用于高速公路团雾监测的能见度激光雷达及探测系统的制作方法

本实用新型涉及激光雷达技术领域，特别涉及一种用于高速公路团雾监测的能见度激光雷达及探测系统。

背景技术：

冰雪雨雾等极端的天气通常会导致高速公路上出现能见度低、路面积水打滑等恶劣路况，极易引发重大安全事故，威胁人身安全，造成经济财产损失。在雾天，高速公路部门一般都会采取封路禁行的措施，在一定程度上降低了事故发生的概率。但是如果不能高效准确地掌握高速路面团雾状况，及时快速地向行驶车辆发出预警信号，还是会造成大面积的交通停滞阻塞，甚至是交通瘫痪。

目前，高速公路上能见度观测仪器一般采用摄像机和点式能见度仪，其中摄像机只能观测到某个视场下个的视像图片，无法获知团雾的位置。点式能见度仪只能测量某个点的能见度，以点概面，且无法测量团雾。尤其在出现不均匀的雾、局地的雨或雪暴情况下，摄像机和点式能见度仪的读数极易发生偏差，出现误导。

技术实现要素：

本实用新型提供一种用于高速公路团雾监测的能见度激光雷达及探测系统，可获得团雾的产生、发展及扩散特征，可有效解决点式能见度测量仪器以点代面的测量缺陷，准确获得扫描范围内能见度分布情况，真正意义上实现高速公路团雾的预警预报，保障通行安全，为高速公路部门及时预警预报提供数据支持。

为了实现上述目的，本实用新型提供以下技术方案：包括：扫描装置1、信号采集装置2、回波信号接收接收装置3和激光发射装置4，所述激光发射装置4分别与所述回波信号接收装置3和信号采集装置2信号连接，所述回波信号接收装置3与所述信号采集装置2信号连接，所述信号采集装置2与所述扫描装置1信号连接。

优选的，所述信号采集装置2包括数据采集卡22和嵌入式板卡21，所述数据采集卡22与所述嵌入式板卡21信号连接。

优选的，还包括激光雷达外壳，所述扫描装置1设置在所述激光雷达外壳上。

优选的，所述回波信号接收装置3包括光学望远镜33和探测器31，所述光学望远镜33的平行光路部分设置有滤光片32，所述探测器31的接收端位于所述光学望远镜33的焦点处，所述探测器31与所述数据采集卡22信号连接。

优选的，所述激光发射装置装置4包括激光器装置41和扩束准直器装置 42，所述激光器41的光束发射端设置有扩束准直器42，所述激光器装置41 分别与所述数据采集卡装置22、所述嵌入式板卡装置21和所述探测器装置 31信号连接。

优选的，所述激光器装置41包括ND:YAG固体 (Neodymium-dopedYttriumAluminiumGarnet；Nd:Y3Al5O12或钇铝石榴石晶体)激光器或半导体激光器或光纤激光器。

优选的，包括上述任一技术方案所述的用于高速公路团雾监测的能见度激光雷达。

通过实施以上技术方案，具有以下技术效果：本实用新型提供的用于团雾监测的能见度激光雷达及探测系统，可以准确获得扫描范围内能见度分布情况，真正意义上实现高速公路团雾的预警预报，保障通行安全，为高速公路部门及时预警预报提供数据支持。

附图说明

图1为本实用新型提供的用于高速公路团雾监测的能见度激光雷达的装置结构示意图；

图2为本实用新型提供的探测系统架构示意图。

具体实施方式

为了更好的理解本实用新型的技术方案，下面结合附图详细描述本实用新型提供的实施例。

本实用新型提供一种用于团雾监测的能见度激光雷达，如图1-图2所示，包括：扫描装置1、信号采集装置2、回波信号接收装置3和激光发射装置4，所述激光发射装置4分别与所述回波信号接收装置3和信号采集装置2信号连接，所述回波信号接收装置3与所述信号采集装置2信号连接，所述信号采集装置2与所述扫描装置1信号连接。所述激光发射装置4用于发射脉冲激光束；所述回波信号接收装置3用于接收大气对激光的后向散射信号，然后把光信号转换为电信号；所述的信号采集装置2用于接收由回波信号接收装置3转换而来的电信号；所述扫描装置1用于控制激光探测的仰角和方位角并进行任意角度的扫描。

在其他实施例中更为具体的，所述信号采集装置2包括数据采集卡22和嵌入式板卡21，所述数据采集卡22与所述嵌入式板卡21信号连接。所述嵌入式板卡21用于输出控制指令，以控制能见度激光雷达进行水平或垂直方向进行扫描运动。能见度激光雷达通过扫描可实现高速公路不同方位的能见度分布测量，获得团雾产生、发展和消散过程；所述数据采集卡22用于收集激光雷达扫描得来的团雾情况数据。

在其他实施例中，在上述实施例基础上，进一步的，还包括激光雷达外壳，所述扫描装置1设置在所述激光雷达外壳上。优选的，所述扫描模块连接在所述能见度激光雷达外壳、以带动所述能见度激光雷达整体转动，在其他实施例中，所述扫描模块还可以设置在所述能见度激光雷达光学部件非光路一侧，以带动所述光学部件整体转动，或者所述扫描旋转装置设置在所述扩束器和望远镜光路上的一侧、在光束射入所述扫描旋转装置的扫描头后使光束旋转，或者设置在其他合适位置，以便于带动能见度激光雷达整体转动。

在其他实施例中，在上述实施例基础上，进一步的，所述回波信号接收装置3包括光学望远镜33和探测器31，所述光学望远镜33的平行光路部分设置有滤光片32，所述探测器31的接收端位于所述光学望远镜33的焦点处，所述探测器31与所述数据采集卡22信号连接，所述光学望远镜33相当于接收光路块，所述光学望远镜33尾部的滤光片32有滤波等作用。

在其他实施例中，在上述实施例基础上，进一步的，所述激光发射装置装置4包括激光器装置41和扩束准直器装置42，所述激光器41的光束发射端设置有扩束准直器42，所述激光器41发射激光入射至所述扩束准直器42 光轴中心。所述激光发射模块包括用于发射微焦级高重频激光脉冲的激光器装置41和扩束准直器装置42。扩束准直器装置42将单脉冲能量微焦级激光束进行准直扩散，经扩束后的激光在任意垂直传播方向的截面上的功率密度符合激光人眼安全标准，可防止激光束对高速过往车辆上人员造成伤害，保障人眼安全。激光器装置41采用高重频，可以提高信噪比，探测到更远距离的团雾信息。所述激光器装置41分别与所述数据采集卡装置22、所述嵌入式板卡装置21和所述探测器装置31信号连接。

在其他实施例中，在上述实施例基础上，进一步的，所述激光器装置41 包括ND:YAG固体激光器或半导体激光器或光纤激光器。

在其他实施例中，在上述实施例基础上，进一步的，优选的，所述能见度激光雷达具有IP65(Ingress Protection65的缩写，IP等级是针对电气设备外壳对异物侵入的防护等级)防护等级，在其他实施例中，可以对外壳进行进行更高或其他等级的防腐蚀处理，以适应户外风霜雨雪的环境条件。

本实施例还提供一种探测系统，包括上述任一实施例所述的用于团雾监测的能见度激光雷达。优选的，所述探测系统用于高速公路团雾情况探测，以实时地获得团雾的产生、发展及扩散特征，准确获得扫描范围内能见度分布情况，真正意义上实现高速公路团雾的预警预报，保障通行安全，为高速公路部门及时预警预报提供数据支持。

在其他实施例中，在上述实施例基础上，进一步的，所述探测系统包括通讯系统，该通讯系统为无线数据传输系统或有线数据传输系统，所述无线数据传输系统包括GPRS(General Packet Radio Service或通用分组无线服务技术)通信模块和WiFi(无线网络通信技术)网络模块。所述有线数据传输系统为网线或串口线或光纤。所述探测系统还包括供电系统，所述供电系统为市电电网，或采用风能、太阳能或风光互补系统。

在其他实施例中，在上述实施例基础上，进一步的，该探测系统基于GIS 系统(Geographic Information System或Geo－Information system，地理信息系统)，综合考虑高速公路上具有特殊地形、地貌的路段及浓雾频发地段，利用一定数量的激光雷达能见度仪，合理设置监测站点，可以构建一个实时能见度监测网络系统。所述系统工作全程中将无需人员值守，测量结果会通过无线通讯模块自动传输到客户终端，由能见度在线监测系统软件汇总所有布点能见度激光雷达采集到的能见度信息和工作状态信息，生成报表、存储数据、查询历史记录，完成与交通部门联网通信。实现对高速公路全路段的雾情全天候实时监测和临近预报。

在其他实施例中，在上述实施例的基础上，进一步的，所述探测系统可以结合GIS数字地理信息，地图数据库，以及高速公路实际路况进行能见度监测设备的布点，沿公路每间隔15km进行一台设备的布点安装。例如在地势较平缓地段，扫描仰角为0，地势起伏较大地段，可根据现场情况，调整扫描仰角，实现全路段气象信息的覆盖获取。由于能见度激光雷达可获得扫描范围内整个探测路径上的能见度信息，对于弯曲或交叉路段，可适当减少设备的布点。

以上对本实用新型实施例所提供的一种用于高速公路团雾监测的能见度激光雷达及探测系统进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。