Введение
В зимний период эксплуатации дорог температура воздуха не всегда отражает фактическое состояние дорожного покрытия. Локальный дренаж, затенение, движение транспорта, ветер и различия в температуре поверхности могут приводить к образованию тонких водяных плёнок, гололёда или снега даже тогда, когда обычные метеорологические данные не указывают явно на опасное состояние дорожного покрытия. Таким образом, для дорожных операторов задача заключается не только в мониторинге погоды, но и в определении того, что фактически присутствует на дорожном покрытии. Датчик состояния дорожного покрытия обеспечивает это прямое измерение, используя бесконтактное оптическое или инфракрасное зондирование для анализа изменений отражённых сигналов от дорожного покрытия. В зависимости от технологии зондирования эти изменения сигнала могут использоваться для идентификации воды, льда, снега или смешанных состояний, а в некоторых системах — для определения толщины поверхностного слоя и других параметров состояния дороги.
Это делает принцип обнаружения особенно важным: как отражённые сигналы могут показать, является ли поверхность дорожного покрытия влажной, замёрзшей или покрытой снегом? Данная статья посвящена этому процессу: в ней объясняется, как датчик состояния дорожного покрытия обнаруживает лёд и воду, как измеренные данные преобразуются в практическую информацию о состоянии дороги и как их можно объединять с данными о видимости и метеорологическими данными для мониторинга безопасности дорог и тоннелей. Для более широкого обзора функций и применений датчиков см. Что такое датчик состояния дороги? Принцип работы и применение.
Что делает лёд и воду трудными для обнаружения на дорожных покрытиях?
Лёд и воду на дорожном покрытии трудно идентифицировать, поскольку их поверхностные сигналы могут значительно изменяться в зависимости от толщины слоя, температуры, освещения и материала покрытия. Тонкая водяная плёнка может быть почти невидимой, а гололёд может сливаться с дорожным покрытием и оставаться трудноразличимым визуально. Снег, мокрый снег, слякоть и смешанные ледово-водяные состояния добавляют дополнительную сложность, делая простой визуальный осмотр или однопараметрическое измерение ненадёжным.
Температура воздуха может указывать на риск замерзания, но она не показывает напрямую, что находится на дорожном покрытии. Камеры также могут не заметить тонкие плёнки воды или гололёд, а встраиваемые датчики требуют установки в покрытие и менее удобны для некоторых проектов модернизации. Эти ограничения привели к использованию датчиков состояния дорожного покрытия, которые напрямую анализируют покрытие с помощью бесконтактного оптического или инфракрасного обнаружения. Для практического обзора того, как придорожные датчики работают совместно для сбора, обработки и передачи данных о погоде и состоянии дорог, см. наше руководство [Как работает дорожная метеостанция?].
Как датчик состояния дорожного покрытия обнаруживает лёд и воду?
Датчик состояния дорожного покрытия обнаруживает лёд и воду, анализируя реакцию дорожного покрытия на контролируемые оптические или инфракрасные сигналы. Вместо того чтобы полагаться только на температуру воздуха или визуальный осмотр, датчик смотрит непосредственно на дорожное покрытие. Вода, лёд, снег и сухое покрытие по-разному взаимодействуют со светом, создавая измеримые изменения в отражённом сигнале. Датчик обрабатывает эти различия для определения состояния поверхности и, в некоторых системах, оценки толщины материала, покрывающего дорожное покрытие. При выборе датчиков для мониторинга дорог ознакомьтесь с нашим руководством по Дорожная метеостанция против метеостанции: ключевые различия
Подача контролируемого сигнала на дорожное покрытие
Сначала датчик направляет оптическую, инфракрасную или лазерную энергию на определённую область дорожного покрытия. Поскольку измерение является бесконтактным, блок зондирования может быть установлен над дорогой или рядом с ней, а не встроен в неё. Это особенно полезно при мониторинге существующих автомагистралей, мостов или подходов к тоннелям, где резка дорожного покрытия и перекрытие полос движения могут усложнить установку.
Важно то, что датчик не просто измеряет температуру на расстоянии. Он создаёт контролируемую зону измерения и наблюдает, как дорожное покрытие реагирует на излучаемый сигнал.
Анализ отражённого сигнала
Как только сигнал достигает дорожного покрытия, часть энергии поглощается, отражается или рассеивается. Сухая асфальтовая поверхность реагирует не так, как поверхность, покрытая водой, льдом или снегом. Даже тонкий поверхностный слой может изменить характеристики возвращённого сигнала.
Приёмник фиксирует эти изменения и передаёт данные для анализа. Базовый процесс:
Излучённый сигнал → Взаимодействие с дорожным покрытием → Возвращённый сигнал → Анализ сигнала → Состояние поверхности
Именно это делает бесконтактное обнаружение полезным для таких состояний, как тонкие водяные плёнки или гололёд, которые может быть трудно идентифицировать только визуальным осмотром.
Идентификация не только “лёд или нет льда”
Для дорожных операторов простой сигнал о наличии льда часто недостаточен. Важный вопрос заключается в том, какое состояние фактически развивается на дорожном покрытии.
В зависимости от конструкции датчика и метода обнаружения система может различать такие состояния, как сухое, влажное, мокрое, обледенелое, покрытое снегом, слякотное или смешанные ледово-водяные поверхности. Многоволновое оптическое зондирование и другие методы измерения могут обеспечить более детальную картину, когда состояние дорожного покрытия быстро меняется или когда одновременно присутствуют различные материалы.
Это различие важно, поскольку мокрая дорога, приближающаяся к точке замерзания, требует иной реакции, чем уже замёрзшая поверхность.
Измерение количества воды, льда или снега
Идентификация состояния поверхности отвечает на один вопрос: что находится на дороге? Данные о толщине помогают ответить на другой: сколько этого там?
Некоторые системы могут измерять или оценивать толщину слоёв воды, льда или снега. Это даёт дорожным операторам более полезную информацию, чем простая метка состояния. Например, лёгкая водяная плёнка не представляет такой же задачи для обслуживания, как более толстый слой воды или льда.
Для зимнего содержания дорог и управления дорожным движением эта количественная информация может поддерживать решения о том, следует ли inspect участок, выпустить предупреждение или скорректировать операции по обслуживанию.
Преобразование измерений поверхности в полезные дорожные данные
Само оптическое измерение — это лишь первый шаг. Датчик преобразует возвращённый сигнал в информацию, которую операторы могут использовать, такую как состояние дорожного покрытия, толщина воды или льда, температура поверхности и, где это поддерживается методом зондирования, данные, связанные со скользкостью.
Процесс можно обобщить следующим образом:
Сигнал поверхности → Обработка данных → Состояние дорожного покрытия → Измеряемые параметры → Операционное решение
Здесь ценность датчика состояния дорожного покрытия становится более очевидной. Он предоставляет дорожным операторам прямую информацию о покрытии, а не заставляет их делать выводы о состоянии поверхности исключительно на основе метеорологических данных. Полученные данные затем могут использоваться для зимнего содержания дорог, дорожных предупреждений, управления дорожным движением и, далее в этой статье, для интеграции с более широкими системами мониторинга дорог и тоннелей.
Что может измерять датчик состояния дорожного покрытия?
Датчик состояния дорожного покрытия обеспечивает не просто индикацию влажности или обледенения. В зависимости от технологии измерения он может определять состояние покрытия, измерять толщину воды, льда или снега, а также контролировать температуру поверхности и другие показатели, связанные с безопасностью дорожного движения зимой. Эти измерения дают дорожным операторам прямую информацию о покрытии, помогая им оценивать изменяющиеся условия и принимать более обоснованные решения о содержании дорог, предупреждениях и управлении дорожным движением.
| Измерение | Что он показывает | Почему это важно |
| Состояние дорожного покрытия | Сухое, влажное, мокрое, обледенелое, заснеженное, покрытое слякотью или смешанное состояние | Показывает текущее состояние покрытия |
| Толщина водяной пленки | Количество воды, покрывающей дорожное покрытие | Помогает выявлять влажные или потенциально опасные условия |
| Толщина льда | Толщина льда, образовавшегося на покрытии | Указывает на степень обледенения поверхности |
| Толщина снега | Глубина накопленного снега | Поддерживает удаление снега и зимнее содержание дорог |
| Температура поверхности | Фактическая температура дорожного покрытия | Помогает выявлять условия замерзания и повторного замерзания |
| Данные, связанные со скользкостью | Измеренный или расчетный показатель скользкости поверхности | Поддерживает оценку дорожных рисков и предупреждения о безопасности |
| Данные о точке замерзания / данные, связанные с солью | Доступно на некоторых системах мониторинга дорожной погоды | Помогает оценить, может ли обработанное покрытие замерзнуть |
Почему использовать бесконтактное обнаружение для мониторинга дорожного покрытия?
Бесконтактное обнаружение измеряет покрытие на расстоянии, а не размещает чувствительные элементы непосредственно в дороге. Этот подход полезен для мониторинга существующих дорог, где резка покрытия, перекрытие полос или встроенная установка могут усложнить развертывание. Непрерывно наблюдая за дорожным покрытием, датчик может предоставлять прямые данные о состоянии без изменения структуры покрытия.
Более простая установка на существующих дорогах
Бесконтактный датчик состояния дорожного покрытия может быть установлен над дорогой или рядом с ней и контролировать определенную область покрытия. Резка покрытия или встроенная установка не требуются, что делает этот подход практичным для существующих автомагистралей, мостов, подходов к туннелям, съездов и проектов модернизации. Это также снижает необходимость нарушения движения во время установки или замены.
Непрерывный мониторинг без прямого контакта с покрытием
Поскольку чувствительный блок не находится в постоянном контакте с покрытием, он меньше подвержен воздействию нагрузки от транспортных средств, износу покрытия и регулярному обслуживанию дорог. Датчик может непрерывно отслеживать изменения состояния дорожного покрытия, накопление воды или льда и температуру поверхности, а затем передавать измерения на платформу мониторинга. По сравнению с периодическими ручными проверками это обеспечивает более согласованные данные о состоянии покрытия для принятия решений по обслуживанию дорог и безопасности.
Бесконтактные датчики дорожного покрытия против встроенных: что подходит для вашего проекта?
Как бесконтактные, так и встроенные датчики дорожного покрытия могут использоваться для мониторинга состояния покрытия, но они подходят для разных требований к установке и мониторингу. Бесконтактные датчики измеряют покрытие дистанционно сверху или сбоку от дороги, тогда как встроенные датчики устанавливаются непосредственно в покрытие. При выборе следует учитывать условия установки, требуемые измерения, доступ для обслуживания и допустимость строительства покрытия.
| Фактор | Бесконтактный датчик | Встроенный датчик |
| Установка | Над покрытием или рядом с ним | Устанавливается внутри покрытия |
| Резка покрытия | Обычно не требуется | Требуется |
| Прямой контакт | Нет прямого контакта с покрытием | Прямой контакт с покрытием |
| Проекты модернизации | Как правило, проще в развертывании | Более сложная установка |
| Доступ для обслуживания | Доступен над землей | Может потребоваться доступ к покрытию |
| Типичное применение | Существующие дороги, мосты, подходы к туннелям и критические участки | Новое дорожное строительство, постоянный мониторинг и специализированные исследования |
| Основное преимущество | Гибкая установка с минимальным нарушением дорожного движения | Прямое измерение параметров покрытия или подповерхностных параметров |
Когда бесконтактный датчик подходит лучше?
Мы обычно рекомендуем бесконтактное обнаружение для существующих дорог и проектов модернизации, где резка покрытия или закрытие полосы сделали бы установку излишне сложной. Это также практично для мостов, подходов к туннелям, съездов и других участков, где покрытие должно оставаться неповрежденным. В этих проектах главное преимущество не в том, что датчик автоматически более точен, а в том, что его можно установить и обслуживать без работы непосредственно внутри дороги.
Когда встроенный датчик подходит лучше?
Мы склонны рассматривать встроенные датчики, когда проекту нужна информация изнутри покрытия, а не только с его поверхности. Это более распространено при новом дорожном строительстве, на испытательных участках и в долгосрочных исследованиях покрытия, где инженерам могут потребоваться измерения температуры на разных глубинах или данные о внутренней влажности. Исходя из нашего проектного опыта, эти требования трудно удовлетворить с помощью только поверхностно устанавливаемого датчика.
Лучший выбор в конечном счете зависит от условий установки, требуемых измерений, стратегии обслуживания и допустимости строительства покрытия. Для мониторинга дорог при модернизации мы обычно отдаем предпочтение бесконтактному обнаружению, когда основная цель — мониторинг состояния поверхности без прерывания нормальной работы дороги.
Как данные о состоянии дорожного покрытия поддерживают безопасность дорог и туннелей?
Для операторов дорог и туннелей обнаружение обледеневшего или мокрого покрытия — лишь первый шаг. Более важный вопрос — что данные могут поддержать после обнаружения состояния. Датчик состояния дорожного покрытия может непрерывно предоставлять информацию, такую как температура поверхности, водяная пленка, лед и снег. Когда эти данные подключены к платформе мониторинга, операторы могут использовать их для выявления участков высокого риска, анализа изменяющихся условий и определения необходимости проверки или обслуживания.
От обнаружения покрытия к решениям для зимних дорог
Дорожные условия могут меняться быстрее, чем может зафиксировать плановая проверка. Участок, который мокрый во время одной проверки, позже может покрыться льдом по мере снижения температуры покрытия. Непрерывный мониторинг дает операторам возможность отслеживать это изменение, а не полагаться на отдельные наблюдения.
В практическом обслуживании дорог данные могут поддерживать несколько решений:
Проверить участок высокого риска, когда состояние поверхности начинает ухудшаться.
Организовать противообледенительную обработку или уборку снега, когда лед или снег достигает уровня, требующего вмешательства.
Выдавать предупреждения о дорожном движении или корректировать ограничения скорости, когда состояние покрытия представляет повышенный риск.
Расставлять приоритеты ресурсов обслуживания, определяя, какие участки требуют внимания в первую очередь.
Датчик не заменяет решение оператора. Его ценность в том, что он предоставляет измеренные данные о покрытии в момент, когда необходимо принять решение.
Почему входы и выходы туннелей требуют более пристального мониторинга?
Тоннельные порталы особенно важны, поскольку дорожная обстановка меняется на коротком участке. Открытый подход может подвергаться воздействию дождя, снега, ветра, затенения и низких температур покрытия, тогда как условия внутри тоннеля могут существенно отличаться. Мосты, съезды, протяжённые участки спуска и затенённые дорожные покрытия могут создавать аналогичные проблемы.
Для операторов такие участки часто сложно контролировать только с помощью регулярных патрулей. Датчик состояния дорожного покрытия может непрерывно отслеживать выбранные точки повышенного риска и служить дополнительным источником информации между физическими проверками. Это особенно полезно, когда система мониторинга должна охватывать несколько въездов и выездов из тоннелей или удалённых участков дорог без увеличения частоты ручных патрулей.
Объединение данных о дорожном покрытии, видимости и погоде
Состояние дорожного покрытия — лишь часть эксплуатационной обстановки. Когда состояние покрытия оценивается вместе с видимостью, температурой, влажностью, ветром и осадками, операторы могут лучше понимать условия, влияющие на водителей. Например, мокрое покрытие в сочетании со сниженной видимостью из-за тумана, дождя или снега представляет иной риск, чем мокрое покрытие само по себе.
Поэтому датчик состояния дорожного покрытия может работать вместе с датчиком видимости, таким как XF-CQ10, при этом оба устройства предоставляют взаимодополняющие данные на одну и ту же платформу мониторинга. Датчик состояния дороги фокусируется на том, что происходит на покрытии, тогда как датчик видимости предоставляет информацию об атмосферных условиях, влияющих на поле зрения водителя. Объединение этих измерений даёт операторам более полную картину меняющихся дорожных условий. Для получения дополнительной информации см. Как измеряется видимость?
От данных тоннельных датчиков к оперативным решениям
Данные датчиков становятся полезными, когда они поддерживают конкретную оперативную реакцию. Платформа мониторинга может собирать текущие данные мониторинга дорожного покрытия и сохранять исторические записи для анализа повторяющихся проблем на въездах и выездах из тоннелей, мостах, автомагистралях и других критических участках.
Операторы могут использовать эту информацию для определения, когда участку требуется осмотр, противообледенительная обработка, уборка снега, предупреждение о дорожной обстановке или более тщательный мониторинг. В системе безопасности тоннеля датчик состояния дорожного покрытия становится частью более широкой сети тоннельных датчиков. Те же данные о состоянии покрытия также могут быть интегрированы в RWIS (систему дорожной метеорологической информации) для поддержки содержания дорог и управления дорожным движением.
Как датчик состояния дорожного покрытия работает с RWIS?
Датчик состояния дорожного покрытия является важным источником полевых данных для системы дорожной метеорологической информации (RWIS). Датчик собирает информацию о покрытии, такую как температура поверхности, плёнка воды, лёд, снег или другие параметры состояния дороги, и передаёт измерения на устройство сбора данных или платформу мониторинга. Эти данные затем могут быть объединены с информацией от метеорологических датчиков и датчиков видимости, что позволяет RWIS отслеживать как состояние покрытия, так и окружающую погодную обстановку. Для получения более подробной информации см. Что такое дорожная метеорологическая информационная система (RWIS)? Компоненты и применение.
Когда RWIS объединяет эти источники данных, дорожные операторы могут отслеживать меняющиеся условия в реальном времени и использовать исторические записи для выявления повторяющихся рисков. Данные о покрытии в сочетании с информацией о температуре, влажности, осадках, ветре и видимости могут поддерживать решения, такие как осмотр дорог, противообледенительная обработка, уборка снега, предупреждения о дорожной обстановке и управление дорожным движением. В этой архитектуре системы датчик состояния дорожного покрытия обеспечивает прямые данные о покрытии, тогда как RWIS связывает полевые измерения с анализом и оперативными решениями. Для проектов автомагистралей, мостов и тоннелей, требующих бесконтактного мониторинга покрытия, датчик состояния дорожного покрытия Yantai Sensor может служить полевым сенсорным устройством в рамках этой более широкой структуры мониторинга.
Датчик состояния дорожного покрытия Yantai Sensor для бесконтактного мониторинга
После объяснения того, как данные о дорожном покрытии могут быть интегрированы в RWIS, следующий шаг — рассмотреть полевой датчик, используемый для сбора этой информации о покрытии. XF-CQ11 от Yantai Sensor предназначен для бесконтактного мониторинга дорожного покрытия, обеспечивая прямые измерения состояния покрытия без необходимости встраивания датчика в дорогу. Это делает его подходящим для автомагистралей, мостов, аэропортов, подходов к тоннелям и других мест дорожного мониторинга, где необходимо поддерживать целостность покрытия и непрерывность движения.
Датчик состояния дороги XF-CQ11 для автомагистралей
Датчик состояния дороги XF-CQ11 использует инфракрасное лазерное дистанционное зондирование для мониторинга состояния покрытия в реальном времени. Он определяет тип и толщину воды, льда и снега на дорожной поверхности и рассчитывает коэффициент скользкости для выявления изменений состояния поверхности. Как бесконтактное устройство, он может отслеживать покрытие без физического контакта или изменения дорожной структуры. Датчик предназначен для интеграции с системами дорожного метеорологического мониторинга и сбора данных, что делает его подходящим для применений, где требуются прямые данные о состоянии покрытия.
| Параметр | Технические характеристики |
| Расстояние обнаружения | 3–10 м |
| Диаметр зоны обнаружения | Прибл. 50 см на расстоянии 6 м |
| Угол установки к горизонтали | 30–90° |
| Источник питания | DC 9–30 В |
| Рабочая температура | от -40°C до +60°C |
| Рабочая влажность | 0-100% RH |
| Температура дорожного покрытия | от -40°C до +85°C |
Что следует учитывать инженерам при выборе датчика состояния дорожного покрытия?
Когда принцип измерения, параметры измерений, методы установки, дорожные и тоннельные применения и интеграция с RWIS определены, следующий шаг — выбор подходящего датчика состояния дорожного покрытия для проекта. Инженерам следует совместно оценить технологию измерения, диапазон обнаружения, условия окружающей среды, требования к связи, а также требования к установке и обслуживанию. Правильный выбор — это не просто датчик с наибольшим количеством характеристик, а тот, который соответствует контролируемому участку дороги и существующей архитектуре мониторинга.
- Технология обнаружения: Выбирайте оптическое, инфракрасное, лазерное или встраиваемое измерение в соответствии с требуемыми измерениями и условиями установки.
- Расстояние обнаружения и диапазон измерений: Проверьте высоту установки, зону обнаружения и измеримый диапазон воды, льда и снега, чтобы обеспечить надлежащий охват дорожного покрытия.
- Адаптация к окружающей среде: Убедитесь в соответствии рабочей температуры, влажности, защиты от погодных воздействий и устойчивости к дождю, снегу, инею и пыли.
- Связь и системная интеграция: Подтвердите совместимость с RS485, ПЛК, системами сбора данных, RWIS или платформами мониторинга туннелей.
- Установка и обслуживание: Учитывайте место монтажа, угол установки, электропитание, доступность и требования к обслуживанию без нарушения дорожного движения.
Заключение
Датчик состояния дорожного покрытия обнаруживает лёд и воду путём анализа изменений оптических или инфракрасных сигналов, отражённых от дорожного покрытия. Эти изменения позволяют датчику идентифицировать состояние поверхности и, в зависимости от технологии зондирования, измерять толщину воды, льда или снега. По сравнению с использованием только температуры воздуха или визуального осмотра, прямые измерения дорожного покрытия предоставляют операторам более оперативную информацию о том, что фактически происходит на поверхности дороги.
В сочетании с датчиками видимости, погоды и другими туннельными датчиками данные о состоянии дорожного покрытия могут стать частью интегрированной системы RWIS или системы безопасности туннеля, помогая операторам перейти от прогнозирования на основе погоды к мониторингу состояния поверхности в реальном времени. Это поддерживает практические решения, такие как обследование дорог, борьба с обледенением, уборка снега, предупреждения о дорожном движении и мониторинг опасных участков, таких как въезды и выезды из туннелей, мосты и открытые участки дорог.
Для проектов, требующих надёжного бесконтактного мониторинга дорожного покрытия, YanTai Sensor предоставляет решения для зондирования дорожного покрытия, которые могут связать данные о состоянии дороги с более широкой сетью туннельных датчиков и интеллектуальным туннельным решением. Если вы планируете проект мониторинга дорог, мостов, автомагистралей, аэропортов или туннелей, свяжитесь с Yantai Sensor для обсуждения требуемых параметров обнаружения, условий установки и требований к системной интеграции.
