雾区能见度检测方法及其设备技术

一种雾区能见度检测方法及其设备，通过测量雾对光的散射强度，获得消光系数，最终获得能见度值。采用激光作为探测光源，利用光电探测器进行接收。不同能见度的雾带来不同的散射接收结果，当能见度大时，光散射小光电探测器上输出值小；当雾能见度变小时，光电探测器接收值变大。通过对散射光接收数据通过计算机分析计算，得出雾天能见度值大小。通过多点排布光电接收器及环境温湿度校正，能够有效提高测量精度。仪器中装有无线通信模块，能够实现远距离信号传输。该仪器使用简便，可克服目前相关产品成本高的缺点，非常方便于雾天环境监测。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种环境信息监测方法及其设备，具体涉及一种用于雾区能见度检测的方法及其设备。
技术介绍
雾是由于大气中的水分达到饱和状态，凝结成小晶滴，漂浮于地面附近的一种天 气现象。雾天的影响可以用能见度与视距关系来表示。能见度是指即目标物的能见距离， 是指观测目标物时，能从背景上分辨出目标物轮廓的最大距离，它是物体与背景的对比度 函数。当空气中充满了微小水颗粒时，会对光进行散射，从而严重影响视距清晰度，造成能 见度降低。能见度的降低对人类交通活动影响非常大。由于雾将使环境能见度大范围降低， 这对如轮渡、民航、高速公路等交通运输和电力供应、市民的日常生活都会产生许多不利的 影响，产生重大的安全隐患。雾天对交通安全影响尤为严重，处于雾区的司机很难看清前车，存在视觉盲区；看 不清周边路况，没有车辆或建筑作参照物，导致司机感觉不到车速；司机眼睛对颜色分辨能 力下降，无法看清信号灯及提示牌；无法掌控距离，使司机在路口提前或过晚转弯等。上述 情况直接导致了交通事故的产生，在高速公路的交通事故中，由于浓雾等恶劣天气影响造 成的交通事故约占总数的1/4以上，给国家和人民生命财产造成了重大损失。目前，我国高速公路发展迅速，但我国的雾区检测系统研究才刚刚起步，虽然已经 开展了雾检测、预报、雾区交通安全与监控系统、雾天道路交通管理等方面的研究，并建立 了比较好的气候监控设备站，但尚未形成低成本实时对高速公路雾区进行检测系统以及理 论和方法，因此，我国高速公路与高等级公路雾天通行管理还是采用人工雾情检测、人工疏 导等全人工或半人工化的管理技术与措施，规范性、客观性相对较差。直接封闭等人工管理方法虽然防止了交通事故的发生，却以牺牲高速公路的通行 能力为代价，同时给高速公路业主造成了巨大的经济损失，不利于构建和谐交通环境。测量大气能见度的方法分为人工目测和监测仪测量，能见度监测仪测量方式主要 有透射型、散射型和激光雷达测量仪。但该类方式存在以下问题大气透射仪是通过光束透过两固定点之间的大气柱直接测量气柱透射率，以此来 推算能见度的值，这种方法要求光束通过足够长的大气柱，测量的可靠性受光源及其他硬 件系统工作稳定性的影响，一般只适用于中等以下能见度的观测，而在雨、雾等低能见度天 气，会因水汽吸收等复杂条件造成较大误差。激光雷达测量仪系统复杂，价格昂贵。散射型是目前常用的测量雾能见度的方式。常用的能见度仪产品大都进口，如芬 兰VAISALAD公司型号为FD12的能见度仪，它由光发射器、光接收器和控制器组成，能见度 探测范围是10-50000米。近年国内也有相关产品销售，但外形和实现方法与国外产品大体 一致。这类产品存在以下不足仪器分为发射与接收两部分，体积上较大、安装不便；仪器价格昂贵，限制了推广使用；维护成本高。就我国目前情况而言，上述能见度监测仪需依靠进口，这种仪器成本昂贵、维护费 用高、操作复杂，限制了应用范围，一般一个大区域内只装1-2套仪器，给我国高速公路的 实际使用带来诸多的问题。例如一段公路范围内只有一个检测点，一般安置在收费口，但由 于雾的形成与变化的无规则性，使得安装点的雾探测器如同虚设，可能会出现探测点有雾 而几公里外却无雾；或者出现探测点没有雾，而几公里外却大雾弥漫的状况。这将带来车辆 的通行率与安全性的矛盾，也是多年来困扰高速公路管理与安全的一大难题。
技术实现思路
本专利技术提供一种雾区能见度检测方法及其设备，主要解决了现有雾区能见度检测 方法及其设备检测精度低、成本高、操作复杂的问题。本专利技术的技术解决方案如下该雾区能见度检测方法包括以下步骤(1)发射探测光探测光源发射出的探测光为激光，可以对发射出的探测光进行发散或扩束处理； 探测光源可以由太阳能电池板供电；探测光源可以选择LED或半导体激光器；激光器的重 复频率为0. 5Hz-10Hz，工作波长为530nm、630nm、650nm、808nm或850nm ；所述激光器的输出 功率至少为10mW。(2)探测雾能见度探测光进入雾区后经悬浮的微小液滴散射，光路改变，形成散射光；(3)接收散射光散射光被分布在探测光前向四周的光电探测装置接收，得到光信号量值；光电探 测装置至少设置3个，且光电探测装置设置于不同线上；(4)得出雾能见度光信号量值经传输系统传输至处理系统，处理后得到消光系数，根据柯西密德原 理计算得出雾能见度。以上所述步骤(3)接收散射光中，设置有用于测量环境温度、湿度等参数的信号 测试单元，测试结果通过步骤(4)得出雾能见度中的传输系统传输至处理系统。以上所述步骤(4)得出雾能见度中，传输系统是无线通讯系统；所述无线通讯系 统是GPRS或GPS。该雾区能见度检测设备，包括探测光源和壳体，探测光源设置于壳体一端，壳体上 至少设置有3个光电探测器，壳体上设置有至少3个进雾孔。以上所述光电探测器连接有将光信号量值传输至处理系统的信号传输装置。以上所述光电探测器是光电池或光电二极管；所述的进雾孔是螺旋排列的圆形或 孔多边形孔。本专利技术的优点在于1、本专利技术可使一些交通领域中大雾的测量预报摆脱依靠肉眼判断的局面，为交通 指挥保障部门提供精准的能见度信息。2、本专利技术成本低，扩大了使用范围，适于产品推广。3、本专利技术使用LED或半导体激光器作为光源，既节省成本又可减小环境杂光干 扰。4、本专利技术使用发散或扩束的激光工作方式，可提高散射接收分辨率。5、本专利技术使用前向与后向散射结合探测方案，能够将接收与发射集成为一体。6、本专利技术系统功耗低，使用太阳能供电，具有供电方便、节能的优点，不用专门建 立供电系统，能够适合偏远地区使用。7、本专利技术使用无线通信系统，既具有信号传输功能，由具备定位和防盗功能；8、本专利技术系统可24小时工作、使用灵活方便。9、本专利技术系统自动化程度高，并集多种功能于一体，提高使用价值。附图说明图1为光电式雾区能见度检测仪原理结构图；图2为光电式雾区能见度检测仪结构示意图。具体实施例方式本专利技术结合雾的光学特征，采用基于雾气对激光具有散射效应的原理得到。以下 结合图1、图2对本专利技术进行详述。雾的能见度可通过测量雾空气消光系数换算获得。根据柯西密德(Koschmieder) 原理，对以水平天空为背景的黑体目标物，设能见度视距Vm与雾消光系数ο之间满足以下 经验关系权利要求一种雾区能见度检测方法，其特征在于，包括以下步骤(1)发射探测光探测光源发射出探测光，所述的探测光是激光；(2)探测雾能见度探测光进入雾区后经悬浮的微小液滴散射，光路改变，形成散射光；(3)接收散射光散射光被分布在探测光前向四周的光电探测装置接收，得到光信号量值；(4)得出雾能见度光信号量值经传输系统传输至处理系统，处理后得到消光系数，根据柯西密德原理计算得出雾能见度。2.根据权利要求1所述的雾区能见度检测方法，其特征在于所述步骤(3)接收散射 光中，设置有用于测量环境温度、湿度等参数的信号测试单元，测试结果通过步骤(4)得出 雾能见度中的传输系统传输至处理系统。3.根据权利要求1或2所述的雾区能见度检测方法，其特征在于所述步骤(1)发射 探测光中，探测光源是LED或半导体激光器；所述激光器的重复频率为0. 5Hz-10Hz，工作波 长为530nm、630nm、650nm、808nm或850n本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种雾区能见度检测方法，其特征在于，包括以下步骤：（１）发射探测光探测光源发射出探测光，所述的探测光是激光；（２）探测雾能见度探测光进入雾区后经悬浮的微小液滴散射，光路改变，形成散射光；（３）接收散射光散射光被分布在探测光前向四周的光电探测装置接收，得到光信号量值；（４）得出雾能见度光信号量值经传输系统传输至处理系统，处理后得到消光系数，根据柯西密德原理计算得出雾能见度。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：阮驰，刘志麟，
申请(专利权)人：中国科学院西安光学精密机械研究所，昆山敏通光纤传感技术研发中心有限公司，
类型：发明
国别省市：87