面向公路团雾分布式检测的能见度感知节点技术研究.pdfVIP

摘要

交通运输是国家经济高质量发展的重要纽带，随着我国公路覆盖率逐步提

高，部分地区的恶劣天气导致的安全风险严重影响了道路交通的正常运行。众

多恶劣气象中，团雾因其难以预测，形成极快，区域能见度低等特点，对驾驶

员的视距及心理的影响极大，因而被称为公路安全的“第一杀手”。商用化的能

见度检测设备价格普遍较为昂贵，因此现有公路能见度检测仍多依托粗粒度的

气象监测站点数据进行，无法针对团雾特性实现团雾的精准检测。为此，针对

现有团雾检测技术的不足，本文设计了一种适于高密度布设的低成本，小体积

的基于光学检测的能见度感知节点，并根据公路团雾的特性设计了一种依托分

布式高密度布设的感知节点实现细粒度团雾检测的技术。对于设备工作中出现

的光路污染问题，本文根据污染类型设计了设备污染自清洁方法及污染程度识

别评价方法，进一步优化了感知节点设备的能见度检测准确性。

本文根据雾的形成机理设计了基于红外光透射光强度的能见度感知节点及

算法，根据选择的基本检测方法，从主控芯片、传感器等硬件搭建及机械结构

设计进行感知节点硬件设计，使用反光棱镜作为光的反射端，有效提高了设备

的稳定性。分析了算法及硬件在检测过程中的误差来源，并使用多光强的线性

拟合关系斜率代替直接光强接收数据以及通过检测红光散射强度计算红外接收

光的散射分量的方法，有效降了低光学能见度检测的误差。针对设备在工作时

部分部件出现的水雾及结冰污染，本文设计加热模块实现可逆污染去除，并基

于bang-bang控制策略设计了依据温度及湿度数据的加热模块控制算法。

结合团雾特性，本文引入无线通信原理，利用所设计的感知节点形成了一

种基于能见度等级识别的分布式团雾检测策略，将节点群上传的数据进行分析

处理并搭建了可视化网络平台。针对设备在长期工作后产生不可逆累积污渍，

本文设计了双光路光强及能见度数据的修正算法，利用分布式系统的网联功能，

根据晴好天气下上传的红光接收强度设计了设备污染程度评价方法。

为验证感知节点性能及分布式团雾检测策略的可行性，本文设计了设备工

作性能测试及节点检测准确性测试并对修正算法效果进行评价，同时通过模拟

团雾实验对分布式团雾检测体系进行测试。实验表明，感知节点具有良好的稳

定性，在低能见度下的检测精度误差小于15%，同时，验证了分布式细粒度部

署策略对团雾特性的识别与检测具有较强的可行性。

关键词：分布式；团雾；能见度；光学检测；加热控制

Abstract

Transportationisanimportantlinkforthehigh-qualitydevelopmentofthe

nationaleconomy.Withthegradualincreaseofroadcoverageinourcountry,the

safetyriskscausedbybadweatherinsomeareashaveseriouslyaffectedthenormal

operationofroadtraffic.Amongthemanybadweather,fogiscalledthenumberone

killerofroadsafetybecauseitisunpredictable,formsextremelyfast,andhaslow

visibilityinthearea.Ithasagreatimpactonthedriverssightdistanceandpsychology.

Thecommercializedvisibilitydetectionequipmentisgenerallyexpensive,sothe

existingroadvisibilitydetectionisstillmostlybasedonthecoarse-grained

meteorologicalmonitoringstationdata,anditisimpo