高速团雾的识别定位系统技术方案

本发明专利技术公开了一种高速团雾的识别定位系统，包括：沿高速方向分布的若干个单套测量系统，分别与若干个单套测量系统相连接的上位机；上位机根据此若干个单套测量系统的测量能见度结果及其所分布位置进行综合分析，对整条高速的团雾进行识别定位；单套测量系统包括：发射端、接收端、采集与电控单元；发射端发出的发射光到达接收端时，接收端处于发射光的光斑内；采集与电控单元根据发射端发出的光信号和接收端接收的光信号，以及传输距离，计算能见度。本发明专利技术更容易实现长距离的测量，方便接收端接收发射光，也方便接收端在安装时的光路对准。

Identification and location system of high speed fog

【技术实现步骤摘要】
高速团雾的识别定位系统
本专利技术涉及团雾监测识别的
，尤其是高速团雾的识别定位系统。
技术介绍
高速公路(简称高速)具有方便、快速、高效、安全等优点，随着经济的快速发展，人们对出行、运输的需求，其总里程得以飞速增长。我国的高速网覆盖了各种地理气象条件，伴随着的是很多影响高速通行的恶劣天气情况。因为高速上的车速快、车流量大而且其自身全封闭的特性，但凡碰到低能见度的恶劣天气气候，尤其是遇见突发、随机的团雾天气就特别容易引发交通事故。每年由于大雾(特别是团雾)、下雨、下雪等恶劣天气引起的高速交通事故很多，造成对生命财产和经济的巨大损失。虽然交管部门也采取了很多措施减小因团雾带来的事故，也利用很多技术手段来进行实时监测和预警，如高速和交管部门在道路多发地段设置提示，建立气象观测点等。但是由于团雾的突发和时间地点的不确定性，现在还无法预报，并且现有的技术手段仍不能从根本上提供团雾的识别和定位信息，让人防不胜防。目前，对于团雾的监测和识别的几种方式，主要还是基于能见度判别法的方式，包括视频法、前向光散射法、后向光散射法、光透过率法等光学基本原理的手段。视频法是通过对视频图像信号进行处理，获取监测路段的能见度。该方法常用固定目标作为标准的定标点，在团雾覆盖监测区间时会起到一定的作用；由于图像信息数据量大，信号处理需要的时间相对较长，不适合密集布点；同时，由于天空背景条件的变化，白天黑夜的变化，视频信号不易做统一处理，视频传感器又分为可见光、红外光等，在进行大气能见度信息处理时会有很多不确定因素，数据处理算法非常复杂。因此，视频法在团雾识别定位上还达不到高速的使用要求。前向光散射法用于能见度测量时，是基于某一区域大气条件相对均一的假设条件下进行测量的，常常用于一个区域的气象环境条件探测。目前存在某些路段布设有基于前向光散射法原理的能见度测量仪，大约10千米的距离布置一套。从测量原理和技术实现上来说，其采样区域实际是针对空间某一个点开展的，对于团雾的分布，有可能只有几百米的范围，这一方式显然不能满足实际需要；而且，受局部区域影响较为严重，如在测量点有抽烟飘过，会直接误判；另外，该设备价格较高，不能密集到几百米就布点。后向光散射法由于可以实现公里量级的大气状况测量，其较为得到重视，后向光散射法采取大气探测激光雷达的原理，利用激光器作为工作光源，测量大气对激光的后向散射信号从而推导能见度，因为有距离分辨，所以可以用于定位；但是大气散射信号非常弱，因此，后向光散射法所需器件的指标要求非常高，系统稳定性差且价格非常昂贵。目前的技术和成本限制了该方法在高速上布点使用。透过率法是根据比尔定律测量能见度，根据大气的衰减计算透过率再推导出能见度；基于透过率法的测量系统是由一端发射光，一端接收光，测量的能见度范围和精度受两端之间的距离影响，早期在机场跑道上常用该系统，现在已逐渐不再使用，不再使用的主要原因有：1、早期系统采用器件性能不稳，后来有采取激光器的，价格又高寿命又短，维护不便；2、系统安装调试复杂，两端距离在几米远时常放置在同一导轨上，比较容易布设，面对再长的距离时，采用导轨不太容易保障安装条件，并且设计的光路既要满足测试需要，又要满足现场安装对光问题，需要有经验丰富的调试人员，目前能见到的，两端距离达到150米，光束很细，很难对准；3、光学镜面容易受到大气污染，清理不便；4、没有有效的现场安装方法，也没有一套团雾识别方法，所以也一直没有应用于高速团雾的监测上。综上所述，目前还没有能够直接使用的基于能见度监测高速团雾得有效方法，因此需要发展一种新的方法适合用于高速团雾监测这一特定场景。
技术实现思路
为了克服上述现有技术中的缺陷，本专利技术提供高速团雾的识别定位系统，更容易实现长距离的测量，方便接收端接收发射光，也方便接收端在安装时的光路对准。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案，包括：高速团雾的识别定位系统，包括：沿高速公路延伸方向分布的若干个单套测量系统；所述单套测量系统用于测量其所分布位置的能见度；所述单套测量系统包括：发射端、接收端、采集与电控单元；所述发射端内包括：沿光的发射方向依次设置的发射光源、长距离光学单元、均匀光学单元、发射端探测器；所述发射光源采用脉冲式激光管；所述长距离光学单元用于对发射光源发出的光的发散角进行压缩；所述均匀光学单元用于将压缩后的光的光斑能量分布均匀化；所述发射端探测器用于采集发射端最终发出的光信号，即采集光斑能量分布均匀化后的光信号；所述发射端发出的发射光到达接收端时，接收端处于发射光的光斑内；所述接收端包括：沿光的接收方向依次设置的接收汇聚单元、接收端探测器；所述接收汇聚单元用于对发射光的光斑进行汇聚；所述接收端探测器用于采集接收端最终接收的光信号，即采集接收汇聚单元汇聚后的光信号；所述采集与电控单元分别与发射端和接收端进行数据传输；所述采集与电控单元分别获取发射端探测器的采集信号和接收端探测器的采集信号；所述采集与电控单元用于控制发射端的发射光源的脉冲信号的发射时序，以及用于控制发射端探测器的采集信号和接收端探测器的采集信号的获取时序；所述采集与电控单元还安装有输入接口，用于设定发射端与接收端之间的距离，设定发射光源的脉冲信号的发射时序，设定控制发射端探测器的采集信号和接收端探测器的采集信号的获取时序；所述采集与电控单元上安装有计算程序，用于根据发射端探测器的采集信号和接收端探测器的采集信号，以及根据发射端与接收端之间的距离即传输距离，实时计算该单套测量系统所分布位置的能见度；所述采集与电控单元用于对发射端探测器的采集信号和接收端探测器的采集信号，以及对该单套测量系统所分布位置的能见度进行数据存储。所述长距离光学单元包括两个透镜，利用该两个透镜实现光的发散角的压缩。所述均匀光学单元包括一个透镜，利用该一个透镜实现光斑能量分布均匀化。所述接收汇聚单元包括两个透镜，利用该两个透镜实现发射光光斑的汇聚，即接收汇聚单元包括前后两级光路汇聚。所述接收汇聚单元还包括滤光片，所述滤光片的波长与发射光源即脉冲式激光管的波长相对应。所述发射端的发射口与所述接收端的接收口均设有防护罩，且发射端和接收端的防护罩的外形尺寸以及安装方式均一致；所述防护罩的中轴线沿水平方向向下倾斜。发射端的外壳上设有手持式可见光激光测距仪，手持式可见光激光测距仪的发射方向与发射端的发射方向保持一致；所述手持式可见光激光测距仪用于辅助发射端和接收端的位置安装，实现发射端和接收端之间的对光；所述手持式可见光激光测距仪还用于测量发射端与接收端之间的距离即传输距离。系统还包括：分别与若干个单套测量系统相连接的上位机；所述单套测量系统将测量结果即其所分布位置的能见度实时发送给上位机；所述上位机分别接收此若干个单套测量系统的测量结果，用于根据此若干个单套测量系统的测量结果及其所分布位本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.高速团雾的识别定位系统，其特征在于，包括：沿高速公路延伸方向分布的若干个单套测量系统；/n所述单套测量系统用于测量其所分布位置的能见度；/n所述单套测量系统包括：发射端(1)、接收端(2)、采集与电控单元(3)；/n所述发射端(1)内包括：沿光的发射方向依次设置的发射光源(101)、长距离光学单元(102)、均匀光学单元(103)、发射端探测器(104)；/n所述发射光源(101)采用脉冲式激光管；/n所述长距离光学单元(102)用于对发射光源(101)发出的光的发散角进行压缩；/n所述均匀光学单元(103)用于将压缩后的光的光斑能量分布均匀化；/n所述发射端探测器(104)用于采集发射端最终发出的光信号，即采集光斑能量分布均匀化后的光信号；/n所述发射端(1)发出的发射光到达接收端(2)时，接收端(2)处于发射光的光斑内；/n所述接收端(2)包括：沿光的接收方向依次设置的接收汇聚单元(201)、接收端探测器(202)；/n所述接收汇聚单元(201)用于对发射光的光斑进行汇聚；/n所述接收端探测器(202)用于采集接收端最终接收的光信号，即采集接收汇聚单元(201)汇聚后的光信号；/n所述采集与电控单元(3)分别与发射端(1)和接收端(2)进行数据传输；所述采集与电控单元(3)分别获取发射端探测器(104)的采集信号和接收端探测器(202)的采集信号；/n所述采集与电控单元(3)用于控制发射端(1)的发射光源(101)的脉冲信号的发射时序，以及用于控制发射端探测器(104)的采集信号和接收端探测器(202)的采集信号的获取时序；/n所述采集与电控单元(3)还安装有输入接口，用于设定发射端与接收端之间的距离，设定发射光源(101)的脉冲信号的发射时序，设定控制发射端探测器(104)的采集信号和接收端探测器(202)的采集信号的获取时序；/n所述采集与电控单元(3)上安装有计算程序，用于根据发射端探测器(104)的采集信号和接收端探测器(202)的采集信号，以及根据发射端与接收端之间的距离即传输距离，实时计算该单套测量系统所分布位置的能见度；/n所述采集与电控单元(3)用于对发射端探测器(104)的采集信号和接收端探测器(202)的采集信号，以及对该单套测量系统所分布位置的能见度进行数据存储。/n...

【技术特征摘要】
1.高速团雾的识别定位系统，其特征在于，包括：沿高速公路延伸方向分布的若干个单套测量系统；
所述单套测量系统用于测量其所分布位置的能见度；
所述单套测量系统包括：发射端(1)、接收端(2)、采集与电控单元(3)；
所述发射端(1)内包括：沿光的发射方向依次设置的发射光源(101)、长距离光学单元(102)、均匀光学单元(103)、发射端探测器(104)；
所述发射光源(101)采用脉冲式激光管；
所述长距离光学单元(102)用于对发射光源(101)发出的光的发散角进行压缩；
所述均匀光学单元(103)用于将压缩后的光的光斑能量分布均匀化；
所述发射端探测器(104)用于采集发射端最终发出的光信号，即采集光斑能量分布均匀化后的光信号；
所述发射端(1)发出的发射光到达接收端(2)时，接收端(2)处于发射光的光斑内；
所述接收端(2)包括：沿光的接收方向依次设置的接收汇聚单元(201)、接收端探测器(202)；
所述接收汇聚单元(201)用于对发射光的光斑进行汇聚；
所述接收端探测器(202)用于采集接收端最终接收的光信号，即采集接收汇聚单元(201)汇聚后的光信号；
所述采集与电控单元(3)分别与发射端(1)和接收端(2)进行数据传输；所述采集与电控单元(3)分别获取发射端探测器(104)的采集信号和接收端探测器(202)的采集信号；
所述采集与电控单元(3)用于控制发射端(1)的发射光源(101)的脉冲信号的发射时序，以及用于控制发射端探测器(104)的采集信号和接收端探测器(202)的采集信号的获取时序；
所述采集与电控单元(3)还安装有输入接口，用于设定发射端与接收端之间的距离，设定发射光源(101)的脉冲信号的发射时序，设定控制发射端探测器(104)的采集信号和接收端探测器(202)的采集信号的获取时序；
所述采集与电控单元(3)上安装有计算程序，用于根据发射端探测器(104)的采集信号和接收端探测器(202)的采集信号，以及根据发射端与接收端之间的距离即传输距离，实时计算该单套测量系统所分布位置的能见度；
所述采集与电控单元(3)用于对发射端探测器(104)的采集信号和接收端探测器(202)的采集信号，以及对该单套测量系统所分布位置的能见度进行数据存储。


2.根据权利要求1所述的高速团雾的识别定位系统，其特征在于，所述长距离光学单元(102)包括两个透镜，利用该两个透镜实现光的发散角的压缩。


3.根据权利要求1所述的高速团雾的识别定位系统，其特征在于，所述均匀光学单元(103)包括一个透镜，利用该一个透镜...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐赤东，杨卓敏，方蔚恺，杨喆，张战盈，余东升，蔡熠，陈海燕，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，公安部交通管理科学研究所，
类型：发明
国别省市：安徽;34