技术领域本发明涉及路面质量检测和信息自动采集技术领域，尤其是涉及一种考虑降雨量的沥青路面结冰预警系统及方法。
背景技术：
近年来，影响交通运输业的各种自然灾害受到越来越多的关注。其中冬季道路路面结冰造成的生命财产损失最为严重，也成为了国内外道路安全研究领域的一个重点。虽然北方冬季天气严寒，但由于降雨量较小，往往很难形成大范围的路面结冰。然而，在南方无严寒冰雪地区，道路结冰具有突发性强、频率高、不易发现等特点，是冬日交通安全最大的危害之一。一方面因为其不可预见性和高频率，道路与管理部门不可能像对极端天气的处理一样，派人实时监测路况。另一方面因为其不易发现，并不能引起驾驶员注意，降低车速。因此，车辆常在冬季打滑，或冲出车道、或追尾。目前，在路面结冰检测研究中，按其原理主要分为两类：基于统计信息的建模预报法以及利用道路传感器的直接检测法。直接检测法需要较为昂贵的传感器设备，而且检测范围普遍较小，因此很难大范围的推广使用。基于统计的建模预报法是针对不同的预报模型，建立关于结冰的相应预警系统，传统方法主要通过采集大量的温度信息对结冰时间进行预测，缺少对降雨量、湿度等环境参数的甄选，很容易出现误报、迟报等现象。本专利研发的集成系统结合无线传感技术，减少了传统检测设备安装麻烦，布线复杂等问题，实现了对多个路段位点的同步监测。经信息中心的数据处理后，获得的结冰预警结果可以结合路侧LED信息板、信息中心软件及移动终端应用等多个渠道发布，可以有效减少路面结冰诱发的交通事故，提高管理部门融冰效率。
技术实现要素：
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种考虑降雨量因素、准确的评价指标、基于分布式的传感器网络的考虑降雨量的沥青路面结冰预警系统及方法。本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种考虑降雨量的沥青路面结冰预警系统，该系统包括：数据采集组件：包括多组温湿度传感器和雨量传感器，用以检测沥青路面的温湿度和降雨量数据；信息传输组件：包括Zigbee短程无线通讯模块和3G远程无线模块，所述的温湿度传感器和雨量传感器通过Zigbee短程无线通讯模块与3G远程无线模块通信；数据分析组件：与3G远程无线模块连接，用以接收3G远程无线模块发送的温湿度和降雨量数据，并作出判断后生成预警结果并保存到；发布组件：用以接收并发布数据分析组件的预警结果，包括LED指示牌、信息中心、移动终端和电子地图。所述的温湿度传感器固定设置在道路两侧的路面位置，最低固定高度不低于20cm，最高固定高度不高于150cm，雨量传感器固定在道路表面。所述的Zigbee短程无线通讯模块包括Zigbee短程无线通讯主站和多个Zigbee短程无线通讯从站，所述的温湿度传感器和雨量传感器分别通过Zigbee短程无线通讯从站与Zigbee短程无线通讯主站连接，所述的Zigbee短程无线通讯主站通过3G远程无线模块与数据分析组件通信。一种考虑降雨量的沥青路面结冰预警系统的预警方法，包括以下步骤：1)选取温湿度传感器和雨量传感器，并设置湿度传感器的采样频率为1Hz，温度误差不超过±0.5℃，湿度误差不超过±3％RH，雨量传感器的误差不超过±5％；2)选取Zigbee远程传输模块，设置其数据稳定传输距离不低于1km；3)在监控道路上的传感器安装位点安装传感器，相邻温湿度传感器间的安装间距不超过1.5km，雨量传感器不超过10km；4)建立Zigbee-3G数据传输网关，并设置Zigbee短程无线通讯模块为主从结构；5)通过RS485接口将温湿度传感器和雨量传感器与Zigbee短程无线通讯模块连接并开启，完成沥青路面温湿度和降雨量数据的实时采集及传输；6)数据分析系统接收到沥青路面温湿度和降雨量数据，设定预警阈值，计算结冰预警参数，判断预警参数是否超过预警阈值，若是，则生成结冰预警结果，若否，则返回步骤6)；7)发布组件进行路面结冰预警与发布，在LED指示牌中显示预警路段位置，予以红色标注，在移动终端的应用中，发布道路交通温湿度情况，同时显示并红色标注全段监控道路的预警情况。所述的步骤6)具体包括以下步骤：61)根据沥青路面的温湿度和降雨量数据建立回归模型为：f^=0.768-3.663RBPNT0+1.173TBPNT0,R>0,T≤0;]]>其中，为降水路面摆值，R为沥青路面的降雨量，T为沥青路面的温度，为常温T0＝20℃下测定预警道路在冬季最低气温环境下干燥路面的摆值；62)设定预警阈值f＝0.645；63)当降水路面摆值大于等于预警阈值时，则判断会出现结冰现象，同时生成结冰预警结果，当降水路面摆值小于预警阈值时，则判断不会出现结冰现象。与现有技术相比，本发明具有以下优点：一、考虑降雨量因素：现有的路面结冰预警系统中经常选择路面温度作为自变量建立模型，考虑的因素较少，不能准确的预测路面结冰的有效结果，本发明将降雨量和路面温度同时作为自变量考虑进去，通过降水结冰试验模拟了路面结过程，并解析了沥青结冰过程及发展规律，以降水路面摆值为应变量建立回归模型进行预测，结果准确方便。二、准确的评价指标：路面结冰对于道路安全的影响主要体现在路面摩擦系数的降低上。本专利基于结冰试验分析结果，提出采用相对摩擦系数表征路面抗滑性能，对沥青路面结冰规律进行了试验研究，在此基础上通过相关回归分析，建立了路面结冰预警系统。三、基于分布式的传感器网络：实现了大范围路网结冰情况的准确监控与预测，并可以用过多渠道发布去测结果，如LED指示牌、信息中心、移动终端和电子地图等，快速准确，易于监控。附图说明图1为本发明的系统结构示意图。图2为结冰过程试验流程图。图3为不同降水量水平下模拟试验结果图，其中，图(3a)为0.5mm降水模拟试验，图(3b)为1.0mm降水模拟试验，图(3c)为1.5mm降水模拟试验，图(3d)为2.0mm降水模拟试验。图4为相对摩擦系数与降水量、温度的关系图。其中，1、数据采集组件，2、信息传输组件，3、数据分析组件，4、发布组件，5、温湿度传感器，6、雨量传感器，71、Zigbee短程无线通讯主站，72、Zigbee短程无线通讯从站，8、3G远程无线模块，9、传感器网关，10、数据库，11、LED指示牌，12、信息中心，13、移动终端，14、电子地图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。实施例：本发明具体系统架构如图1所示。该监控系统主要是通过室内模拟结冰条件进行大容量的样本试验，总结不同情况的路面结冰规律，建立多参数控制的薄冰预警模型。通过温湿度传感器、雨量传感器等与Zigbee短程无线传输方式相结合，搭建传感器网络，实现对多位点数据的实时采集与发送。数据分析软件接收到数据后，将根据建立的预警模型对道路情况进行判断，并将计算的结果储存在数据库中，结合多种发布渠道进行提醒与警示。本系统主要包括三个部分内容：第一部分：沥青路面结冰机理研究及多参数控制的薄冰预警模型建立路面结冰对于行车安全的主要影响体现在路面摩擦系数的降低上，因此选取路面的摩擦系数作为主要的检测指标，利用摆式仪测得的摆值来表征路面摩擦系数。采用室内模拟试验的方法，主要选用温度和降水量作为路面结冰的影响因素进行结冰模拟，针对SMA沥青路面进行不同温度和降水量条件下的摩擦系数检测试验。试验采用车辙板模拟SMA路面；采用温控冷冻箱模拟冬季的环境温度，同时利用温度传感器进行精确温度的测量；通过在固定面积内进行短时降水模拟室外某一降水量，考虑我国冬季的干燥气候，降水分级仅考虑到降水量为小雨的情况，即小时降水量小于2.5mm。首先，确定制作沥青混合料试件的拌合和压实温度：使用基质沥青进行制备，拌合和压实温度分别为165℃和155℃；同时，将金属试模、小型击实锤等置于100℃左右烘箱加热1h备用。继而，采用轮碾成型机制备试件：车辙板尺寸为长300mm×宽300mm×厚5mm，将成型车辙板顺碾压方向，沿中线切割成两块，共对4块SMA-13车辙板进行结冰试验模拟，每块试件的尺寸为300mm×150mm×5mm。试验模拟我国南方冰雪天气的环境条件。通过查阅南方主要地区的气候状况，确定试验气温和降水量条件。选择的参数取值范围为温度：[-10℃，0℃]，精确到0.1℃；降水：0.5，1.0，1.5，2.0mm。其中，气温通过每度恒温可调的温控冷冻箱进行定位，用温度传感器进行精确测量；降水量通过在降水区(200mm×100mm)上喷洒相应体积量的水进行模拟，如图2所示。采用相对摩擦系数作为路面结冰评价指标，其表达式如下：f=BPNn,T,R,tBPNn,T]]>式中：f为相对摩擦系数，BPNn,T为第n块车辙板在温度为T的条件下，表面干燥时的摆值，n∈{1,2