遙感式路面狀況傳感器摘要：

本文以遙感式路面狀況傳感器+FRT50數據采集器組成測試系統，以張家口一段實際道路為被測對象，進行道路積水、結冰、積雪狀態監測的準確度進行研究。

一、 遙感式路面狀況傳感器引言

道路積水、結冰與積雪會導致路面抗滑性能急劇降低，對交通安全造成嚴重威脅，因此需要實時檢測路面積水、結冰、積雪狀態及厚度并及時發布相關信息。文中所提到的遙感式路面狀況傳感器便是一種可實時監測路面狀態的設備，可接入現有公路自動氣象監測網絡，并把相關數據通過RS485接口上報給道路管理部門。本文核心要點是遙感式路面狀況傳感器的準確度問題。

目前我國大部分地區與城市的道路路面均采用瀝青、混凝土材料，因此本文主要討論在瀝青路面下的研究。下文是進行本次研究的主要內容。

二、 遙感式路面狀況傳感器測試系統組成

本次研究需要搭建一套測試系統，主要用到以下設備：遙感式路面狀況傳感器、FRT50數據采集器、太陽能供電系統。

1、 遙感式路面狀況傳感器

該遙感式路面狀況傳感器（以下簡稱傳感器）采用紅外遙感技術，在不破壞路面的情況下可有效檢測積水、結冰、積雪，根據路面狀態輸出路面濕滑系數。外形圖如下：

1、FRT50數據采集器

     本次研究屬于戶外作業，路面狀況傳感器所采樣的數據需要實時分析，并且需要做成曲線，而FRT50數據采集器恰好能滿足需求。

      FRT50數據采集器是一款多用途低功耗的可以通過腳本二次開發的數據采集器，可以采集多路傳感器數據并將采集到的數據通過4G網絡實時傳輸到服務器后臺。服務器后臺將得到的數據自動繪制成曲線，方便研究人員分析。外形如圖所示：

     FRT50數據采集器的腳本是開源的，按照特定的格式編寫腳本，然后通過串口把腳本下載到采集器，最后通過RS485線連接傳感器與采集器。

1、太陽能供電系統

     測試系統供電電源為DC12V，采用太陽能供電系統即可滿足要求，無需依賴市電。

一、遙感式路面狀況傳感器測試環境及方法

       測試環境：張家口某段瀝青路面，室外溫度約-9℃。

       測試方法：在干燥路面通過傳感器按鍵進行干標定操作，然后在干燥路面人工灑水、灑雪，來模擬自然降雨降雪的過程，之后通過modbus 協議讀取傳感器報文，FRT50記錄實時 數據并生成曲線。

二、遙感式路面狀況傳感器數據分析

       測路面積水與結冰合并到一起研究。實際情況：從9：36：30秒開始抓取數據，在9：43分開始灑水，到9：48分水已結冰。環境溫度與路溫變化曲線如圖2。

圖2路溫與環境溫度曲線圖

1、 路面積水

      如圖3所示，為傳感器輸出的路面狀態，1代表干，3代表積水，對比報文和采集器采集的數據分析知，9：44分?9：47分為路面積水狀態與實際路面狀況一致。

圖3路面積水狀態曲線圖

圖4 積水厚度與濕滑系數曲線圖

     圖4顯示，隨著積水厚度的增加，濕滑系數逐漸降低，路面抗滑性能下降，此時如果將對應的濕滑系數發送到行駛在公路上的車輛，就可以提醒駕駛員降低車速，保證安全行駛。

     結合圖3、圖4可知，遙感式路面狀況傳感器對積水的測量準確度還是很高的，反應也很及時。

1、路面結冰

     如圖5所示，為遙感式路面狀況傳感器輸出的水到冰的路面狀態變化曲線，1代表干，3代表積水，7代表結冰。對比報文和采集器采集的數據分析知，9：47：50秒之后為路面結冰狀態，與實際路面狀況一致。

圖5 路面水結冰狀態曲線圖

1、路面積雪

     重新尋找干燥路面干標定之后，10：00：30秒在路面第一次少量灑雪（圖7），在10：11：00之后繼續第二次灑雪（圖8）。圖9為傳感輸出的路面狀態曲線，1代表干燥，6代表雪。

     對比報文和采集器采集的數據分析知，10：00：50秒之后為路面積雪狀態，與實際路面狀況一致。

圖7 路面第一次灑雪

圖9 路面積雪狀態曲線

圖10 積雪厚度與濕滑系數曲線

     圖10為傳感器輸出的積雪厚度及濕滑系數曲線，由圖可知積雪厚度在約2mm時，路面濕滑系數瞬間降至0.2，由于積雪完全覆蓋路面，濕滑系數基本與路面沒有關系，已經達到了非常濕滑的地步，積雪厚度大于2mm時，濕滑系數基本在0.1左右浮動。

一、遙感式路面狀況傳感器結論

       通過對比遙感式路面狀況傳感器的報文和FRT50采集到的數據曲線，結合實際路面狀態，得出：遙感式路面狀況傳感器輸出的路面狀態信息全面，并且對路面的狀態響應非常準確，能夠準確輸出干燥、積水、結冰及積雪狀態。因此遙感式路面狀況傳感器，可用于冬季道路行車安全預警，及時發現道路結冰、積雪的險情，減少交通事故的發生，避免再次出現像2022年12月28日河南鄭州鄭新黃河大橋上發生的特大交通事故。

以上僅是對瀝青混凝土路面的狀態研究，如需將遙感式路面狀況傳感器應用到其他路面還需要做進一步研究。