路面凝冰预警时间的预测方法及预测系统操作内容

首先对《路面凝冰预警时间的预测方法及预测系统》中采用到的路面凝冰传感器的结构和工作原理进行说明。请参阅图1所示，该发明中所采用的路面凝冰传感器主要包括第一传感器1、第二传感器2和信号调理模块3。

其中，第一传感器1采用美国Dallas半导体公司DS18B20系列温度传感器，随路面凝冰传感器一起埋入路面，用于实时探测路面的路表温度（道路表面温度）；第二传感器2包括液固相变发生器21和凝冰传感器22。当第一传感器1实时探测到路表温度小于系统预设的预警温度时，路面凝冰传感器启动液固相变发生器21进行路面凝冰温度探测（探测实际路面凝冰温度）。同时，凝冰传感器22实时探测路面凝冰探测过程中的凝冰状态。

信号调理模块3主要包括信号放大电路、信号滤波以及数据通信接口等基本功能模块，处理来自第一传感器1和第二传感器2的信号，并实时将信号传输至信息处理系统，同时能够接收来自信息处理系统的指令。

参阅图2和图3所示，《路面凝冰预警时间的预测方法及预测系统》提供一种路面凝冰预警时间的预测方法，其包括：

A）在当前路段中设置路面凝冰传感器和信息处理系统，所述路面凝冰传感器电性连接所述信息处理系统，预先设定预警温度T₁；当前路段为需要进行凝冰预警的目标路段，一般为高速公路的高危路段或者易发生凝冰的路段；根据其环境条件预先地设定预警温度作为后续计算的参考值，该实施例中的预先设定的预警温度T₁为1℃～3℃，也可以根据实际环境条件设定，例如是0℃～6℃；

B）所述路面凝冰传感器探测当前路段的路表温度，作为第一路表温度T₀；所述路面凝冰传感器实时动态地探测当前路段的路表温度（道路表面温度）；

C）所述信息处理系统判断所述第一路表温度T₀是否小于或者等于所述预警温度T₁；如果是，则执行步骤D），且将探测到第一路表温度（T₀）小于或者等于预警温度（T₁）的时间点设为第一时间（t₁）；如果否，则执行步骤B）；

不断地将路面凝冰传感器实时探测得到的第一路表温度T₀和预警温度T₁进行比较判断，如果在一个时间点，探测到的所述第一路表温度T₀小于或者等于所述预警温度T₁，则将这个时间点设定为第一时间（t₁），并接着执行步骤D）；如果探测到的第一路表温度T₀大于预警温度T₁，则继续执行步骤B）的实时探测；

D）所述路面凝冰传感器进行凝冰探测；

具体地，是通过所述路面凝冰传感器启动传感器内的液固相变发生器21进行凝冰探测工作；

E）所述信息处理系统判断是否探测到实际路面凝冰温度T₃；如果是，则执行步骤F），且将探测到实际路面凝冰温度（T₃）的时间点设为第二时间（t₂）；如果否，则执行步骤D）；其中，在还没有出现凝冰现象时会重复执行D）和E），直到探测到可能发生路面凝冰时的实际路面凝冰温度T₃为止；

F）所述路面凝冰传感器探测当前路段的路表温度，作为第二路表温度T₂，并将所述实际路面凝冰温度T₃和第二路表温度T₂传送至信息处理系统；

其中所述信息处理系统包括处理器，所述信息处理系统与传感器电性连接，用于接收传感器发出的信息并在处理器中进行进一步处理；具体地，在步骤D）～F）中，如果在凝冰探测的过程中的一个时间点，探测到了实际路面凝冰温度T₃，则将这个时间点设定为第二时间（t₂），同时，所述路面凝冰传感器探测出第二时间（t₂）的路表温度，作为第二路表温度（T₂），将这些探测信息传送至信息处理系统进行后续计算处理；

G）所述信息处理系统计算得出预警时间（Δt₂），所述预警时间（Δt₂）由以下公式计算得出：Δt₂＝（（T₃-T₁）/（T₂-T₁））*（t₂-t₁）；其中，t₁为第一时间，t₂为第二时间，T₁为预警温度，T₂为第二路表温度，T₃为实际路面凝冰温度；

其中，所述预警时间Δt₂为路表温度降至实际路面凝冰温度T₃的第三时间t₃与所述第一时间t₁的时间差；即预警时间Δt₂由以下定义式1定义：Δt₂＝t₃-t₁；（定义式1）

《路面凝冰预警时间的预测方法及预测系统》的关键在于要预测路面凝冰发生的时间，即这个第三时间t₃是未知的，从第一时间t₁开始并不知道在路表温度将会在后面哪一个时间点降至和实际路面凝冰温度T₃一样，需要利用前面t₁和t₂两个时间点探测出的数据根据公式进行计算，在计算中，为了方便起见，假设当前路段的路表温度变化是均匀的，即如图2所示，路面凝冰温度变化曲线和路表温度变化曲线均为直线；

具体地，如果在第三时间t₃路表温度降至实际路面凝冰温度T₃，根据图2所示，预警时间Δt₂的计算公式为：Δt₂＝（ΔT₂/ΔT₁）*Δt₁；（公式1）。其中，ΔT₂＝T₃-T₁，ΔT₁＝T₂-T₁，Δt₁＝t₂-t₁；也即，所述公式1为Δt₂＝（（T₃-T₁）/（T₂-T₁））*（t₂-t₁）；其中，t₁为第一时间，t₂为第二时间，T₁为预警温度，T₂为第二路表温度，T₃为实际路面凝冰温度；

H）对步骤A）～G）进行计算修正；在不同的地区应用该发明的预测方法时，可以根据当地的实际环境和所处时区结合当地所探测到的温度湿度等信息，对预测方法的各个步骤中的各种探测值进行相应的计算修正，实现路面凝冰预警时间的精确计算。

《路面凝冰预警时间的预测方法及预测系统》还提供一种路面凝冰预警时间的预测系统，所述预测系统用于执行上述路面凝冰预警时间的预测方法的步骤。所述预测系统包括上述的路面凝冰传感器和信息处理系统，A）所述路面凝冰传感器电性连接所述信息处理系统，预先设定预警温度（T₁）；

B）所述路面凝冰传感器探测当前路段的路表温度，作为第一路表温度（T₀）；

C）所述信息处理系统判断所述第一路表温度（T₀）是否小于或者等于所述预警温度（T₁）；如果是，则执行步骤D），且将探测到第一路表温度（T₀）小于或者等于预警温度（T₁）的时间点设为第一时间

（t₁）；如果否，则执行步骤B）；

D）所述路面凝冰传感器进行凝冰探测；

E）所述信息处理系统判断是否探测到实际路面凝冰温度（T₃）；如果是，则执行步骤F），且将探测到实际路面凝冰温度（T₃）的时间点设为第二时间（t₂）；如果否，则执行步骤D）；

F）所述路面凝冰传感器探测当前路段的路表温度，作为第二路表温度（T₂），并将所述实际路面凝冰温度（T₃）和第二路表温度（T₂）传送至信息处理系统；

G）所述信息处理系统计算得出预警时间（Δt₂）,所述预警时间（Δt₂）由以下公式计算得出：Δt₂＝（（T₃-T₁）/（T₂-T₁））*（t₂-t₁）；其中，t₁为第一时间，t₂为第二时间，T₁为预警温度，T₂为第二路表温度，T₃为实际路面凝冰温度。

路面凝冰预警时间的预测方法及预测系统实施案例

实施例1

首先，在当前路段中设置路面凝冰传感器和信息处理系统，所述路面凝冰传感器电性连接所述信息处理系统，预先设定预警温度T₁为5℃；然后，所述路面凝冰传感器探测当前路段的路表温度，作为第一路表温度T₀；

从开始探测的时刻算起，在第10小时，所述信息处理系统判断探测到的第一路表温度T₀小于或者等于5℃时，则第一时间t₁为第10小时，并且启动路面凝冰传感器进行凝冰探测；在凝冰探测的过程中，判断是否探测到当前路段可能发生凝冰的实际路面凝冰温度T₃，其中T₃为-3.5℃；在第10小时6分30秒，所述信息处理系统判断探测到了实际路面凝冰温度T₃，则第二时间t₂为第10小时6分30秒，且路面凝冰传感器探测第10小时6分30秒的第二路表温度T₂为4.8℃，并将所述实际路面凝冰温度T₃和第二路表温度T₂传送至信息处理系统；

最后，所述信息处理系统按照上述公式1计算得出预警时间Δt₂如下：Δt₂＝（（T₃-T₁）/（T₂-T₁））*（t₂-t₁）＝16575秒，即在第一时间t₁之后再过4小时36分左右，路表温度可能将至-3.5℃。

实施例2

首先，在当前路段中设置路面凝冰传感器和信息处理系统，所述路面凝冰传感器电性连接所述信息处理系统，预先设定预警温度T₁为3℃；然后，所述路面凝冰传感器探测当前路段的路表温度，作为第一路表温度T₀；

从开始探测的时刻算起，在第15小时，所述信息处理系统判断探测到的第一路表温度T₀小于或者等于3℃时，则第一时间t₁为第15小时，并且启动路面凝冰传感器进行凝冰探测；在凝冰探测的过程中，判断是否探测到当前路段可能发生凝冰的实际路面凝冰温度T₃，其中T₃为-4.6℃；在第15小时5分40秒，所述信息处理系统判断探测到了实际路面凝冰温度T₃，则第二时间t₂为第15小时5分40秒，且路面凝冰传感器探测第25小时的第二路表温度T₂为2.7℃，并将所述实际路面凝冰温度T₃和第二路表温度T₂传送至信息处理系统；

最后，所述信息处理系统按照上述公式1计算得出预警时间Δt₂如下：Δt₂＝（（T₃-T₁）/（T₂-T₁））*（t₂-t₁）＝8613秒，即在第一时间t₁之后再过2小时23分左右，路表温度可能降至-4.6℃。