专利名称：一种后向多波长红外光谱非接触式路面状况检测方法
技术领域：
本发明涉及一种后向多波长红外光谱非接触式路面状况检测方法，属于红外光谱应用技术领域。
背景技术：
现有的路面状态检测方法最多的是嵌入路面的接触式检测方法，使用复杂，需要把检测器件切割路面埋入地下，一次埋入，不能取出，维护困难，破坏路面，限制了接触式路面状况检测方法的应用推广；接触式检测过程中由于检测器件长期受压会沉陷于路面，从而使测量结果出现偏差，不能检测真实路表状况，接触式路面状况检测方法检测的是路面和覆盖物底面的物质,不能真实反映机车接触面的状况。

发明内容
本发明的目的是提供一种后向多波长红外光谱非接触式路面状况检测方法，以解决目前接触式路面状况检测方法由于检测的是路面和覆盖物底面的物质，不能真实反应机车接触面的状况的问题。本发明为解决上述技术问题而提供一种后向多波长红外光谱非接触式路面状况检测方法，该检测方法的步骤如下I).根据水吸收光谱、冰吸收光谱和雪散射光谱分别筛选各自对应的红外光波段；2).将筛选出各波段的红外光分别通过发射透镜照射目标物路面，形成相对平行的照面；3).利用接收透镜接收相对平行照明的反射光线，并将接收到的光信号转换为电
信号;4).将接收到的三个信号的大小关系判断覆盖物的种类；5).根据判断的覆盖物种类利用相应的厚度计算公式以计算覆盖物厚度，从而判断出照射目标物的路面状况。所述步骤I)中筛选出来的三个红外光的波段分别为1280 1340nm、1400 1460nm 和 1500 1560nm。所述步骤5)中的厚度计算公式为Ln (os/dp) = ε d+k其中dp为干信号，os为有覆盖物时的光信号，d为覆盖物厚度，ε为吸光系数，k为常数，受路面条件影响。所述步骤5)在计算覆盖物厚度时加入了干扰数据剔除算法，该算法利用分段统计方法实现，用于将由车辆行人引起的少量突变信号剔除。所述厚度计算公式中干信号dp是通过计算一定时间内干燥路面反射的光信号的平均值得到的。
本发明的有益效果是本发明基于水、冰、雪的红外光谱特性实现了路面状况的非接触测量，首先将筛选出来的三个不同波长的红外光通过发射透镜照射目标物形成照射面，然后接收经过照射面反射及吸收和散射后的的光信号，根据信号的大小关系可以判别路面状态，最后利用相应的厚度计算公式计算覆盖物的厚度，从而检测出路面的状况。与接触式检测方法相比，本发明实测面积大，数据更真实，目标更直接，从而检测结果更加准确。


图I是本发明后向多波长红外光谱非接触式路面状况检测方法的检测光路示意图；图2是本发明后向多波长红外光谱非接触式路面状况检测方法的检测原理示意图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的具体实施方式
做进一步的说明。本发明是基于水、冰、雪的红外光谱特性实现了路面状况的非接触测量，一旦路面潮湿、积水、结冰、积雪，入射光由于照面表面反射及水分子和固体颗粒对光信号的吸收和散射共同作用，实测到的三个后向散射光信号表现出不同的特点，根据三个信号的大小关系可以判别路面状态，根据判断的覆盖物种类进入不同的厚度计算公式；然后根据物质的吸光度可以计算覆盖物厚度，测量理论基础为修正的朗伯-比尔定律，本发明采用三波长测量能够减小覆盖物颗粒度等引起的测量误差，比单波长进行更精确的测量。其具体步骤如下I.根据水吸收光谱、冰吸收光谱、雪散射光谱筛选出三个波长为λ i = 1280 1340nm、λ 2=1400 1460nm和λ 3=1500 1560nm的红外光，用于作为检测路面状况的红外光源。2.将筛选出来的三个不同波长的红外光通过发射透镜照射目标物，形成三个相对平行的照面，照面表面反射及水分子和固体颗粒对光信号进行吸收和散射。3.利用接收透镜接收三个相对平行照面的反射及水分子和固体颗粒对光信号的吸收和散射后的光线。4.根据接收到的三个信号的大小关系判断覆盖物的种类，实测到的后向散射信号的表现如下，其中水对三个波长的主要为反射和吸收，后向散射系数ε η> ε 13> ε 12 ;冰对三个波长的后向散射系数ε 21> ε 22> ε 23 ;雪对三个波长的后向散射系数ε 31> ε 32> ε 33 ;如表I所示，根据三个后向散射光信号与路面干燥时光信号的比值的大小及差值，定性分析路面状况。表I
权利要求
1.一种后向多波长红外光谱非接触式路面状况检测方法，其特征在于该检测方法的步骤如下 1).根据水吸收光谱、冰吸收光谱和雪散射光谱分别筛选各自对应的红外光波段； 2).将筛选出各波段的红外光分别通过发射透镜照射目标物路面，形成相对平行的照面； 3).利用接收透镜接收相对平行照明的反射光线，并将接收到的光信号转换为电信号; 4).将接收到的三个信号的大小关系判断覆盖物的种类； 5).根据判断的覆盖物种类利用相应的厚度计算公式以计算覆盖物厚度，从而判断出照射目标物的路面状况。
2.根据权利要求I所述的后向多波长红外光谱非接触式路面状况检测方法，其特征在于所述步骤I)中筛选出来的三个红外光的波段分别为1280 1340nm、1400 1460nm和1500 1560nmo
3.根据权利要求I所述的后向多波长红外光谱非接触式路面状况检测方法，其特征在于所述步骤5)中的厚度计算公式为Ln (os/dp)=e d+k 其中dp为干信号，os为有覆盖物时的光信号，d为覆盖物厚度，e为吸光系数，k为常数，受路面条件影响。
4.根据权利要求I所述的后向多波长红外光谱非接触式路面状况检测方法，其特征在于所述步骤5)在计算覆盖物厚度时加入了干扰数据剔除算法，该算法利用分段统计方法实现，用于将由车辆行人引起的少量突变信号剔除。
5.根据权利要求4所述的后向多波长红外光谱非接触式路面状况检测方法，其特征在于所述厚度计算公式中干信号dp是通过计算一定时间内的干燥路面返回光信号的平均值得到的。
全文摘要
本发明涉及一种后向多波长红外光谱非接触式路面状况检测方法，属于红外光谱应用技术领域。本发明基于水、冰、雪的红外光谱特性实现了路面状况的非接触测量，首先将筛选出来的三个不同波长的红外光通过发射透镜照射目标物形成照射面，然后接收经过照射面反射及吸收和散射后的光信号，根据信号的大小关系可以判别路面状态，最后利用相应的厚度计算公式计算覆盖物的厚度，从而检测出路面的状况。与接触式检测方法相比，本发明实测面积大，数据更真实，目标更直接，从而检测结果更加准确。
文档编号G01N21/25GK102967561SQ201210533298
公开日2013年3月13日 申请日期2012年12月11日 优先权日2012年12月11日
发明者王艳斌, 李秀红, 吴志刚, 乔长城, 王柏林, 余国河, 冶林茂, 陈涛, 李鹏, 马号兵, 张振强, 裴巧萍, 黄小龙, 朱东红, 韩振宇, 吴苏, 李佳, 苏振 申请人:河南中原光电测控技术有限公司