道路结冰与积水智能传感器系统研究

摘要

随着我国城市化进程不断加快，交通拥堵状况日趋严重，为了减轻交通出行压力，我国许多大中城市建造了高架桥和环路。同时，由于道路结冰或积水引发的交通事故也日益增多，成为人们交通出行的重大安全隐患。道路出行安全问题已越来越受到人们的关注，亟需研发针对道路结冰和积水检测的传感器和检测系统，本文对此展开研究主要工作如下:
　　1.基于多光路结构的光纤结冰传感器
　　针对现有的反射式光纤结冰传感器存在测量范围小，抗干扰能力弱的局限性，本文在反射式结冰传感器的基础上进行了改进，提出一种基于多光路结构的结冰传感器设计方案，并对其硬件和软件进行设计开发，实验结果表明:该传感器系统较反射式结冰传感器具有更大的测量范围和检测精度。
　　2.基于MPXV4006的道路积水检测系统
　　分析了典型的水位检测方法的优缺点，结合道路积水检测的实际要求，选择飞思卡尔公司的MPXV4006差压式传感器用于积水检测系统的研制，并进行了系统的硬件和软件实现。
　　3.传感器建模
　　引入支持向量回归机对道路积水和结冰传感器分别进行了建模，对基于网格划分策略的连续蚁群算法进行改进，引入该改进的网格划分策略对支持向量回归机的参数进行优化，并通过实验验证了该方法的有效性。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景和意义

1．2 相关研究进展

1．2．1 道路结冰检测技术的国内外研究进展

1．2．2 道路积水检测系统的国内外研究进展

1．3 研究目标和内容

1．4 论文的组织结构

第2章 道路结冰和积水检测方法

2．1 道路结冰检测方法

2．1．1 现有结冰检测方法介绍

2．1．2 光纤结冰传感器的种类和检测原理

2．1．3 对反射式光纤结冰传感器的改进

2．2 道路积水检测方法

2．2．1 常用水位检测方法介绍

2．2．2 基于MPXV4006的水位检测方法

2．3 本章小结

第3章 多光路结构光纤结冰传感器的设计

3．1 多光结构光纤结冰传感器的光路设计

3．1．1 光源的选择

3．1．2 光电探测器的选择

3．1．3 光纤探头的研究

3．2 多光路结构光纤结冰传感器的硬件设计

3．2．1 多光路结构光纤结冰传感器的系统构架

3．2．2 光源调制电路

3．2．3 光电检测电路

3．2．4 传感器调理电路的设计

3．3 道路结冰检测系统的的软件设计

3．4 本章小结

第4章 道路积水检测系统的设计

4．1 系统总体框架和功能说明

4．1．1 系统框架

4．1．2 系统功能说明

4．2 道路积水检测系统的硬件设计

4．2．1 电源设计

4．2．2 核心板设计

4．2．3 GPRS模块

4．2．4 基于MPXV4006的积水检测模块的设计

4．3 道路积水检测系统的软件设计

4．3．1 MPXV4006的数据采集程序

4．3．2 SHT10检测模块程序设计

4．4 本章小结

第5章 道路结冰和积水传感器建模

5．1 支持向量机回归的理论

5．1．1 线性支持向量回归机

5．1．2 核函数

5．1．3 非线性支持向量回归机

5．1．4 SVR需要优化的参数

5．2 蚁群算法的理论

5．2．1 蚁群算法的背景和发展

5．2．2 蚁群算法的原理

5．2．3 经典的蚁群算法

5．2．4 蚁群算法的优缺点

5．3 基于网格划分策略的连续蚁群算法及其改进

5．3．1 基于网格划分策略的连续蚁群算法基本原理

5．3．2 算法改进

5．3．3 算法实现

5．4 传感器建模

5．4．1 多光路结构光纤结冰传感器的建模

5．4．2 基于MPXV4006的积水检测模块的建模

5．5 本章小结

第6章 实验方法与结果分析

6．1 多光路结构光纤结冰传感器的实验与分析

6．1．1 实验方法

6．1．2 实验数据及分析

6．2 基于MPXV4006的积水检测模块的实验与分析

6．2．1 实验方法

6．2．2 实验数据及分析

6．3 本章小结

第7章 总结和展望

7．1 工作总结

7．2 展望

参考文献

附录

致谢

在读期间发表的学术论文与其他研究成果