一种基于胎路摩擦声纹的路面结冰状况判断方法

本发明涉及道路结冰检测与预警的，特别涉及一种基于胎路摩擦声纹的路面结冰状况判断方法。

背景技术：

1、道路结冰预警是一项至关重要的交通管理和安全措施，其重要性跨足了多个层面，对于保障公共安全、提高交通效率以及减少经济损失都有着深远的影响。在寒冷的季节，道路结冰往往成为引发交通事故和交通阻塞的主要原因。首先，道路结冰预警的重要性体现在其对交通安全的直接影响。结冰的路面极易导致车辆打滑、失控，进而引发交通事故。预警系统通过实时监测道路状况，提前发现结冰风险，使驾驶员得以提前采取谨慎驾驶的措施，减少事故的发生概率，保障了驾驶员和乘客的生命安全。特别是在高速公路等交通密集区域，道路结冰预警系统的作用更为明显，有助于减少交通事故的连锁反应，避免因结冰而导致的严重后果。其次，结冰道路通常导致交通拥堵和延误，严重影响道路通行效率。通过提前发现结冰迹象，交通管理者可以采取及时的清雪、撒盐等措施，从而减少交通阻塞的发生。此外，预警系统还能够向驾驶员提供合适的绕行建议，避开结冰区域，提高整体交通流畅度，为城市交通提供更为高效的服务。

2、现有的路面结冰预警方法涵盖了多个领域，包括传感技术、气象学、数据处理和智能系统。这些方法综合运用多种技术手段，以提供及时、准确的路面结冰信息。1)温度传感器和湿度传感器：温度是路面结冰的主要影响因素之一。通过在道路上部署温度传感器，可以实时监测路面温度的变化。湿度传感器则用于检测空气中的湿度。这两种传感器的数据可以结合起来分析，以提前判断结冰的风险。2)：化学感知技术：使用化学传感器检测路面上可能出现的冰层。这类传感器能够感知特定的化学物质，如盐分或融雪剂，这些物质在结冰前后会有明显的变化。通过监测这些变化，系统可以提前预警结冰的可能性。3)气象数据和天气雷达：收集气象数据，包括气温、湿度、降水量等，以及天气雷达信息。结合这些数据，可以更准确地预测未来的天气状况，从而提前预警路面结冰的可能性。然而这些方法均需要通过多源数据的综合评判才能作出路面状况的预警，难以针对广域路网进行全面部署。车辆驶过路面时，轮胎与路面的发生摩擦而产生声音。随着路面状况的改变尤其是路面结冰时，轮胎-路面的摩擦接触关系发生改变，继而影响到产生的轮胎-路面摩擦声。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的不足之处，本发明的目的是提供一种基于胎路摩擦声纹的路面结冰状况判断方法，通过对收集到的声音数据进行声纹特征进行分析判断，依据不同状态下声纹特征差异进行路面结冰的实时监测，可以快速、准确、低成本的实现道路状况的全时全域监测。为了实现根据本发明的上述目的和其他优点，提供了一种基于胎路摩擦声纹的路面结冰状况判断方法，包括：

2、s1、通过录音设备采集车辆驶过路面时产生的轮胎与路面的摩擦声；

3、s2、对所述摩擦声的声纹信号进行预处理；

4、s3、根据预处理的声纹信号进行模型判断，判断道路是否结冰；

5、s4、根据模型判断结果，生成结冰警报信号。

6、优选的，步骤s1中录音设备为定向麦克风，该定向麦克风通过放在路侧支架固定与路边上，该支架具有调节功能。

7、优选的，步骤s2中具体工作步骤包括：

8、s21、通滤波器来去除信号中的不需要的频率成分，同时保留感兴趣的频率范围；

9、s22、使用中值滤波或小波降噪的降噪技术去除信号中的环境噪音或其他干扰；

10、s23、通过放大器或增益控制来调整信号的幅度，使其适应后续处理步骤的要求；

11、s24、将信号的幅度范围缩放到标准范围，确保不同信号之间的一致性。

12、优选的，步骤s3中具体工作步骤包括：

13、s31、从声音信号中提取用于识别的特征，包括梅尔频率倒谱系数、线性预测编码系数及频谱特征；

14、s32、依据提取的声音信号特征，建立识别模型，其中包括但不限于：高斯混合模型、支持向量机、深度学习模型；

15、s33、利用实际采集并人工标注过的声纹数据对选择的模型进行训练；

16、s34、使用交叉验证技术来评估模型的性能以防止过拟。

17、优选的，步骤s4中具体包含以下步骤：

18、s41、根据历史数据，确定监测区域内的结冰季节，其余时段系统保持关闭状态；

19、s42、在保持监测开启阶段，当通过声纹判断有车辆经过时，按照固定的时间间隔切分车辆经过时的声纹数据；

20、s43、将切分的声纹数据进行相应的信号处理和声纹识别；

21、s44、当判断出现路面结冰时，发出预警信息。

22、本发明与现有技术相比，其有益效果是：本方法通过车辆驶过时轮胎-路面摩擦声音的声纹特征进行分析判断，依据不同状态下声纹特征差异进行路面结冰的实时监测，可以快速、准确、低成本的实现道路状况的全时全域监测。这不仅有助于减少交通事故的发生，还能降低事故的严重程度，减少交通伤亡和财产损失。同时也为减少交通阻塞，提高道路通行效率提供帮助。

技术特征：

1.一种基于胎路摩擦声纹的路面结冰状况判断方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的一种基于胎路摩擦声纹的路面结冰状况判断方法，其特征在于，步骤s1中录音设备为定向麦克风，该定向麦克风通过放在路侧支架固定与路边上，该支架具有调节功能。

3.如权利要求1所述的一种基于胎路摩擦声纹的路面结冰状况判断方法，其特征在于，步骤s2中具体工作步骤包括：

4.如权利要求1所述的一种基于胎路摩擦声纹的路面结冰状况判断方法，其特征在于，步骤s3中具体工作步骤包括：

5.如权利要求1所述的一种基于胎路摩擦声纹的路面结冰状况判断方法，其特征在于，步骤s4中具体包含以下步骤：

技术总结
本发明公开了一种基于胎路摩擦声纹的路面结冰状况判断方法，包括：S1、通过录音设备采集车辆驶过路面时产生的轮胎与路面的摩擦声；S2、对所述摩擦声的声纹信号进行预处理；S3、根据预处理的声纹信号进行模型判断，判断道路是否结冰；S4、根据模型判断结果，生成结冰警报信号。根据本发明，通过对收集到的声音数据进行声纹特征进行分析判断，依据不同状态下声纹特征差异进行路面结冰的实时监测，可以快速、准确、低成本的实现道路状况的全时全域监测。

技术研发人员：杜豫川,李亦舜,刘成龙,吴荻非,王书玲,李伦鹏
受保护的技术使用者：同济大学
技术研发日：
技术公布日：2024/5/12