专利名称：一种应用于交通领域的透射法能见度检测装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种应用于交通领域的透射法能见度检测装置，特别是一种主要用于道路交通和内河航道交通领域的、可对能见度数值进行组态的高地域分辨率能见度检测装置。
背景技术：
能见度变化是由于大气悬浮物对光散射和吸收作用而造成的光衰减现象，世界气象组织对能见度有明确定义，即气象光学视距(MOR)，它表达了特定光源经大气环境衰减至预定数值是所经过的路径距离即为能见度距离。国际现有的能见度探测探测方法主要是对一个监测点的能见度状态进行探测，并据此推测一个区域的能见度变化。这在气象学意义上针对一个区域而言已经够用，但是针对具体应用而言气象学意义上的能见度检测技术还不能满足专业领域的使用要求，例如交通领域，交通环境的特点是持续距离长，地域跨度大，实时性要求高，对交通持续地域的能见度持续变化分辨率要求极高，这里所说的能见度持续变化分辨率不仅仅是指能见度变化的测量值，主要是指交通覆盖地域内各物理地点地域的细分程度及在上述细化的地域上对能见度的实时检测能力，这就需要一种专业的能见度检测装置。就检测手段而言，目前主要有散射法能见度检测技术和透射法能见度检测技术。 散射法测能见度又分为前向散射法检测技术和后向散射法检测技术，其基本原理是激光照射在被测试大气样本时，被测大气环境中的气溶胶等悬浮颗粒将发生散射现象，接收器接收被散射的光线，其散射光强与能见度成反比，能见度高时空气中的悬浮粒子少，致散射光弱；若大气环境中悬浮粒子多则散射光强，通过检测接收端的散射光强就可测算出当前能见度数值。散射法是通过当前检测点的能见度数值来推测检测点周围的能见度变化数值， 其真正有效的实际能见度数值仅限于检测点；所以此类装置无地域能见度分辨率可言。透射法是在检测区的一端设置一个发射器，另一端设置一个接收器，发射器发射的检测光束在到达接收端时会因为大气环境中的悬浮粒子导致光束的光强生产衰减，通过计算固定距离内光强变化就可获得能见度数值。透射法是对检测光路内的能见度变化进行监测，其数值与实际应用比较接近。用于气象学意义上的透射法能见度检测装置采用定距检测，由于需要兼顾较高能见度和较低能见度数值的检测，检测光束在接收端需要有较大的动态范围，所以只能采取远距离高光强方式来获得较大的动态区间，因此产生了一系列的应用难题，例如检测光束与靶区之间的对准(抗抖动)、高能见度与低能见度之间的检测侧重、检测段区域内能见度变化的定位等问题，这也是导致透射法能见度检测装置价格居高不下的原因之一，同时也限制了透射法能见度检测装置的应用领域。就透射法能见度检测技术而言，当前技术如果要获得较大的动态能见度检测范围就必须在相距较远的位置设置收发装置，以此获得较大的光学动态范围。在探测较大能见度范围时探测装置的间隔距离越近则检测难度越大，成本也越高。为了获得稳定的检测结果，当前所有能见度检测技术都要求使用专用的检测光
3源，无论是散射法还是透射法都要求使用专用的、恒定的检测光源，目前绝大部分的检测装置还要求发射及接收装置在相对恒温的环境下工作，这对应用环境也提出了更高的要求， 在以太阳能供电的环境下要实现对探测头的恒温不是一件容易的事情，这会进一步推高成本。公开号CN2757122Y即描述了涉及控制检测白光L E D光强度、光波长、光色彩，并对镜头污染补偿的发射装置，还包括用于分离信号与随机误差的动态检测。其涉及的条件因素越多，其使用成本就越高，适用范围就越受限制。目前的透射法能见度检测装置都只考虑了成对配置，并且只能对检测区域内的总测量结果负责，无法实现地域高分辨率能见度数值检测。同时透射法检测装置因检测光束需要较高稳定度才能够有效对准远端的接收器靶心，在道路交通环境中应用会因为车辆运行导致检测光束震颤，结果使用普通的透射法能见度检测技术会因为应用环境震颤而导致检测光束脱离靶区，故在道路交通领域几乎没有透射法能见度检测装置在实际应用。公开号EP1300672A和AU2002301358A均描述了采用上述方法测量空气能见度的光学系统，且均基于通过测量参数固定的光源的光度变化来推断能见度的数值。此外，还有人提出通过数字摄像在大气环境中检测各种不同的空间频率的靶标的空间分辨率和对比度，通过靶标检测与能见度的相关性规律，从而由实测的靶标参数按照各自条件下的相关性转换为该条件下的能见度的方法，见中国专利申请公开CN1580738A， 其实质上也是基于透射条件因素而进行的监测方法，只是把靶标图像作为发射装置来对
IvTo目前已经投入使用的散射法能见度检测技术和透射法能见度检测技术设计应用方向均为气象环境，其光学装置没有适用于交通环境下应用的有效设计，且上述能见度检测装置对应用环境的要求也极高，无法在道路交通环境中获得大规模应用。限于目前国际上能见度检测技术的限制，国内交通领域默认的能见度变化检测点分布距离间隔大约是15公里，也就是说交通领域的能见度变化地域分辨率是15公里。按上述检测点的实测数值来推测全域的能见度数值。显然，对于小直径的团雾、烟雾等可能产生视线断层的高危能见度变化使用这种检测间隔是无法满足交通环境应用要求的。交通覆盖区域内高分辨率的全程能见度检测装置及实施技术在全行业还处于空白。基于上述原因，目前国际上还没有解决对交通延续区域内雾区覆盖范围、中心点、移动趋势、移动速度、 各具体点位能见度数值等数据的实际检测，同时也无法提供对低能见度覆盖区内有针对性的交通安全策略。如需满足对交通领域低能见度的安全控制策略则必须提供高分辨率的能见度检测技术和相关装置，任何单一能见度检测装置均不可能满足大覆盖范围内高分辨率的能见度检测要求，市场急需一种可对能见度数值按需进行组态的技术和装置来实现对大覆盖区域内的高分辨率能见度检测。从已知因低能见度导致的事故分析中获悉，在高速行驶中的在途车辆或船舶因遇到视线断层事件所导致的事故占低能见度事故总数的90%以上，且基本上都是恶性事故。 视线断层事件通常是因为高密度小范围的能见度下降所导致，例如高密度团雾、较浓的烟雾等，其中尤其是团雾对交通环境中交通参与者构成的威胁最大。团雾的物理形态是指水平直径较小、悬浮物分布密度较高的雾，团雾在我国的分布极广泛，由于其形态是随机的， 且移动速度较快，故目前在全球都还没有能够有效解决团雾对道路交通的危害，也没有对团雾进行有效检测的技术和装置。
4[0014]解决交通覆盖区内地域高分辨率能见度变化检测目前面临的主要问题是需要解决交通覆盖区域全程的、具有实用性的短距离能见度检测技术及能见度数值的拼接技术， 此技术需满足交通环境对能见度检测实时性、广域性、宽量程范围及高可靠性应用要求。能够对交通覆盖区全程进行能见度检测的方法在行业内目前还是空白。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题是，克服现有能见度检测技术不能对交通覆盖区内全程能见度进行检测的缺陷，提供一种低成本、宽量程、检测数值可拼接的一种应用于交通领域的透射法能见度检测装置。本实用新型获取能见度的基本原理基于透射法能见度检测方式，一个最小的可独立运行的能见度检测区由一对检测装置组成，其中一个检测装置发射检测光束，另一个检测装置接收和分析检测光束从发射端至接收端所产生的衰减并据此获得能见度数值；本实用新型的检测区可以根据需要组态，每个能见度检测装置都具备与其他同类能见度检测装置的实测数据合并或衔接的接口和协议，并基于这些相互衔接的接口和协议可以由多个检测区组成长距离高地域分辨率的能见度数值表述带。本实用新型解决上述问题所采用的技术方案是每个单体的一种应用于交通领域的透射法能见度检测装置包括一个检测光束发射装置，一个检测光束接收装置，一个控制和实时数据处理模块，一个通讯模块，一个供电模块，其中检测光束发射与检测光束接收装置可以根据不同组态需要独立使用或共同使用。检测装置特征是a、最少由二个单体的能见度检测装置组成一个一种应用于交通领域的透射法能见度检测区，每个单体的能见度检测装置都具有唯一的通讯地址，一个唯一的与通讯地址对应的物理地址或坐标，在对能见度进行表述时基于上述地址实现位置表述。每个检测区包含不少于一个检测光束发射装置，接收装置具有不少于一个检测光束接收器。b、一种应用于交通领域的透射法能见度检测装置的检测光束具有检测光强可变能力，可根据接收端接收到的实际检测光强闭环调整发射光强并使之趋于最佳检测光强区，闭环调整通过内置的通讯链路实现。据此，1.所述的一种应用于交通领域的透射法能见度检测装置采用数据库方式解析能见度数值。2.所述的一种应用于交通领域的透射法能见度检测装置采用可控散焦方式实现一种可应用于交通领域的抗抖动功能。3.所述的一种应用于交通领域的透射法能见度检测装置采用共模抗干扰技术实现干扰信号的过滤。4.所述的一种应用于交通领域的透射法能见度检测装置采用同步时间抗干扰技术实现干扰信号的过滤。5.所述的一种应用于交通领域的透射法能见度检测装置采用电参数数据库补偿技术解决检测光束发射装置和接收器件电参数离散问题。6.所述的一种应用于交通领域的透射法能见度检测装置采用数据链路衔接方式组成阵列配置并对能见度检测数值进行组态和形成能见度表述带。
5[0027]7.所述的一种应用于交通领域的透射法能见度检测装置采用标准时间作为时间同步源，并基于标准时间对能见度数值进行表述。8.每一个一种应用于交通领域的透射法能见度检测装置均具有唯一的通讯地址及与物理地址对应的坐标地址或物理地址编码。9. 一种应用于交通领域的透射法能见度检测装置同步时间来源是卫星授时、电波授时或外场无线转发。本实用新型基本原理是基于透射法能见度检测技术来实现一种应用于交通领域的透射法能见度检测；一种应用于交通领域的透射法能见度检测的实施方法是当探测光源的发射光强被确定、接收器接收灵敏度及动态范围和变化曲线被确定、收发装置之间的检测距离被确定时，接收器一侧收到的检测信号变化只与检测光源传输途径中的衰减量相关。当检测光源发射光强被确定、接收器的接收灵敏度被确定、收发装置之间的检测距离被确定，接收装置的动态变化范围和变化曲线被确定时，接收器上接收到的动态信号致接收器产生的电参数变化与能见度数值(也可称消光系数)变化相关，且每一个电参数的变化数值会对应一个唯一的能见度数值。在动态范围内连续的电参数数值与对应的能见度数值之间具有对应的关系，基于这种关系创建的数据库可以解析由能见度检测装置实测的动态电参数与能见度之间的关系并提供实时的能见度数值，该方式为能见度的数据库解析法。本实用新型所述的一种应用于交通领域的透射法能见度检测装置首选使用预置的电参数与能见度之间关系数据库解析法实时能见度数值，次选公式法能见度解析。在数据库中再加入与能见度对应的控制点即可实现控制信号的输出，控制点可以在数据库对应能见度数值的任意位置设置，该控制点用于启动外部设备(例如防雾装置)。每一个检测区的一种应用于交通领域的透射法能见度检测装置都能够对不少于一个控制点实时能见度变化做出响应，控制点的具体数量参数化设置。本实用新型采用一种适应交通环境抖动较大的能见度检测环境，为克服检测光束抖动导致的脱靶，检测采用近距离采样方式同时采用检测光束可控散焦技术，在保证光强不变的前提下将检测光束靶区投影加大并在使靶区检测光束投影的光斑内光强差小于5%， 使检测光束在合理抖动期间光斑仍然可以覆盖靶区。一种应用于交通领域的透射法能见度检测的技术在近距离采样时难点是光斑检测动态区间很小，获得的有效样本信号幅度很小，信噪比较低。为了获得较大的动态区间首先必须首先抗干扰。本实用新型使用共模抗干扰技术，通过共模技术来去除或减少干扰信号并最大限度提高信噪比。本实用新型在实际应用中是一种批量配置的能见度检测装置，检测光束发射管与检测光束接收管都属于半导体器件，在生产实践中，其性能指标离散性无法避免，为保证能见度检测装置的检测稳定性和有效性，本实用新型使用参数补偿技术对检测光束和检测光束接收装置进行补偿，补偿是指在预置的检测点检测收发装置的电气指标和动态曲线，当发现偏离预置参数时，通过补偿方式校准偏离量。补偿可以是电参数补偿也可以是检测数值补偿，本实用新型首选使用检测数值补偿，它是通过对器件全程各检测点的参数取样后与标准样本比对并通过误差补偿方式使所有获得补偿成功的器件和部件的电参数在各关键控制点的电参数一致并具有互换性，每一个经过校准的器件都会有一个个性化的参数补偿数据库，它描述了对于器件或部件在各采样点的补偿数值。在可见光波段不同波长下对能见度进行的检测其相互之间的检测结果是有差异的(各种不同传输环境对不同波长的检测光束衰减量不一致所致)，但是在对各相关波长定检以后则这些已经定检波长之间对能见度数值的检测结果是一致的，也就是说，在可见光波段内无论使用什么波长的检测光束都能够对能见度进行检测，前提是这些不同波长的检测源需与标准检测环境校准(定检)，校准以后则不同波长的检测数值是基本一致的。基于上述理论，本实用新型使用与检测信号匹配的经过定检以后的能见度解析数据库来分别适配不同波长的检测源。本实用新型所述的每一个在线运行的一种应用于交通领域的透射法能见度检测装置均通过通讯模块实现相互之间的数据传递及与上位控制系统之间的数据交互，这能够使一种应用于交通领域的透射法能见度检测装置可以对检测链中任意点至任意另一点之间的能见度数值进行组态测报，也能够实现检测装置收发模块之间的闭环控制。本实用新型所述的一种应用于交通领域的透射法能见度检测装置使用高精度时间来控制检测光束的脉宽和位间隔，基于高精度时间对能见度数值进行标定、基于高精度时间实现共模抗干扰、基于高精度时间实现检测功能和方式的切换。首选的高精度时间获取基于卫星授时模块或电波授时模块；次选的高精度时间获取基于外场时基装置的无线或有线转发。本实用新型所述的每一个一种应用于交通领域的透射法能见度检测装置均具有全网唯一的通讯地址和物理地址，物理地址可基于卫星接收模块所获得的坐标地址，也可基于人工设置的物理地址。在连续安装多个本实用新型所述的一种应用于交通领域的透射法能见度检测装置对一个覆盖区进行能见度带检测时，如果需要使检测装置之间具有互换性则最小检测段内检测装置的安装距离均相等，且一种应用于交通领域的透射法能见度检测装置之间具有互换性。综上所述本实用新型探测能见度数值的技术原理基于透射法能见度检测技术， 对能见度的定义符合世界气象组织对能见度的定义。在本实用新型中采用量程分段方式来解决一种应用于交通领域的透射法能见度检测技术中的动态范围不足问题；采用参数修正法来解决批量产品的一致性问题及现场互换问题；采用数据库解析能见度方式来实现电参数解析能见度问题，采用同步技术来解决协同工作问题及提高信噪比，采用共模技术来减少或消除干扰并提高信噪比，采用分段检测数值叠加检测方式来解决较长地域区间进行高分辨率的全程能见度检测问题。
图1是一种应用于交通领域的透射法能见度检测装置电路结构框图；图2是分段合成的一种应用于交通领域的透射法能见度检测装置应用配置示意图；图3是首尾连接的一种应用于交通领域的透射法能见度检测装置应用配置示意7[0045]图4是一种应用于交通领域的透射法能见度检测装置检测过程流程图。
具体实施方式
参见图1-图4，本实用新型所述一种应用于交通领域的透射法能见度检测装置获取能见度的基本原理基于透射法能见度检测方式，由一个检测装置发射检测光束，另一个检测装置接收和分析检测光束的衰减并据此获得能见度数值；由于一种应用于交通领域的透射法能见度检测系统的每一个装置都具有发射和接收检测光束的功能，故每一个一种应用于交通领域的透射法能见度检测装置都有发射单元R与接收单元B，使用一个处理器 CPU、有线通讯接口 Net、无线通讯模块Wnet、卫星授时模块T ；为便于描述，本实施例使用 650nm单波长双检测光源，但是在实际应用中可见光波段可与近红外光源配合一起使用效果更好。接收器使用相同波长的光敏管作为传感器，接收器前使用窄幅滤镜过滤干扰光源。CPU的I/O端连接数模转换芯片D/A，D/A使用12位的AD5320，CPU通过D/A连接检测光束发射管R和通过调整D/A增益来控制检测光束的光强，调整增益的目的是控制检测光束的光强以实现量程转换和光衰补偿；对检测光束的基础校准在检测光束激励电路中实现并固化，对检测光束的曲线校准在CPU附带的校准参数库中存储并通过调整D/A增益来补偿，更换发射管时需同时更换校准参数库。CPU的I/O端口连接模数转换芯片A/D，具体型号为AD7705，A/D的双通道输入端则分别检测光束接收器(与检测光束波长对应的光敏管)B、B"。AD7705是一种16位双通道ADC芯片，内带可编程，增益最大128db，满量程电压2. 5V，可满足一种应用于交通领域的透射法能见度检测对小信号处理的精度要求及对量程转换的要求；A/D模块自带双路输入，分别连接二个接收器，这二路接收器形成共模输入方式，其原理是在无信号输入时，二个接收器接收到的干扰信号幅度相等，相位相反，将二个接收器收到的信号相减即可实现共模抗噪。当有检测信号输入时，其接收器产生不平衡，该不平衡信号不能被抵消，检测信号被检出。工作曲线校准在校准参数库中存储，补偿通过调整增益实现。更换接收管时需同时更换对应的校准参数库数据。本实施例CPU型号为ARM7，解析能见度所需的数据库及收发管校准参数库基于外部附加的储存器实现(例如SD卡等可插拔数据卡)，当需要变更输出方式或解析精度或更换收发管时通过更换载有对应数据库的储存器件或参数库的储存器来实现。CPU还通过端口连接数字无线模块Wnet，实施例Wnet型号为CC2530，串口 Net基于ARM自带端口实现。本实施例检测光束650nm发射器使用IOmW工业级激光模组，650nm 接收器使用深圳市梵特光电开发有限公司生产的650nm接收模块。一种应用于交通领域的透射法能见度检测装置电路结构见图1。需要说明的是，在实际应用中首选使用双波长光源，白天使用650nm红光作为探测光源，晚上使用940nm的近红外检测光束，连接方式与单波长光源一样，仅需要再增加一套配套的ADC及配置对应波长的接收管。白天与晚上的识别基于星历，以日出与日落时间为基准。使用不同波长的检测光束是为了获得更高的检测信噪比和减少对在途车辆的干扰，同时还是相互校验的技术手段。本实施例中使用的ADC芯片、无线通讯模块、CPU、650nm检测光束发射器，650nm检测光束接收器均为公知技术，在此不再赘述。
8[0053]图2描述了分段合成的一种应用于交通领域的透射法能见度检测装置应用配置示意图，其中V是一种应用于交通领域的透射法能见度检测装置，Li是检测光束，Wnet是数字无线网络，Net是有线网络。外场应用中通常使用无线组网，Net仅作为与上位机连接使用。从图中可以看出，检测分为二段，本实施例段内二个检测装置之间的距离为20米；段与段之间距离在数据通信覆盖范围内均可。该模式通过分段累加方式来获取长距离能见度数值，其特点是每一个检测段之间的数值需要通过数据网络实现组态，分段之间的空隙将无法检测能见度数值。图3描述了首尾连接的一种应用于交通领域的透射法能见度检测装置应用配置示意图，其中V是一种应用于交通领域的透射法能见度检测装置，Li是检测光束，Wnet是数字无线网络，Net是有线网络。从图中可以看出，检测光束首尾连接持续进行检测，本实施例中任意二个相邻的检测装置之间距离为20米，该模式采用连续方式获取全程能见度数值， 其特点是检测带内没有空隙，可对全程能见度进行无缝检测。图4是一种应用于交通领域的透射法能见度检测装置检测过程流程图，描述了一个检测装置对能见度的检测过程。能见度检测的方法一种应用于交通领域的透射法能见度检测装置是通过检测接收到的光束变化来解析能见度数值的，接收器将检测光束变量转换成电参数的变量。在本实施例中从电参数变量至能见度数值之间的衔接和解析通过查询转换数据库来实现。简单来说，当确定了检测光束发光强度、确定了接收器的接收灵敏度、确定了接收器的动态变化曲线与默认曲线的一致性、确定了检测信号的信噪比以后，以及确定了检测距离以后，每一个能见度数值都会对应一个接收器接收到的唯一的电参数；当不需要能见度全程的梯度变化数值时，那么一种应用于交通领域的透射法能见度检测装置只需要实时提供用于控制的若干个电参数敏感点即可构成用于防雾的能见度传感器；如果需要全程能见度数值则只需要建立一个完整的数据库即可通过电参数来查询当前能见度数值。查表方式获取能见度数值能见度对照数据库的创建(数据库方式实现对能见度的解析)方式是在一个标准能见度检测仪的有效检测范围内设置一套已校准电参数及固定检测装置安装间隔距离以后的一种应用于交通领域的透射法能见度检测装置，将标准能见度检测仪的输出端接入一个数据采集计算机，一种应用于交通领域的透射法能见度检测装置的实测变量参数(电变量)也同步输入数据采集计算机，在数据采集计算机上创建一个数据库，一侧数据来自标准能见度检测仪的实测能见度数值，另一侧数据来自一种应用于交通领域的透射法能见度检测装置的电变量，数据库将自动记录来自二台检测装置的数据，基于相同时间将一种应用于交通领域的透射法能见度检测装置实测的电变量与来自标准能见度检测仪的能见度数值进行对照即可获得一种应用于交通领域的透射法能见度检测装置在各种电参数状态下的能见度数值，采用期间重叠测量值之间的不同数值误差在5% 以内去取中间值，超出则按照重复误差小的取值。基于相同电参数的一种应用于交通领域的透射法能见度检测装置可以共享这个数据库，不同电参数的一种应用于交通领域的透射法能见度检测装置或者不同检测光强下的电参数可以通过适配不同的数据库实现能见度解析或采用公式法直接计算。本实施例使用数据库方式获得实时的能见度数值并基于该数据库给出控制点，当换用不同光强(量程)进行能见度检测时，其量程变化是在一个给定的
9倍率下进行的，通过程序可以使不同量程之间的检测数值进行转换并给出最终检测数值， 也可以使用独立配置的数据库来获得不同光强下的能见度实测数值。抗干扰问题的解决由于本实施例的一种应用于交通领域的透射法能见度检测装置的检测信号使用650nm波长的红色激光作为探测光源，上述波段的干扰信号在自然界中非常丰富。同时，因一种应用于交通领域的透射法能见度检测装置是一种基于透射原理的一种应用于交通领域的能见度检测技术，在透射能见度检测领域，收发端距离越近则信噪比越低，检测难度也越高。常规滤波方式是在接收端增加窄带滤镜，但是在一种应用于交通领域的透射法能见度检测中仅透镜已经不能满足提高信噪比的要求。本实用新型列选了四种提高信噪比的方法，可同时使用也可分别使用，本实施例全部使用这四种提高信噪比的方法A、共模抗噪技术一种应用于交通领域的透射法能见度检测装置上至少安装了二个相同的接收器传感器，其物理条件一致，接收方向相异，并且接收器上的传感器已经通过校准，光学接收性能近似。接收器光路是与地面平行的，二个不同方向的接收器均与地面平行，只是接收方向相差180度或90度。在无单侧遮挡的情况下，无检测光束时二个接收器收到的稳定的均衡的环境光强是近似的(其中稳定是指无突变信号，通常灯光等信号的强度变化较为突然，同时单侧遭受日照等非预期干扰信号时会产生强烈不均衡光强)。此时二个接收传感器上收到的光强幅度基本相等，将二个接收器收到的信号直接相减即可去掉环境光源的干扰。对于突变信号及单侧不均衡均信号可使用程序予以识别和剔除，而有效检测信号则通过基准时间和握手可以有效识别。B、接收器和发射器均基于高精度的时间进行同步工作，以便使离散安装的接收装置能够获得高精度的检测光束工作周期。当检测光束以高精度的占空比和位间隔与接收器同步工作时。在发射端不发射检测光束时，接收器可以检获通过共模后仍然存在的少量不能共模的残留干扰信号，此时由于检测光束没有照射则该信号幅值会被做出标记，当有检测光束照射接收器时，接收器会输出叠加了检测信号与干扰信号的合成信号，将若干次的残留干扰信号幅值加权均衡后减去合成信号可得到一个近似的纯检测信号。本实施例使用此技术；在不能获得有效共模时(例如单侧有干扰源、单侧接收装置损坏等)，先标记非检测时间的干扰幅值，再标记叠加了检测信号的幅值，将二者直接相减即可去掉已知干扰，此法会产生检测误差，需进行补偿，补偿通过程序实现。C、如果考虑仅使用一种检测光强则需要考虑最低能见度状态下的检测需求(需使用最高光强)，这在较高能见度环境下一种应用于交通领域的透射法检测时接收端所获得的信号强度极大，易进入饱和状态，反之则不能满足高环境亮度或低能见度的检测需求。 显然一种单一光强和接收灵敏度很难满足近距离全量程检测需要。为此，一种应用于交通领域的透射法能见度检测装置采用了自动量程变化的方式，主要是在检测区内始终使发射的检测光束光强略高于接收器上收到的环境光强，并且使检测光束光强在接收器线性工作区内中间电平位置，以增加信噪比及动态范围；对检获的小信号进行增益可控的定量放大以获得足够幅度的检测分析信号电平。上述措施能够在能见度较高时可获得一个较高信噪比的检测信号；当能见度降低时则通过闭环控制方式提高发射光强来使接收端始终保持在最佳的工作区，反正则通过降低发射端增益来获得较大的总量程范围；基于一个确定放大倍数或确定发射光强后获得的检测变量是可以通过程序还原的，量程间的变换也可以通
10过程序予以统一展开并实现线性表达。闭环控制是指收发端通过内置的数据链路实现交互，握手是指二个装置之间通过通讯链路实现对某一要求的应答。D、 在自然环境中检测光束的光强与环境光强相比很多时候会弱于环境光强，当接收器接收到的环境光强大于检测光束的光强时，检测信号将被“淹没”在干扰信号里，识别难度会很大。所以在物理结构上需要首先确保环境光最大限度被衰减，这基于水平安装的“深喉”结构和窄幅滤镜组成的物理抗干扰结构，该结构类似于一个小口喇叭，接收传感器安装在后部，中后部安装滤镜。喇叭口尽可能小，喇叭腔内部涂吸光涂层，实施例喇叭口仅留下小于2度的入射角，在物理上最大限度减少环境光干扰。一种应用于交通领域的透射法能见度检测装置检测源校准检测装置通过分析接收到的检测光束光强变化来获得能见度数值，其光强变化会以电参数方式表达。电参数校准主要是实现全部一种应用于交通领域的透射法能见度检测装置上的检测光束和接收器的一致性。检测光束使用适配该波长的凸透镜聚焦，实施例使用的650nm红色激光在30米距离时光斑在接收器靶区投影直径大约控制在25 35厘米左右(由于道路交通环境中具有较大的震动，发射端至接收端的距离越大则因震动导致的聚焦点抖动就越大，增加光斑可使小范围抖动不会影响检测效果，如果安装立柱的基础较松可适当增加光斑投影直径)，光斑内各点间亮度不均衡度控制在5%之内，所有发射器均需要校准光强与校准光斑均衡度，本实施例校准顺序是首先校准30米处的光斑均衡度，光斑均衡度通过镜面聚焦和散射膜实现；光强检测基于一个准直的密闭环境下定距检定，密闭环境是一个准直的长度为20米，直径不小于25厘米的黑色塑料管，对管内除尘后在二侧密封，端口密封物中间预留圆孔并使用橡胶遮盖，该环境可仿真不小于16公里的能见度， 如果对管内进行抽气降低管内气压则仿真距离更高，但是在本实施例中不需要高于5公里的环境，故不需要抽气。当进行光强初始校准时，去掉橡胶遮挡盖，将检测光束发射器插入检测管内并使用夹具固定，使之与管路平行，另一侧安装标准计量接收器，使用发射器发射持续的检测光束，接收器一侧可接收到发射器发射的检测光束，调整发射器的发光强度至标准区域，可获得一个基准光强值，所有的发射器均基于该方式校准，误差小于基准值的5% 以内为合格。这可使全部发射器均实现统一的基准发光强度，然后进行动态光强校准，实施例将全程光强分为64级(以光强为划分依据，记录对应驱动电参数)，在接收端标记64级光强下的对应数值，误差修正数值通过校准参数库对应记录；完成发射器校准后换装已经校准的发射器，使用同样的方式校准接收器，使之能够完成基准接收灵敏度校准；然后再对接收器进行动态区间均衡性校准，方式是在发射器发射端使用标准的64级光强逐级发射并使接收端在每一级均与标准接收器一致，误差通过接收器增益调整予以补偿，误差校准计入对应的校准参数库，实际上被测器件在应用中每一级还有上下二个端点之间的动态曲线没有被检测，所以分级越细则被测器件之间的动态曲线一致性也就越好，在实际应用中8 级光强的量程即可满足交通领域使用要求，当要求精度更高时，可通过增加分级检测程度来满足应用要求。该过程用于检测接收器在不同梯度检测光强下的一致性，该一致性由接收器的光敏接收器件电参数决定，在实际使用中也可以基于电参数补偿方式予以修正(通过对光敏管添加额外的修正电路实现参数修正)；这些修正需要对梯度变化内的检测补偿点进行标定以后才能够实施。本实施例放弃使用动态曲线严重不符合一致性要求的接收传感器(光敏管)。检测光束初始光强值的确定与检测结果无关，但是在光强初始值被确定并
11与能见度解析数据库关联后则不能变化。检测光束的衰减补偿及冗余作为校准机制的一部分，本实施例检测光束及接收器在外场长时间使用后会发生衰减，导致衰减的因素主要有外场环境污染、检测光束发射发光光强衰减。这会导致检测误差加大。光衰是一个逐渐发展的进程，本实施例使用多枪技术来减少误差。其方法是在发射端至少配置二个同类检测光束，一个为常用检测光束，另一个为后备检测光束，参数化设定一个比对周期，至比对周期时交替启动主检测光束和后备检测光束，接收器检测差值并获得光衰和补偿系数，通过补偿方式来减少光衰导致的误差；在主检测光束出现故障时，后备检测光束自动接替主检测光束，以增加冗余；另外，也可通过持续工作时间来推定光衰并将其加入校准参数库。物理结构抗干扰及容错设计当使用可见光波段光束作为探测源时，使用水平聚焦前向发射方式发射探测光束 (这里所指的前向是指在道路环境中与车辆行驶方向一致安装)，此时检测光束发射方向与车辆行驶方向一致，可避免检测光束对安全驾驶的负面影响；当使用红外波段光束作为探测源时，使用水平聚焦后向发射方式发射探测光束(这里所指的后向是指在道路环境中逆车辆行驶方向安装)，此时可避免车灯对检测数据的干扰。每一个一种应用于交通领域的透射法检测装置都同时具备了检测光束发射和检测光束接收功能，并且收发装置也都是同时在工作，所以转换收发状态基于程序即可实现。实施例接收单元使用中位直径不大于3厘米的喇叭状接收腔接收检测光束，接收腔总长度160厘米，呈现2度角外倾，前大后小，接收传感器(光敏管)安装在接收腔后部，接收腔内涂光吸收材料以减少干扰。上述设计能够基本保障2度入射角以外的直射干扰光源最大限度被阻挡在接收器之外；发射器与接收器之间通过聚焦的半导体激光器发射的激光束进行对准，允许发射器与接收器有2度以内的安装误差(二个检测装置之间光学对准通过自带的检测光束瞄准接收端靶区即可完成外场安装)。一种应用于交通领域的透射法能见度检测装置间的通讯每个一种应用于交通领域的透射法能见度检测装置均包含二种通讯路由，一种是主通讯路由，基于zigbee技术构建的无线通讯，本实施例是CC2530作为通讯模块，有效覆盖半径约75米，可组成一种应用于交通领域的透射法检测装置之间进行交互的链路，外场有效传输带宽约160K左右，闭环控制基于该链路实现；第二种是基于检测光束组成的光调制通讯，检测光束发射与接收端均增加光调制后，可构成单向的数据及指令传输路由，本实施例没有使用。每个一种应用于交通领域的透射法能见度检测装置在处理器上还增加了一个 RS-232串行接口，用于和外场现场光纤连接。该接口在系统中的作用是“网桥”的作用，负责构建上位控制系统与外场能见度检测装置之间的数据通道并实现上传数据与下载指令的任务(例如透过本地装置进入无线数据链路访问其他装置)。是否允许远程控制端进入外场数据链由上位控制端设置的网关决定。—种应用于交通领域的透射法能见度检测装置具有外场直接驱动低能见度主动引导系统的功能，基于防雾需求，在处理器内设置了可以存储控制策略的存储空间，上述空间可提供实时的在线访问和有条件的策略变更。
12[0076]基于外场直接控制需求，一种应用于交通领域的透射法能见度检测装置内置有一个系统组态映射表，映射表表达整个系统的数据链路组成状态和各检测装置的地址，基于该映射表允许系统内任意一个能见度检测装置发起一次对任一节点的访问和被访问；基于该映射表任意一个系统内的检测装置均可测算至另一个检测装置之间累计的能见度数值， 上位控制系统可通过对任意检测装置的访问来获得其工作状态、运行状态、实时数据，也可基于交互及访问调整检测装置的运行参数。一种应用于交通领域的透射法能见度检测装置的控制本实施例中一种应用于交通领域的透射法能见度检测装置的处理器使用ARM9，该处理器的处理能力能够满足对一种应用于交通领域的能见度检测的数据处理要求；ARM9、 A/D转换、数据库、zigbee应用等技术属于公知技术，在此不再赘述。卫星授时及坐标获取本实施例卫星接收模块使用基于SIRF芯片组的CT2010S厚膜电路组件，它可提供授时和坐标，卫星信号接收是公知技术，在此不再赘述。一种应用于交通领域的透射法能见度检测装置外场设置实施例一种应用于交通领域的透射法能见度检测装置由二个同样的装置组成一个检测区，一个装置发射检测光束，另一个装置接收检测光束。在这个检测区内的接收端为这个检测区的检测节点，单节点能见度数值定义地点就是节点所在位置的检测区。在一种应用于交通领域的透射法连续不间断组态中每一个装置即是发射端也是接收端，检测光束通过检测装置首尾相连形成一种应用于交通领域的透射法的能见度检测系统。检测装置之间的安装距离视外场环境和应用要求而定，本实用新型安装间隔范围是12米 500米，本实施例检测装置安装间隔是20米。不同检测光强分别适用不同检测区内安装间隔距离。本实施例是在一个五公里的路段配置一种应用于交通领域的透射法能见度检测装置，按照防雾要求及设备兼容惯例，一种应用于交通领域的透射法能见度检测装置的配置间隔设为20米一个，每20米组成一个单节的能见度检测区。本实施例后端的受控设备并没有接受梯度信号的要求，所以本实施例仅提供了外场控制设备所需的参数化控制点。控制点可以根据需要设置，实施例提供了默认的8个控制点位(8种不同能见度数值下的控制信号输出)，以支持不少于8种防雾引导控制策略，分别是25米、50米、100米、200米、300米。400米、500米、1000米能见度值。上述点位可分别满足启动8种不同的雾区引导策略和防撞策略要求。能见度检测过程本实施例一种应用于交通领域的透射法能见度检测装置中检测光束发射装置以窄幅脉冲前向发射650nm检测光束，探测光束光强按环境光强上限加一档发射，例如环境光强150001UX时，按200001UX光强发射，环境光强超过最高数值时，按最高数值发射。检测光束的光强变换由接收端根据接收信号光强是否在接收管最佳工作区确定并在每次发射时通过握手传递给发射端。本实施例在环境照度高于50001UX时检测光束脉冲宽度为100毫秒，低于50001ux 时脉冲宽度为50毫秒，脉冲间隔周期1000毫秒。以同步时间秒脉冲初始值上升沿作为启动时间，例如秒脉冲开始时启动检测光束，白天至100毫秒时关闭检测光束，等待900毫秒后的下一个秒脉冲开始时再启动下一个检测光束，如此循环。当环境光强高于150001UX或
13实测能见度高于一种应用于交通领域的透射法能见度检测装置本检测段检测上限时，本实施例将检测周期增加到100000毫秒(100秒)检测一次，脉冲宽度仍然遵循50 100毫秒的取值方法，检测脉冲发起时间仍然是秒脉冲起始端，中间间隔99秒。上述参数可根据要求自定义设置。接收端与发射端同步误差小于5毫秒，在发射端发射检测光束后，接收端同步采集接收到的光强并将此光强与数据库比对并将结果与预设参数进行比对，如果触及控制阈值则给出对应的控制信号。例如设电参数010101值为能见度50米，当接收端取样检测后稳定获得不少于3个周期都是010101值时，则判定当前能见度是50米。其中稳定持续的时间(周期)是参数化的，稳定的检测值也是相对值，误差范围设置参数化，本实施例设定的稳定检测值是指中心值正负误差5%范围内。一种应用于交通领域的透射法能见度检测装置的任意一对检测装置都组成一个检测区，每一个检测区在整个检测阵列中均为一个检测节点；在检测区段内每一个检测节点均具有独立和唯一的检测节点编码，以接收器地址编码为能见度标定点。本实施例一种应用于交通领域的透射法能见度检测装置对未触及能见度控制阈值的数据暂存十个(可预设)，触及控制阈值的能见度事件则分为自动处理和人工处理二种处理模式；自动处理是立即按照预设要求给出控制指令及将事件上传；人工处理则按照要求将事件上传；系统内同时出现多个事件时，处理优先级为时序、事件等级，相同时序及事件等级时则以后向最外侧坐标为优先。以上实施例对本实用新型作出了较为详细的描述，但是这些描述并非是对本实用新型的限制，即本实用新型并不局限于上述实施例的具体结构及描述。本实用新型的保护范围包括那些对于本领域普通技术人员来说显而易见的变换或替代以及改型。
1权利要求1.一种应用于交通领域的透射法能见度检测装置，其特征在于由组态并独立运行的单体组成，其进一步包括一对检测装置，其中一个检测装置发射检测光束，另一个检测装置接收和分析检测光束从发射端至接收端所产生的衰减并据此获得能见度数值；组态的各能见度检测装置都具备与其他同类能见度检测装置的实测数据合并或衔接的接口，并基于这些相互衔接的接口由多个检测区组成长距离高地域分辨率的能见度数值表述带。
2.根据权利要求1所述应用于交通领域的透射法能见度检测装置，其特征在于每个单体还包括一个控制和实时数据处理模块，一个通讯模块，一个供电模块；其中，检测装置最少由二个单体组成一个检测区，每个单体都具有唯一的通讯地址，一个唯一的与通讯地址对应的物理地址或坐标，在对能见度进行表述时基于上述地址实现位置表述；每个检测区包含不少于一个检测光束发射装置，接收装置具有不少于一个检测光束接收器。
3.根据权利要求1或2所述应用于交通领域的透射法能见度检测装置，其特征在于 所述检测装置的检测光束具有检测光强可变能力，可根据接收端接收到的实际检测光强闭环调整发射光强并使之趋于最佳检测光强区，闭环调整通过内置的通讯链路实现。
4.根据权利要求1或2所述的应用于交通领域的透射法能见度检测装置，其特征在于 所述检测装置采用数据库方式解析能见度数值。
5.根据权利要求1或2所述的应用于交通领域的透射法能见度检测装置，其特征在于 所述检测装置采用可控散焦方式实现一种应用于交通领域的抗抖动。
6.根据权利要求1或2所述的应用于交通领域的透射法能见度检测装置，其特征在于 所述检测装置采用共模抗干扰技术或同步时间抗干扰技术中的一种实现干扰信号的过滤。
7.根据权利要求1或2所述的应用于交通领域的透射法能见度检测装置，其特征在于 所述检测装置采用电参数数据库补偿技术解决检测光束发射装置和接收器件电参数离散问题。
8.根据权利要求1或2所述的应用于交通领域的透射法能见度检测装置，其特征在于 所述检测装置采用数据链路衔接方式组成阵列配置并对能见度检测数值进行组态和形成能见度表述带。
9.根据权利要求1或2所述的应用于交通领域的透射法能见度检测装置，其特征在于 所述的检测装置采用标准时间作为时间同步源，并基于标准时间对能见度数值进行表述， 该标准时间来源是卫星授时、电波授时或外场无线转发。
10.根据权利要求1或2所述的应用于交通领域的透射法能见度检测装置，其特征在于每一个检测装置均具有唯一的通讯地址及与物理地址对应的坐标地址或物理地址编码。
专利摘要一种应用于交通领域的透射法能见度探测装置,由可根据需要组态并可独立运行的单体组成，其进一步包括一对检测装置，其中一个检测装置发射检测光束，另一个检测装置接收和分析检测光束从发射端至接收端所产生的衰减并据此获得能见度数值；组态的各能见度检测装置都具备与其他同类能见度检测装置的实测数据合并或衔接的接口和协议，并基于这些相互衔接的接口和协议由多个检测区组成长距离高地域分辨率的能见度数值表述带。本实用新型解决了协同工作问题及提高信噪比，减少或消除干扰并提高信噪比，解决了较长地域区间进行高分辨率的全程能见度检测问题。
文档编号G01N21/59GK202075226SQ20112013359
公开日2011年12月14日 申请日期2011年4月29日 优先权日2011年4月29日
发明者陈伟 申请人:陈伟