黑冰预警装置与方法与流程

本发明涉及交通运输领域，具体而言，涉及一种黑冰预警装置与方法。

背景技术：

黑冰(black ice)是一种描述道路路面浅层积水处于临界结冰状态或薄冰的形象表述，其特征是道路表面聚积的薄层积水凝结的冰晶或临界结冰的冰水混合物。黑冰形成的主要原因和过程是路面由于浅层积水或地面蒸发水雾、冷凝水在路面形成一层薄的液态层，这些呈临界结冰状态的液态层通常刚好将路面的糙面凹陷填平或略高于路面，在路面温度接近零度或低于零度时这些液态层处于临界凝结或凝结成冰或冰晶状态。由于黑冰附着在路面，与道路颜色基本一致，在车辆行驶中驾驶人员肉眼基本无法发现黑冰，所以对道路交通的危害极大，易生产重大交通事故。在黑冰形成前就对可能产生黑冰的路段进行有效预警是一种积极有效的事故防范方法。

目前我国采用的方法是由气象预报单位发布结冰预警，虽然具有气象学意义上的针对性，但是就道路交通而言则没有针对性，实际意义不大。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明实施例的目的在于提供一种黑冰预警装置与方法。

第一方面，本发明实施例提供了一种黑冰预警装置，所述黑冰预警装置包括：

地表电阻传感器，用于检测待测路面区域的地表电阻；

第一温度传感器，用于检测待测路面区域的路面温度；

第二温度传感器，用于检测待测路面区域上方的大气温度；

控制器，与所述地表电阻传感器、所述第一温度传感器、所述第二温度传感器均电连接，用于判断所述地表电阻是否在预设的阈值范围内、在预设定的时间段内路面温度随时间的变化率及大气温度随时间的变化率是否均小于0以及路面温度是否大于0，若地表电阻在预设的阈值范围内且在预设定的时间段内路面温度随时间的变化率及大气温度随时间的变化率均小于0以及路面温度大于0时，依据路面温度与大气温度的差值的绝对值、当前时刻、路面温度随时间的变化率以及当前时刻的路面温度计算出形成黑冰的未来时刻。

第二方面，本发明实施例还提供了一种黑冰预警方法，所述黑冰预警方法包括：

检测待测路面区域的地表电阻、路面温度以及待测路面区域上方的大气温度；

判断所述地表电阻是否在预设的阈值范围内、在预设定的时间段内路面温度随时间的变化率及大气温度随时间的变化率是否均小于0以及路面温度是否大于0；

若地表电阻在预设的阈值范围内且在预设定的时间段内路面温度随时间的变化率及大气温度随时间的变化率均小于0以及路面温度大于0时，依据路面温度与大气温度的差值的绝对值、当前时刻、路面温度随时间的变化率以及当前时刻的路面温度计算出形成黑冰的未来时刻。

与现有技术相比，本发明实施例提供的一种黑冰预警装置与方法，通过检测待测路面区域的地表电阻、路面温度以及待测路面区域上方的大气温度；若地表电阻在预设的阈值范围内且在预设定的时间段内路面温度随时间的变化率及大气温度随时间的变化率均小于0以及路面温度大于0时，依据路面温度与大气温度的差值的绝对值、当前时刻、路面温度随时间的变化率以及当前时刻的路面温度计算出形成黑冰的未来时刻。该黑冰预警装置与方法可计算出形成黑冰的未来时刻，提醒工作人员在形成黑冰的时刻之前消除待测路面的积水或者冰水混合物或者在黑冰形成的时刻后为驾驶员提供安全行驶的提示。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

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，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明实施例提供的一种黑冰预警装置的电路连接框图；

图2为本发明实施例提供的一种t_n时刻、t_i时刻以及t_m时刻的时间先后关系示意图；

图3为本发明实施例提供的一种在上午至傍晚的温度随时间变化的曲线示意图；

图4为本发明实施例提供的一种黑冰预警方法的流程图。

其中，附图标记与部件名称之间的对应关系如下：地表电阻传感器101、第一温度传感器102、第二温度传感器103、控制器104、电源管理模块105、位置信息采集模块106以及通信接口107。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面通过具体的实施例子并结合附图对本发明做进一步的详细描述。

请参阅图1，本发明实施例提供了一种黑冰预警装置，所述黑冰预警装置包括地表电阻传感器101、第一温度传感器102、第二温度传感器103、控制器104、电源管理模块105、位置信息采集模块106以及通信接口107。

所述地表电阻传感器101用于检测待测路面区域的地表电阻。

地表电阻传感器101通常安装于待检测路面的地表，且在通常情况下，在不同的水汽条件下待检测路面的电阻不同，因此安装于待检测路面 的地表电阻传感器101的两个检测电极间的阻值存在显著差异，可以通过这种差异的变化来区分路面不同的水汽条件。路面的水汽条件包括“干燥”、“潮湿”、“积水”，由于待检测路面越干燥待检测路面的电阻值越大，在具体实施时，需要通过事设定电阻值区间，得到不同路面状态时的地表电阻传感器101的检测电极间的电阻值的范围，例如，当“干燥”时，预设定的电阻值的范围大于R1；当”潮湿”时，预设定的电阻值的范围大于R2；当”积水”时，预设定的电阻值的范围大于R3。在判断路面的水汽条件时，仅需按照特定时间间隔采样检测电极间的电阻值，剔除异常值后，判断其均值位于哪个电阻值区间，即可确定路面的水汽条件。

所述第一温度传感器102用于检测待测路面区域的路面温度。

第一温度传感器102设置于待测路面区域的表面，从而检测待测路面区域的路面温度。

所述第二温度传感器103用于检测待测路面区域上方的大气温度。

第一温度传感器102设置于待测路面区域的上方，从而检测待测路面区域上方的大气温度。

所述控制器104与所述地表电阻传感器101、所述第一温度传感器102、所述第二温度传感器103均电连接，用于判断所述地表电阻是否在预设的阈值范围内、在预设定的时间段内路面温度随时间的变化率及大气温度随时间的变化率是否均小于0以及路面温度是否大于0，若地表电阻在预设的阈值范围内且在预设定的时间段内路面温度随时间的变化率及大气温度随时间的变化率均小于0以及路面温度大于0时，依据路面温度与大气温度的差值的绝对值、当前时刻、路面温度随时间的变化率以及当前时刻的路面温度计算出形成黑冰的未来时刻。

本实施例中，预设定的阈值范围是指路面状态处于“积水”或者“潮湿”时的电阻阈值范围；在预设定的时间段内路面温度随时间的变化率及大气温度随时间的变化率均小于0时，说明气温正在下降，符合黑冰形成的一个条件。

具体地，所述控制器104还用于依据检测到的预设定的时间段内的多个时刻的路面温度及最小二乘法计算出路面温度随时间的变化率；及依据检测到的预设定的时间段内的多个时刻的大气温度及最小二乘法计算出大气温度随时间的变化率。具体地，路面温度随时间的变化率与大气温度随时间的变化率具体由如下方式得出：

如图2所示，令u_Rt1、u_Rt2分别表示路面温度由当前时刻t_i到t_m和t_n时刻的时间段内数据线性拟合的斜率，t_i-t_m＝t₁，t_i-t_n＝t₂，类似的，令u_At1、u_At2分别表示待测路面区域上方的大气温度在t₁和t₂时段的线性拟合斜率。令(x_i，y_i)表示路面温度或待测路面区域上方的大气温度的数据点坐标，x_i表示时刻，在实际计算中需要确定某时刻为参照点并转化为小时或分钟单位，y_i表示路面温度或近地面大气温度；u表示路面温度或待测路面区域上方的大气温度在某个时间段内数据线性拟合的斜率。根据算式其中，进行最小二乘法进行线性拟合，可以计算出路

所述控制器104用于若路面温度与大气温度的差值的绝对值小于或等于预设的阈值时，依据算式计算出形成黑冰的时刻，其中t₀为形成黑冰的未来时刻，t_i为当前的时刻，T_Ri为当前的时刻对应的 路面温度，u_Ri为路面温度随时间的变化率。

在气温正常的非日照时间路面温度与待测路面区域上方的大气温度变化曲线基本同步且重合或处于某一平衡状态(待测路面区域上方的大气温度与路面温度保持一个基本恒定的温度差)，相对于待测路面区域上方的大气温度而言，路面温度变化仅在时间上略有滞后，路面温度变化斜率与待测路面区域上方的大气温度变化斜率是基本近似。

经发明人大量试验，当路面温度与大气温度的差值的绝对值小于或等于预设的阈值时，说明此时处于非在日照时间的时刻(也就是傍晚至凌晨的时间段)，此时路面温度与大气温度近似直线下降，此时可依据算式 计算出形成黑冰的时刻。

另外，所述控制器104用于若路面温度与大气温度的差值的绝对值大于预设的阈值时，依据算式t₀＝2t_max-t_min计算出形成黑冰的未来时刻，其中t₀为形成黑冰的未来时刻，t_i为当前的时刻，t_min为t_i时刻之前且离t_i时刻最近的路面温度为0的时刻，t_max为t_min至t_i时间段的路面温度最大时对应的时刻。

经发明人大量试验，如图3所示，当路面温度与大气温度的差值的绝对值大于预设的阈值时，说明此时处于日照时间的时刻(也就是上午至傍晚的时间段)。待测路面区域上方的大气温度在白天时的近似于正弦曲线变化，虽然影响待测路面区域上方的大气温有除太阳辐射以外的诸多因素，如风向、风速、天气现象、大气环流、高低压场等，但待测路面区域上方的大气温度和路面温度仍近似呈现这一变化规律。因此，此时控制器104还用于依据算式t₀＝2t_max-t_min计算出形成黑冰的未来时刻。

电源管理模块105与控制器104电连接，电源管理模块105负责电源管理用于为整个黑冰预警装置，并且还具有稳压、限压、调压、限流等作用，如果采用太阳能供电方式，电源模块还须具备蓄电池储能原件的充放电电路。

所述位置信息采集模块106与所述控制器104电连接，所述位置信息采集模块106用于采集所述黑冰预警装置当前的位置信息。本实施例中，位置信息采集模块可以采用但不限于位置信息采集模块、网络地址定位模块以及桩号定位模块。

所述通信接口107与所述控制器104电连接，所述控制器104还用于将采集到位置信息和计算得出的形成黑冰的未来时刻通过所述通信接口107发送至一智能终端。

工作人员可在智能终端查看到当前的位置信息及与该位置信息关联的形成黑冰的未来时刻。

请参阅图4，本发明实施例还提供了一种黑冰预警方法，需要说明的是，本实施例所提供的黑冰预警方法，其基本原理及产生的技术效果和上述实施例相同，为简要描述，本实施例部分未提及之处，可参考上述的实施例中相应内容。所述黑冰预警方法包括：

步骤S401：检测待测路面区域的地表电阻、路面温度、待测路面区域上方的大气温度以及采集当前的位置信息。

步骤S402：依据检测到的预设定的时间段内的多个时刻的路面温度及最小二乘法计算出路面温度随时间的变化率；及依据检测到的预设定的时间段内的多个时刻的大气温度及最小二乘法计算出大气温度随时间的变化率。

步骤S403：判断所述地表电阻是否在预设的阈值范围内、在预设定的时间段内路面温度随时间的变化率及大气温度随时间的变化率是否均小于0以及路面温度是否大于0；若地表电阻在预设的阈值范围内且在预设定的时间段内路面温度随时间的变化率及大气温度随时间的变化率均小于0以及路面温度大于0时，执行步骤S404。

步骤S404：依据路面温度与大气温度的差值的绝对值、当前时刻、路面温度随时间的变化率以及当前时刻的路面温度计算出形成黑冰的未来时刻。

具体地，步骤S404可以包括依据算式计算出形成黑冰的时刻，其中t₀为形成黑冰的未来时刻，t_i为当前的时刻，T_Ri为当前的时刻对应的路面温度，u_Ri为路面温度随时间的变化率。

具体地，步骤S404还包括依据算式t₀＝2t_max-t_min计算出形成黑冰的未来时刻，其中t₀为形成黑冰的未来时刻，t_i为当前的时刻，t_min为t_i时刻之前且离t_i时刻最近的路面温度为0的时刻，t_max为t_min至t_i时间段的路面温度最大时对应的时刻。

步骤S405：将采集到位置信息和计算得出的形成黑冰的未来时刻发送至一智能终端。

综上，本发明实施例提供的一种黑冰预警装置与方法，通过检测待测路面区域的地表电阻、路面温度以及待测路面区域上方的大气温度；若地表电阻在预设的阈值范围内且在预设定的时间段内路面温度随时间的变化率及大气温度随时间的变化率均小于0以及路面温度大于0时，依据路面温度与大气温度的差值的绝对值、当前时刻、路面温度随时间的变化率 以及当前时刻的路面温度计算出形成黑冰的未来时刻。该黑冰预警装置与方法可计算出形成黑冰的未来时刻，提醒工作人员在形成黑冰的时刻之前消除待测路面的积水或者冰水混合物或者在黑冰形成的时刻后为驾驶员提供安全行驶的提示。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。

所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个 存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用 来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。