紅外遙測(cè)式路面狀況傳感器的水厚度測(cè)量

　　公式推導(dǎo)：

　　干標(biāo)定信號(hào)：DP₁、 DP₂、 DP₃;接收信號(hào)：OS₁、 OS₂、 OS₃;厚度：d₁、d₂、d₃;水對(duì)三個(gè)波長(zhǎng)的吸收率為：ε₁₁、ε₁₂、ε₁₃;冰對(duì)三個(gè)波長(zhǎng)的吸收率為：ε₁₁、ε₁₂、ε₁₃;雪對(duì)三個(gè)波長(zhǎng)的吸收率為：ε₁₁、ε₁₃、ε₁₃。

　　分析結(jié)果：選擇多元線性回歸方法分析數(shù)據(jù)，假定被解釋變量與多個(gè)解釋變量之間具有線性關(guān)系，是解釋變量的多元線性函數(shù)，稱為多元線性回歸模型。即

　　Y=β₀+β₁ X1+…+β_k X_k+μ

　　其中Y為被解釋變量，X_j(j=1，2，…，k)為第j個(gè)解釋變量，β_j(j=1，2，…，k)為第j個(gè)未知參數(shù)，μ為隨機(jī)誤差項(xiàng)。

　　由以上推導(dǎo)可知，只要有足夠代表性的數(shù)據(jù)，就可以求出對(duì)應(yīng)水冰雪厚度的3組系數(shù)，達(dá)到物質(zhì)辨別和測(cè)量厚度的目的。

　　3 水厚測(cè)量試驗(yàn)

　　通過(guò)對(duì)多種石材的強(qiáng)度和親水性進(jìn)行試驗(yàn)考察，選定用特制的鋪有水泥面的花崗巖精密平臺(tái)作為水標(biāo)定試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)平臺(tái)，以高精度磁致伸縮液位傳感器作為水厚度檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，以人工和攝像頭作為輔助觀測(cè)方法。

　　通過(guò)多次試驗(yàn)總結(jié)出水標(biāo)定可行的試驗(yàn)方法：

　　首先將試驗(yàn)平臺(tái)調(diào)平，然后將傳感器架設(shè)于平臺(tái)附近，使其照射于平臺(tái)中心，進(jìn)行干信號(hào)標(biāo)定，在平臺(tái)上加水2mm，使其自然蒸發(fā)至干燥，完成一個(gè)試驗(yàn)周期。

　　4 試驗(yàn)結(jié)果分析

　　4.1 建模

　　設(shè)計(jì)的標(biāo)定平臺(tái)和標(biāo)定方法為模型建立提供了充分的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了測(cè)量模型的建立。

　　從圖3實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，光信號(hào)2處于水的吸收峰，所以道路表面一旦出現(xiàn)水膜，光信號(hào)2會(huì)劇烈減小，而且Ln(dp₂/os₂)一直大于Ln(dp₁/os₁)和Ln(dp₃/os₃)，但是水厚增加到一定程度，由于光信號(hào)2返回信號(hào)幾乎接近最小值時(shí)，與水厚的線性關(guān)系發(fā)生畸變，但是Ln(dp₁/os₁)和Ln(dp₃/os₃)與水的線性度在2mm內(nèi)一直保持良好。

　　模型建立的基本方法是利用matlab、spss數(shù)據(jù)分析軟件，對(duì)大量數(shù)據(jù)進(jìn)行多元線性逐步回歸分析，得到光信號(hào)和不同物質(zhì)的計(jì)算公式，多次標(biāo)定模型復(fù)相關(guān)系數(shù)均>0.92(遠(yuǎn)高于可接受限值0.75)，光信號(hào)變化能很好的解釋覆蓋物種類及厚度變化;該模型在條件不變的情況下，得到很好的測(cè)量結(jié)果。

　　水厚度計(jì)算公式:

　　H_水厚=0.465 Ln(dp₃/os₃)-0.749 Ln(dp₁/os₁))+0.3

　　狀態(tài)判斷如表1。

　　4.2 驗(yàn)證

　　實(shí)驗(yàn)介紹：利用人工觀察狀態(tài)和傳感器測(cè)量厚度與樣機(jī)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證。物質(zhì)厚度單位：mm，狀態(tài)：0 干 1 潮 2水。

　　5 結(jié)論

　　根據(jù)多次室內(nèi)室外試驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證，干、潮、水區(qū)分比較準(zhǔn)確，因?yàn)樗焙统备煞纸巛^為模糊，分界處狀態(tài)和觀察狀態(tài)稍有出入，但只是在相鄰兩個(gè)狀態(tài)有所差異，不影響狀態(tài)變化走勢(shì)，測(cè)量的水厚和水蒸發(fā)線性趨勢(shì)吻合。干信號(hào)根據(jù)目標(biāo)路面標(biāo)定后，干信號(hào)的大小在較大范圍內(nèi)不影響路面狀態(tài)的判斷，測(cè)量的水厚度誤差會(huì)有差異，證明傳感器具有較強(qiáng)環(huán)境適應(yīng)性。