摘要：開展路面結(jié)冰檢測(cè)是預(yù)防和減少交通事故的重要手段。首先，主要從氣候條件、環(huán)境、道路基礎(chǔ)設(shè)施3個(gè)方面對(duì)路面結(jié)冰的影響因素進(jìn)行了介紹；其次，分析了路面結(jié)冰的常見檢測(cè)技術(shù)，包括基于（的？？？）氣象數(shù)據(jù)的預(yù)測(cè)方法、基于路面狀況的檢測(cè)方法、基于遙感技術(shù)應(yīng)用、基于人工智能與大數(shù)據(jù)技術(shù)融合應(yīng)用，并從技術(shù)原理、常見應(yīng)用等方面進(jìn)行檢測(cè)技術(shù)的探討，每項(xiàng)技術(shù)都有其優(yōu)勢(shì)和缺點(diǎn)，多技術(shù)結(jié)合可有效提升結(jié)冰檢測(cè)的提高精度和可靠性。

關(guān)鍵詞：路面結(jié)冰檢測(cè)技術(shù)路面狀況氣象數(shù)據(jù)遙感技術(shù)人工智能大數(shù)據(jù)技術(shù)

中圖分類號(hào)：U492.81

ResearchontheDevelopmentofDetectionTechnologiesforIcyRoads

ZHOUYujia

CollegeofMechanicalandElectricalEngineering，HunanCommunicationPolytechnic，Changsha，HunanProvince，410132China

Abstract：Conductingicyroaddetectionisanimportantmeansofpreventingandreducingtrafficaccidents.First，thispapermainlyintroducestheinfluencingfactorsoficyroadsfromthreeaspects：climateconditions，theenvironmentandroadinfrastructure.Then，itanalyzescommondetectiontechnologiesforicyroads，includingthepredictionmethodsofmeteorologicaldata，thedetectionmethods&n01cb6b012f4cb3b45a361be11909b300bsp;ofroadconditions，theapplicationofremotesensingtechnologyandtheintegrationapplicationofartificialintelligenceandbigdatatechnologies，anddiscussesdetectiontechnologiesfromaspectssuchastechnicalprinciplesandcommonapplications.Eachtechnologyhasitsadvantagesanddisadvantages，andthecombinationofmultipletechnologiescaneffectivelyimprovetheaccuracyandreliabilityoficyroaddetection.

KeyWords：Icyroad;Detectiontechnology;Roadcondition;Meteorologicaldata;Remotesensingtechnology;Artificialintelligence;Bigdatatechnology

路面結(jié)冰是冬季道路交通事故的主要誘因之一，嚴(yán)重影響交通安全和行人出行。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)每年因路面結(jié)冰導(dǎo)致的交通事故數(shù)量高達(dá)數(shù)千起，造成的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡不容忽視[1]。此外，路面結(jié)冰還給道路運(yùn)輸、城市交通和基礎(chǔ)設(shè)施帶來諸多不便。因此，研究路面結(jié)冰檢測(cè)技術(shù)對(duì)于預(yù)防和減少交通事故、提高道路通行能力具有重要意義。

1路面結(jié)冰檢測(cè)技術(shù)理論基礎(chǔ)

冰的形成與融化是自然界中常見的物態(tài)變化現(xiàn)象，涉及水分子在不同溫度和壓力條件下的有序排列。路面結(jié)冰的影響因素可以分為氣候條件、環(huán)境因素和道路基礎(chǔ)設(shè)施等方面。以下將詳細(xì)探討這些影響因素。

1.1氣候條件

（1）氣溫。氣溫是影響路面結(jié)冰最重要的因素之一。當(dāng)氣溫降至零攝氏度以下時(shí)，水蒸氣容易凝結(jié)成冰，從而導(dǎo)致路面結(jié)冰。低溫條件下，路面結(jié)冰的可能性更大。（2）降水。降水形式（雨、雪、雨夾雪等）和降水量也是影響路面結(jié)冰的重要因素。降水過程中，水分容易在路面上形成薄冰層，加重路面結(jié)冰程度。（3）風(fēng)速。風(fēng)速會(huì)影響路面結(jié)冰過程中的熱量傳遞。風(fēng)速較大時(shí)，路面熱量損失加快，結(jié)冰速度可能提高。（4）相對(duì)濕度：相對(duì)濕度越高，空氣中水蒸氣含量越大，有利于路面結(jié)冰。

1.2環(huán)境因素

（1）地形地貌。地形地貌對(duì)路面結(jié)冰有一定影響。例如，山地、高原地區(qū)由于海拔較高，氣溫較低，路面結(jié)冰現(xiàn)象更為嚴(yán)重。（2）交通負(fù)荷。車輛行駛過程中，輪胎與路面的摩擦產(chǎn)生的熱量有助于融化路面結(jié)冰。然而，當(dāng)交通負(fù)荷過大時(shí)，路面磨損加劇，結(jié)冰程度可能加重。（3）綠化覆蓋。綠化覆蓋對(duì)路面結(jié)冰有一定緩解作用。植被可以降低地表溫度，減少熱量流失，從而降低路面結(jié)冰的可能性。

1.3道路基礎(chǔ)設(shè)施

（1）路面材料。不同類型的路面材料對(duì)結(jié)冰程度有不同的影響。例如：瀝青混凝土路面比水泥混凝土路面更容易結(jié)冰。（2）道路設(shè)計(jì)。道路設(shè)計(jì)因素（如坡度、曲線半徑等）會(huì)影響路面結(jié)冰。坡度較大的路段，結(jié)冰后容易形成冰溜子，影響行車安全。（3）交通設(shè)施。道路上的交通設(shè)施（如路燈、路標(biāo)等）可能會(huì)影響路面結(jié)冰。例如：路燈的熱量輻射有助于融化路面結(jié)冰。

綜上所述，路面結(jié)冰的影響因素復(fù)雜多樣。在實(shí)際應(yīng)用中，針對(duì)這些影響因素采取有效的預(yù)防和應(yīng)對(duì)措施，有助于減輕路面結(jié)冰對(duì)交通安全的影響。

2常見路面結(jié)冰檢測(cè)技術(shù)分析

在進(jìn)行冰層檢測(cè)時(shí)，技術(shù)的選擇很重要。以下是對(duì)幾種常見技術(shù)的分析。

2.1基于氣象數(shù)據(jù)的預(yù)測(cè)方法

氣象數(shù)據(jù)就是跟天氣有關(guān)的數(shù)據(jù)。它包括了很多種類，比如溫度、濕度、風(fēng)速、風(fēng)向等。需要用到一些數(shù)學(xué)工具，比如統(tǒng)計(jì)學(xué)和機(jī)器學(xué)習(xí)來對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。具體來說，機(jī)器學(xué)習(xí)可以幫從過去的數(shù)據(jù)中找出模式，預(yù)測(cè)未來可能發(fā)生的情況。例如：如果過去每次溫度低于冰點(diǎn)、濕度較大的時(shí)候，路面都會(huì)結(jié)冰，這樣機(jī)器就學(xué)到了這個(gè)模式，以后再遇到類似的情況，就會(huì)預(yù)測(cè)路面可能會(huì)結(jié)冰。

不過，現(xiàn)實(shí)情況可能會(huì)復(fù)雜很多，因?yàn)橛绊懧访媸欠駮?huì)結(jié)冰的因素還有很多，如路面材料、路面是否有陽(yáng)光直射等，所以模型可能需要更多的數(shù)據(jù)和更復(fù)雜的算法來提高預(yù)測(cè)精度。

總體來說，基于氣象數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)路面結(jié)冰的方法，就是收集氣象數(shù)據(jù)，利用數(shù)學(xué)工具進(jìn)行分析，找出哪些天氣條件會(huì)導(dǎo)致路面結(jié)冰，然后根據(jù)這些條件預(yù)測(cè)未來路面是否會(huì)結(jié)冰。

2.2基于路面狀況的檢測(cè)方法

基于路面狀況的檢測(cè)方法就是采用傳感器、攝像頭等設(shè)備，監(jiān)測(cè)路面溫度、濕度、雪厚度等指標(biāo)，以判斷路面結(jié)冰狀況。這類檢測(cè)方法通常采用物理特性檢測(cè)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)，以下簡(jiǎn)要介紹3種常見的物理特性檢測(cè)方法。

2.2.1電阻式傳感器

電阻式傳感器是一種常用的物理特性檢測(cè)設(shè)備，它通過測(cè)量路面的電阻值來判斷路面YFw3GDiWhA0pLv+XVN3Dcg==是否結(jié)冰[2]。當(dāng)路面結(jié)冰時(shí)，其電阻值會(huì)發(fā)生變化，因此可以通過檢測(cè)電阻值的變化來判斷路面是否結(jié)冰。

2.2.2熱紅外成像技術(shù)

熱紅外成像技術(shù)通過檢測(cè)路面表面的溫度分布來實(shí)現(xiàn)路面結(jié)冰檢測(cè)[3]。當(dāng)路面結(jié)冰時(shí)，其表面溫度會(huì)低于周圍環(huán)境溫度，因此可以通過熱紅外成像技術(shù)捕捉到這一溫度差異，從而判斷路面是否結(jié)冰。

2.2.3超聲波技術(shù)

超聲波檢測(cè)方法利用超聲波在空氣中的傳播速度和反射特性來檢測(cè)路面結(jié)冰。當(dāng)路面結(jié)冰時(shí)，超聲波在路面和冰層之間的傳播速度會(huì)發(fā)生改變，通過分析這種變化，可以判斷路面是否結(jié)冰。超聲波檢測(cè)方法具有非接觸性和實(shí)時(shí)性等特點(diǎn)。

2.3基于遙感技術(shù)應(yīng)用

遙感技術(shù)是一種使用無人飛行器（如衛(wèi)星、無人機(jī)）收集遠(yuǎn)離地面的信息的技術(shù)[4]。這些無人飛行器可以搭載各種傳感器（如紅外攝像頭、雷達(dá)等）來獲取信息。當(dāng)使用遙感技術(shù)來檢測(cè)路面結(jié)冰時(shí)，方法也是類似的。首先，可以通過無人飛行器搭載紅外攝像頭來獲取路面的溫度信息。如果某個(gè)區(qū)域的溫度明顯低于周圍環(huán)境，那么這個(gè)區(qū)域很可能就是結(jié)冰的。

除此之外，還可以使用雷達(dá)等傳感器來獲取更多的路面信息。一些構(gòu)造復(fù)雜的遙感設(shè)備，可以通過發(fā)射和接收信號(hào)，測(cè)量路面的反射率。因?yàn)楸姆瓷渎屎推渌馁|(zhì)不同，也可以通過這種方法來檢測(cè)路面結(jié)冰。

通過將上述這些信息進(jìn)行合成處理，就可以得到一個(gè)相對(duì)準(zhǔn)確的路面冰層檢測(cè)結(jié)果。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是可以在大范圍內(nèi)進(jìn)行檢測(cè)，即使在惡劣天氣條件下也能正常工作。但它的缺點(diǎn)是需要高質(zhì)量的設(shè)備和復(fù)雜的數(shù)據(jù)分析。

總的來說，基于遙感技術(shù)的路面結(jié)冰檢測(cè)方法是一種有效的工具，可以提供準(zhǔn)確且及時(shí)的道路狀況信息進(jìn)行路況設(shè)計(jì)和維護(hù)。

2.4基于人工智能與大數(shù)據(jù)技術(shù)融合

此類方法結(jié)合深度學(xué)習(xí)、計(jì)算機(jī)視覺等技術(shù)，提高路面結(jié)冰檢測(cè)的準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性。

視覺檢測(cè)技術(shù)是路面結(jié)冰檢測(cè)的重要手段之一，其核心是數(shù)字圖像處理方法。通過圖像處理和分析方法，可以識(shí)別路面結(jié)冰區(qū)域，為后續(xù)的決策和控制提供依據(jù)。下面將對(duì)視覺檢測(cè)技術(shù)中的數(shù)字圖像處理流程進(jìn)行詳細(xì)介紹。

（1）圖像預(yù)處理。圖像預(yù)處理是數(shù)字圖像處理的第一步，其目的是提高圖像質(zhì)量，消除噪聲和干擾，為后續(xù)處理提供清晰、穩(wěn)定的圖像。常見的圖像預(yù)處理方法包括去噪、直方圖均衡化、圖像平滑等。

（2）圖像分割。圖像分割是數(shù)字圖像處理的關(guān)鍵步驟，其目的是將圖像中的目標(biāo)（如路面結(jié)冰區(qū)域）與背景分離，為后續(xù)處理和分析提供基礎(chǔ)。常見的圖像分割方法包括閾值分割、基于機(jī)器學(xué)習(xí)的分割等。

（3）特征提取與識(shí)別。特征提取和識(shí)別是數(shù)字圖像處理的重要環(huán)節(jié)，其目的是從圖像中提取有用的特征信息，用于目標(biāo)識(shí)別和分類。常見的特征提取和識(shí)別方法包括局部二值模式（LocalBinaryPattern，LBP）、支持向量機(jī)（SupportVectorMachines，SVM）等[5-6]。

攝像頭和圖像處理技術(shù)在雨雪天氣下識(shí)別路面冰層方面的性能會(huì)受到一些挑戰(zhàn)[7]?？赏ㄟ^使用更先進(jìn)的圖像處理技術(shù)，例如增強(qiáng)圖像對(duì)比度、降噪等，可以在一定程度上對(duì)抗雨雪帶來的干擾，提高路面結(jié)冰檢測(cè)的精度。同時(shí)，還可以考慮使用機(jī)器學(xué)習(xí)算法，通過對(duì)大量的路面結(jié)冰圖像進(jìn)行學(xué)習(xí)，提高對(duì)雨雪天氣下路面結(jié)冰的識(shí)別能力。以上這些方法都能在一定程度上彌補(bǔ)攝像頭在雨雪天氣下的不足，提高冰層識(shí)別的準(zhǔn)確性。然而，這些方法可能需要較大的計(jì)算資源，并且在實(shí)現(xiàn)中可能存在一定的技術(shù)難度。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，需要根據(jù)實(shí)際需求和條件，對(duì)不同的技術(shù)進(jìn)行權(quán)衡選擇。

3結(jié)語

綜上，每項(xiàng)技術(shù)都有其優(yōu)勢(shì)和缺點(diǎn)。有效的結(jié)冰檢測(cè)可能需要結(jié)合多項(xiàng)技術(shù)，以便盡可能提高精度和可靠性。有必要進(jìn)一步研究和發(fā)展這些技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)

[1]王玉國(guó).高速公路路面抗滑表層施工技術(shù)應(yīng)用[J].工程建設(shè)與設(shè)計(jì)，2023（3）：195-197.

[2]陳慈沼，殷剛毅，黃慶安.一種利用多頻電容辨別路面干濕的傳感器系統(tǒng)[J].儀表技術(shù)與傳感器，2009（S1）：365-367.

[3]張佳鵬，曹桂芳，周曉旭.基于紅外技術(shù)的路面結(jié)冰預(yù)警系統(tǒng)研究進(jìn)展[J].交通運(yùn)輸部管理干部學(xué)院學(xué)報(bào)，2015，25（3）：42-45.

[4]史鵬飛.多源遙感數(shù)據(jù)協(xié)同下油田土壤石油污染檢測(cè)方法及空間分布研究[D].長(zhǎng)春：吉林大學(xué)，2023.

[5]徐穩(wěn)，杜澤宇.基于深度學(xué)習(xí)的路面結(jié)冰自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].中國(guó)交通信息化，2023（12）：105-108.

[6]陳睿妍，盧璐，沈明威，等.基于線性SVM的變電站故障聲紋檢測(cè)算法[J].中國(guó)電子科學(xué)研究院學(xué)報(bào)，2023，18（11）：989-995.

[7]劉大為.基于車載攝像頭視角下路面破損檢測(cè)算法研究[D].大連：大連海事大學(xué)，2023.