專利名稱：霧區(qū)能見度檢測方法及其設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種環(huán)境信息監(jiān)測方法及其設(shè)備，具體涉及一種用于霧區(qū)能見度檢測的方法及其設(shè)備。
背景技術(shù)：
霧是由于大氣中的水分達(dá)到飽和狀態(tài)，凝結(jié)成小晶滴，漂浮于地面附近的一種天 氣現(xiàn)象。霧天的影響可以用能見度與視距關(guān)系來表示。能見度是指即目標(biāo)物的能見距離， 是指觀測目標(biāo)物時，能從背景上分辨出目標(biāo)物輪廓的最大距離，它是物體與背景的對比度 函數(shù)。當(dāng)空氣中充滿了微小水顆粒時，會對光進(jìn)行散射，從而嚴(yán)重影響視距清晰度，造成能 見度降低。能見度的降低對人類交通活動影響非常大。由于霧將使環(huán)境能見度大范圍降低， 這對如輪渡、民航、高速公路等交通運(yùn)輸和電力供應(yīng)、市民的日常生活都會產(chǎn)生許多不利的 影響，產(chǎn)生重大的安全隱患。霧天對交通安全影響尤為嚴(yán)重，處于霧區(qū)的司機(jī)很難看清前車，存在視覺盲區(qū)；看 不清周邊路況，沒有車輛或建筑作參照物，導(dǎo)致司機(jī)感覺不到車速；司機(jī)眼睛對顏色分辨能 力下降，無法看清信號燈及提示牌；無法掌控距離，使司機(jī)在路口提前或過晚轉(zhuǎn)彎等。上述 情況直接導(dǎo)致了交通事故的產(chǎn)生，在高速公路的交通事故中，由于濃霧等惡劣天氣影響造 成的交通事故約占總數(shù)的1/4以上，給國家和人民生命財產(chǎn)造成了重大損失。目前，我國高速公路發(fā)展迅速，但我國的霧區(qū)檢測系統(tǒng)研究才剛剛起步，雖然已經(jīng) 開展了霧檢測、預(yù)報、霧區(qū)交通安全與監(jiān)控系統(tǒng)、霧天道路交通管理等方面的研究，并建立 了比較好的氣候監(jiān)控設(shè)備站，但尚未形成低成本實(shí)時對高速公路霧區(qū)進(jìn)行檢測系統(tǒng)以及理 論和方法，因此，我國高速公路與高等級公路霧天通行管理還是采用人工霧情檢測、人工疏 導(dǎo)等全人工或半人工化的管理技術(shù)與措施，規(guī)范性、客觀性相對較差。直接封閉等人工管理方法雖然防止了交通事故的發(fā)生，卻以犧牲高速公路的通行 能力為代價，同時給高速公路業(yè)主造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失，不利于構(gòu)建和諧交通環(huán)境。測量大氣能見度的方法分為人工目測和監(jiān)測儀測量，能見度監(jiān)測儀測量方式主要 有透射型、散射型和激光雷達(dá)測量儀。但該類方式存在以下問題大氣透射儀是通過光束透過兩固定點(diǎn)之間的大氣柱直接測量氣柱透射率，以此來 推算能見度的值，這種方法要求光束通過足夠長的大氣柱，測量的可靠性受光源及其他硬 件系統(tǒng)工作穩(wěn)定性的影響，一般只適用于中等以下能見度的觀測，而在雨、霧等低能見度天 氣，會因水汽吸收等復(fù)雜條件造成較大誤差。激光雷達(dá)測量儀系統(tǒng)復(fù)雜，價格昂貴。散射型是目前常用的測量霧能見度的方式。常用的能見度儀產(chǎn)品大都進(jìn)口，如芬 蘭VAISALAD公司型號為FD12的能見度儀，它由光發(fā)射器、光接收器和控制器組成，能見度 探測范圍是10-50000米。近年國內(nèi)也有相關(guān)產(chǎn)品銷售，但外形和實(shí)現(xiàn)方法與國外產(chǎn)品大體 一致。這類產(chǎn)品存在以下不足儀器分為發(fā)射與接收兩部分，體積上較大、安裝不便；儀器價格昂貴，限制了推廣使用；維護(hù)成本高。就我國目前情況而言，上述能見度監(jiān)測儀需依靠進(jìn)口，這種儀器成本昂貴、維護(hù)費(fèi) 用高、操作復(fù)雜，限制了應(yīng)用范圍，一般一個大區(qū)域內(nèi)只裝1-2套儀器，給我國高速公路的 實(shí)際使用帶來諸多的問題。例如一段公路范圍內(nèi)只有一個檢測點(diǎn)，一般安置在收費(fèi)口，但由 于霧的形成與變化的無規(guī)則性，使得安裝點(diǎn)的霧探測器如同虛設(shè)，可能會出現(xiàn)探測點(diǎn)有霧 而幾公里外卻無霧；或者出現(xiàn)探測點(diǎn)沒有霧，而幾公里外卻大霧彌漫的狀況。這將帶來車輛 的通行率與安全性的矛盾，也是多年來困擾高速公路管理與安全的一大難題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種霧區(qū)能見度檢測方法及其設(shè)備，主要解決了現(xiàn)有霧區(qū)能見度檢測 方法及其設(shè)備檢測精度低、成本高、操作復(fù)雜的問題。本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下該霧區(qū)能見度檢測方法包括以下步驟(1)發(fā)射探測光探測光源發(fā)射出的探測光為激光，可以對發(fā)射出的探測光進(jìn)行發(fā)散或擴(kuò)束處理； 探測光源可以由太陽能電池板供電；探測光源可以選擇LED或半導(dǎo)體激光器；激光器的重 復(fù)頻率為0. 5Hz-10Hz，工作波長為530nm、630nm、650nm、808nm或850nm ；所述激光器的輸出 功率至少為10mW。(2)探測霧能見度探測光進(jìn)入霧區(qū)后經(jīng)懸浮的微小液滴散射，光路改變，形成散射光；(3)接收散射光散射光被分布在探測光前向四周的光電探測裝置接收，得到光信號量值；光電探 測裝置至少設(shè)置3個，且光電探測裝置設(shè)置于不同線上；(4)得出霧能見度光信號量值經(jīng)傳輸系統(tǒng)傳輸至處理系統(tǒng)，處理后得到消光系數(shù)，根據(jù)柯西密德原 理計算得出霧能見度。以上所述步驟(3)接收散射光中，設(shè)置有用于測量環(huán)境溫度、濕度等參數(shù)的信號 測試單元，測試結(jié)果通過步驟(4)得出霧能見度中的傳輸系統(tǒng)傳輸至處理系統(tǒng)。以上所述步驟(4)得出霧能見度中，傳輸系統(tǒng)是無線通訊系統(tǒng)；所述無線通訊系 統(tǒng)是GPRS或GPS。該霧區(qū)能見度檢測設(shè)備，包括探測光源和殼體，探測光源設(shè)置于殼體一端，殼體上 至少設(shè)置有3個光電探測器，殼體上設(shè)置有至少3個進(jìn)霧孔。以上所述光電探測器連接有將光信號量值傳輸至處理系統(tǒng)的信號傳輸裝置。以上所述光電探測器是光電池或光電二極管；所述的進(jìn)霧孔是螺旋排列的圓形或 孔多邊形孔。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于1、本發(fā)明可使一些交通領(lǐng)域中大霧的測量預(yù)報擺脫依靠肉眼判斷的局面，為交通 指揮保障部門提供精準(zhǔn)的能見度信息。2、本發(fā)明成本低，擴(kuò)大了使用范圍，適于產(chǎn)品推廣。
3、本發(fā)明使用LED或半導(dǎo)體激光器作為光源，既節(jié)省成本又可減小環(huán)境雜光干 擾。4、本發(fā)明使用發(fā)散或擴(kuò)束的激光工作方式，可提高散射接收分辨率。5、本發(fā)明使用前向與后向散射結(jié)合探測方案，能夠?qū)⒔邮张c發(fā)射集成為一體。6、本發(fā)明系統(tǒng)功耗低，使用太陽能供電，具有供電方便、節(jié)能的優(yōu)點(diǎn)，不用專門建 立供電系統(tǒng)，能夠適合偏遠(yuǎn)地區(qū)使用。7、本發(fā)明使用無線通信系統(tǒng)，既具有信號傳輸功能，由具備定位和防盜功能；8、本發(fā)明系統(tǒng)可24小時工作、使用靈活方便。9、本發(fā)明系統(tǒng)自動化程度高，并集多種功能于一體，提高使用價值。


圖1為光電式霧區(qū)能見度檢測儀原理結(jié)構(gòu)圖；圖2為光電式霧區(qū)能見度檢測儀結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明結(jié)合霧的光學(xué)特征，采用基于霧氣對激光具有散射效應(yīng)的原理得到。以下 結(jié)合圖1、圖2對本發(fā)明進(jìn)行詳述。霧的能見度可通過測量霧空氣消光系數(shù)換算獲得。根據(jù)柯西密德(Koschmieder) 原理，對以水平天空為背景的黑體目標(biāo)物，設(shè)能見度視距Vm與霧消光系數(shù)ο之間滿足以下 經(jīng)驗(yàn)關(guān)系
權(quán)利要求
一種霧區(qū)能見度檢測方法，其特征在于，包括以下步驟(1)發(fā)射探測光探測光源發(fā)射出探測光，所述的探測光是激光；(2)探測霧能見度探測光進(jìn)入霧區(qū)后經(jīng)懸浮的微小液滴散射，光路改變，形成散射光；(3)接收散射光散射光被分布在探測光前向四周的光電探測裝置接收，得到光信號量值；(4)得出霧能見度光信號量值經(jīng)傳輸系統(tǒng)傳輸至處理系統(tǒng)，處理后得到消光系數(shù)，根據(jù)柯西密德原理計算得出霧能見度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的霧區(qū)能見度檢測方法，其特征在于所述步驟(3)接收散射 光中，設(shè)置有用于測量環(huán)境溫度、濕度等參數(shù)的信號測試單元，測試結(jié)果通過步驟(4)得出 霧能見度中的傳輸系統(tǒng)傳輸至處理系統(tǒng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的霧區(qū)能見度檢測方法，其特征在于所述步驟(1)發(fā)射 探測光中，探測光源是LED或半導(dǎo)體激光器；所述激光器的重復(fù)頻率為0. 5Hz-10Hz，工作波 長為530nm、630nm、650nm、808nm或850nm ；所述激光器的輸出功率至少為10mW。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的霧區(qū)能見度檢測方法，其特征在于所述步驟(3)接收探散 射光中，光電探測裝置至少設(shè)置3個。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的霧區(qū)能見度檢測方法，其特征在于所述步驟(4)得出霧能 見度中，傳輸系統(tǒng)是無線通訊系統(tǒng)；所述無線通訊系統(tǒng)是GPRS或GPS。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的霧區(qū)能見度檢測方法，其特征在于所述步驟(1)發(fā)射探測 光中，對發(fā)射出的探測光進(jìn)行發(fā)散或擴(kuò)束處理。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的霧區(qū)能見度檢測方法，其特征在于所述步驟(1)發(fā)射探測 光中，探測光源由太陽能電池板供電。
8.一種霧區(qū)能見度檢測設(shè)備，包括探測光源和殼體，所述探測光源設(shè)置于殼體一端，其 特征在于所述殼體上至少設(shè)置有3個光電探測器，所述殼體上設(shè)置有至少3個進(jìn)霧孔。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的霧區(qū)能見度檢測設(shè)備，其特征在于所述光電探測器連接有 將光信號量值傳輸至處理系統(tǒng)的信號傳輸裝置。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的霧區(qū)能見度檢測設(shè)備，其特征在于所述光電探測器是光電 池或光電二極管；所述的進(jìn)霧孔是螺旋排列的圓形或孔多邊形孔。
全文摘要
一種霧區(qū)能見度檢測方法及其設(shè)備，通過測量霧對光的散射強(qiáng)度，獲得消光系數(shù)，最終獲得能見度值。采用激光作為探測光源，利用光電探測器進(jìn)行接收。不同能見度的霧帶來不同的散射接收結(jié)果，當(dāng)能見度大時，光散射小光電探測器上輸出值?。划?dāng)霧能見度變小時，光電探測器接收值變大。通過對散射光接收數(shù)據(jù)通過計算機(jī)分析計算，得出霧天能見度值大小。通過多點(diǎn)排布光電接收器及環(huán)境溫濕度校正，能夠有效提高測量精度。儀器中裝有無線通信模塊，能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)距離信號傳輸。該儀器使用簡便，可克服目前相關(guān)產(chǎn)品成本高的缺點(diǎn)，非常方便于霧天環(huán)境監(jiān)測。
文檔編號G01N21/49GK101995394SQ200910023570
公開日2011年3月30日 申請日期2009年8月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月11日
發(fā)明者劉志麟, 阮馳 申請人:中國科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所;昆山敏通光纖傳感技術(shù)研發(fā)中心有限公司