測待測路面區域上方的大氣溫度。
所述控制器104與所述地表電阻傳感器101、所述第一溫度傳感器102、所述第二溫度傳感器103均電連接，用於判斷所述地表電阻是否在預設的閾值範圍內、在預設定的時間段內路面溫度隨時間的變化率及大氣溫度隨時間的變化率是否均小於0以及路面溫度是否大於0，若地表電阻在預設的閾值範圍內且在預設定的時間段內路面溫度隨時間的變化率及大氣溫度隨時間的變化率均小於0以及路面溫度大於0時，依據路面溫度與大氣溫度的差值的絕對值、當前時刻、路面溫度隨時間的變化率以及當前時刻的路面溫度計算出形成黑冰的未來時刻。
本實施例中，預設定的閾值範圍是指路面狀態處於「積水」或者「潮溼」時的電阻閾值範圍；在預設定的時間段內路面溫度隨時間的變化率及大氣溫度隨時間的變化率均小於0時，說明氣溫正在下降，符合黑冰形成的一個條件。
具體地，所述控制器104還用於依據檢測到的預設定的時間段內的多個時刻的路面溫度及最小二乘法計算出路面溫度隨時間的變化率；及依據檢測到的預設定的時間段內的多個時刻的大氣溫度及最小二乘法計算出大氣溫度隨時間的變化率。具體地，路面溫度隨時間的變化率與大氣溫度隨時間的變化率具體由如下方式得出：
如圖2所示，令uRt1、uRt2分別表示路面溫度由當前時刻ti到tm和tn時刻的時間段內數據線性擬合的斜率，ti-tm＝t1，ti-tn＝t2，類似的，令uAt1、uAt2分別表示待測路面區域上方的大氣溫度在t1和t2時段的線性擬合斜率。令(xi，yi)表示路面溫度或待測路面區域上方的大氣溫度的數據點坐標，xi表示時刻，在實際計算中需要確定某時刻為參照點並轉化為小時或分鐘單位，yi表示路面溫度或近地面大氣溫度；u表示路面溫度或待測路面區域上方的大氣溫度在某個時間段內數據線性擬合的斜率。根據算式其中，進行最小二乘法進行線性擬合，可以計算出路
所述控制器104用於若路面溫度與大氣溫度的差值的絕對值小於或等於預設的閾值時，依據算式計算出形成黑冰的時刻，其中t0為形成黑冰的未來時刻，ti為當前的時刻，TRi為當前的時刻對應的 路面溫度，uRi為路面溫度隨時間的變化率。
在氣溫正常的非日照時間路面溫度與待測路面區域上方的大氣溫度變化曲線基本同步且重合或處於某一平衡狀態(待測路面區域上方的大氣溫度與路面溫度保持一個基本恆定的溫度差)，相對於待測路面區域上方的大氣溫度而言，路面溫度變化僅在時間上略有滯後，路面溫度變化斜率與待測路面區域上方的大氣溫度變化斜率是基本近似。
經發明人大量試驗，當路面溫度與大氣溫度的差值的絕對值小於或等於預設的閾值時，說明此時處於非在日照時間的時刻(也就是傍晚至凌晨的時間段)，此時路面溫度與大氣溫度近似直線下降，此時可依據算式 計算出形成黑冰的時刻。
另外，所述控制器104用於若路面溫度與大氣溫度的差值的絕對值大於預設的閾值時，依據算式t0＝2tmax-tmin計算出形成黑冰的未來時刻，其中t0為形成黑冰的未來時刻，ti為當前的時刻，tmin為ti時刻之前且離ti時刻最近的路面溫度為0的時刻，tmax為tmin至ti時間段的路面溫度最大時對應的時刻。
經發明人大量試驗，如圖3所示，當路面溫度與大氣溫度的差值的絕對值大於預設的閾值時，說明此時處於日照時間的時刻(也就是上午至傍晚的時間段)。待測路面區域上方的大氣溫度在白天時的近似於正弦曲線變化，雖然影響待測路面區域上方的大氣溫有除太陽輻射以外的諸多因素，如風向、風速、天氣現象、大氣環流、高低壓場等，但待測路面區域上方的大氣溫度和路面溫度仍近似呈現這一變化規律。因此，此時控制器104還用於依據算式t0＝2tmax-tmin計算出形成黑冰的未來時刻。
電源管理模塊105與控制器104電連接，電源管理模塊105負責電源管理用於為整個黑冰預警裝置，並且還具有穩壓、限壓、調壓、限流等作用，如果採用太陽能供電方式，電源模塊還須具備蓄電池儲能原件的充放電電路。
所述位置信息採集模塊106與所述控制器104電連接，所述位置信息採集模塊106用於採集所述黑冰預警裝置當前的位置信息。本實施例中，位置信息採集模塊可以採用但不限於位置信息採集模塊、網絡地址定位模塊以及樁號定位模塊。
所述通信接口107與所述控制器104電連接，所述控制器104還用於將採集到位置信息和計算得出的形成黑冰的未來時刻通過所述通信接口107發送至一智能終端。
工作人員可在智能終端查看到當前的位置信息及與該位置信息關聯的形成黑冰的未來時刻。
請參閱圖4，本發明實施例還提供了一種黑冰預警方法，需要說明的是，本實施例所提供的黑冰預警方法，其基本原理及產生的技術效果和上述實施例相同，為簡要描述，本實施例部分未提及之處，可參考上述的實施例中相應內容。所述黑冰預警方法包括：
步驟S401：檢測待測路面區域的地表電阻、路面溫度、待測路面區域上方的大氣溫度以及採集當前的位置信息。
步驟S402：依據檢測到的預設定的時間段內的多個時刻的路面溫度及最小二乘法計算出路面溫度隨時間的變化率；及依據檢測到的預設定的時間段內的多個時刻的大氣溫度及最小二乘法計算出大氣溫度隨時間的變化率。
步驟S403：判斷所述地表電阻是否在預設的閾值範圍內、在預設定的時間段內路面溫度隨時間的變化率及大氣溫度隨時間的變化率是否均小於0以及路面溫度是否大於0；若地表電阻在預設的閾值範圍內且在預設定的時間段內路面溫度隨時間的變化率及大氣溫度隨時間的變化率均小於0以及路面溫度大於0時，執行步驟S404。
步驟S404：依據路面溫度與大氣溫度的差值的絕對值、當前時刻、路面溫度隨時間的變化率以及當前時刻的路面溫度計算出形成黑冰的未來時刻。
具體地，步驟S404可以包括依據算式計算出形成黑冰的時刻，其中t0為形成黑冰的未來時刻，ti為當前的時刻，TRi為當前的時刻對應的路面溫度，uRi為路面溫度隨時間的變化率。
具體地，步驟S404還包括依據算式t0＝2tmax-tmin計算出形成黑冰的未來時刻，其中t0為形成黑冰的未來時刻，ti為當前的時刻，tmin為ti時刻之前且離ti時刻最近的路面溫度為0的時刻，tmax為tmin至ti時間段的路面溫度最大時對應的時刻。
步驟S405：將採集到位置信息和計算得出的形成黑冰的未來時刻發送至一智能終端。
綜上，本發明實施例提供的一種黑冰預警裝置與方法，通過檢測待測路面區域的地表電阻、路面溫度以及待測路面區域上方的大氣溫度；若地表電阻在預設的閾值範圍內且在預設定的時間段內路面溫度隨時間的變化率及大氣溫度隨時間的變化率均小於0以及路面溫度大於0時，依據路面溫度與大氣溫度的差值的絕對值、當前時刻、路面溫度隨時間的變化率 以及當前時刻的路面溫度計算出形成黑冰的未來時刻。該黑冰預警裝置與方法可計算出形成黑冰的未來時刻，提醒工作人員在形成黑冰的時刻之前消除待測路面的積水或者冰水混合物或者在黑冰形成的時刻後為駕駛員提供安全行駛的提示。
在本申請所提供的幾個實施例中，應該理解到，所揭露的裝置和方法，也可以通過其它的方式實現。以上所描述的裝置實施例僅僅是示意性的，例如，附圖中的流程圖和框圖顯示了根據本發明的多個實施例的裝置、方法和電腦程式產品的可能實現的體系架構、功能和操作。在這點上，流程圖或框圖中的每個方框可以代表一個模塊、程序段或代碼的一部分，所述模塊、程序段或代碼的一部分包含一個或多個用於實現規定的邏輯功能的可執行指令。也應當注意，在有些作為替換的實現方式中，方框中所標註的功能也可以以不同於附圖中所標註的順序發生。例如，兩個連續的方框實際上可以基本並行地執行，它們有時也可以按相反的順序執行，這依所涉及的功能而定。也要注意的是，框圖和/或流程圖中的每個方框、以及框圖和/或流程圖中的方框的組合，可以用執行規定的功能或動作的專用的基於硬體的系統來實現，或者可以用專用硬體與計算機指令的組合來實現。
另外，在本發明各個實施例中的各功能模塊可以集成在一起形成一個獨立的部分，也可以是各個模塊單獨存在，也可以兩個或兩個以上模塊集成形成一個獨立的部分。
所述功能如果以軟體功能模塊的形式實現並作為獨立的產品銷售或使用時，可以存儲在一個計算機可讀取存儲介質中。基於這樣的理解，本發明的技術方案本質上或者說對現有技術做出貢獻的部分或者該技術方案的部分可以以軟體產品的形式體現出來，該計算機軟體產品存儲在一個 存儲介質中，包括若干指令用以使得一臺計算機設備(可以是個人計算機，伺服器，或者網絡設備等)執行本發明各個實施例所述方法的全部或部分步驟。而前述的存儲介質包括：U盤、移動硬碟、只讀存儲器(ROM，Read-Only Memory)、隨機存取存儲器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光碟等各種可以存儲程序代碼的介質。需要說明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關係術語僅僅用來將一個實體或者操作與另一個實體或操作區分開來，而不一定要求或者暗示這些實體或操作之間存在任何這種實際的關係或者順序。而且，術語「包括」、「包含」或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句「包括一個……」限定的要素，並不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設備中還存在另外的相同要素。
以上所述僅為本發明的優選實施例而已，並不用於限制本發明，對於本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。應注意到：相似的標號和字母在下面的附圖中表示類似項，因此，一旦某一項在一個附圖中被定義，則在隨後的附圖中不需要對其進行進一步定義和解釋。
以上所述，僅為本發明的具體實施方式，但本發明的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術範圍內，可輕易想到變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。因此，本發明的保護範圍應所述以權利要求的保護範圍為準。
需要說明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關係術語僅僅用 來將一個實體或者操作與另一個實體或操作區分開來，而不一定要求或者暗示這些實體或操作之間存在任何這種實際的關係或者順序。而且，術語「包括」、「包含」或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句「包括一個……」限定的要素，並不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設備中還存在另外的相同要素。