一种基于感应式路面充电技术的智慧路面

摘要

本发明公开一种基于感应式路面充电技术的智慧路面，包括路面，所述路面包括自上而下设置的路面表层、热传导层和感应发电层，所述感应发电层内设置感应发电模组设备以对电动汽车进行无线充电；并利用风光互补蓄电系统、电磁感应蓄电系统、智慧感知系统、除冰融雪系统实现了一套完整的智慧路面，该智慧路面会实时掌握路面状况并带有调节功能，在全天候、全场景的环境下利用多传感器感知技术对路面的各种状况进行感知，可以更快的调节道路交通状况，保障路面稳定性和驾驶安全性。

说明书

技术领域

本发明涉及公路技术领域，特别涉及一种基于感应式路面充电技术的智慧路面。

背景技术

西北地区具有地域偏远、幅员辽阔、道路环境复杂的地理特点和相较于中、东地区整体发展落后的经济特性，因此交通运输是西北地区联系中、东部地区，聚拢经济的重要一环。高速公路建设成为西北地区的主要建设项目。每年西北地区都对国内其他地区进行大量的物资输送，因此高速公路的通行效率与西北地区的经济发展密切相关。此外，随着科技的快速发展，自动驾驶领域被快速推进，西北地区高速公路绵长，气候条件较其他地区恶劣，西北高速路段非常适合成为自动驾驶汽车的测试路段。目前我国已经有针对自动驾驶汽车设计的路段和技术，如：太阳能光伏路面和感应式路面充电技术。西北地区人口密度较少、行驶环境单一、路段绵长的运输特性，非常适合利用自动驾驶来进行货物运输。对此，西北地区高速公路发展存在以下问题，一是遇到大雪、大雨等极端恶劣天气，无法采取及时有效的道路通行手段，二是西北地区高速公路较长，环境单一，易产生驾驶疲劳，发生严重交通事故的概率大幅度上升，三是未来的自动驾驶运输非常适合在西北地区的开展，需要克服西北地区高原高寒和恶劣天气等环境条件，保障道路结构稳定性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于感应式路面充电技术的智慧路面，(1)对全天候、全场景的道路状况进行实时监控；(2)针对智慧路面的设备供电问题，利用可再生资源构建一套蓄电系统，保障智慧路面持续稳定运行；(3)针对全天候、全场景环境下，对路面进行调控，保障路面结构稳定性和驾驶安全性，建立一条会自动调节的智慧路面；(4)构建一套完整的智慧路面系统，为自动驾驶领域搭建坚实的基础设施建设。(5)减少晚间因驾驶疲劳而产生的交通事故的发生。

为了达到上述目的，本发明提供一种基于感应式路面充电技术的智慧路面，其采用的技术方案如下：

一种基于感应式路面充电技术的智慧路面，包括：

路面，所述路面包括自上而下设置的路面表层、热传导层和感应发电层，所述感应发电层内设置感应发电模组设备以对电动汽车进行无线充电；

蓄电系统，所述蓄电系统包括风光互补蓄电系统和电磁感应蓄电系统，所述风光互补蓄电系统设置于路面两侧，所述电磁感应蓄电系统设置于感应发电层内；

智慧感知系统，所述智慧感知系统包括温度传感器、振动传感器、雷视一体机以及激光遥感式路面状况传感器，所述温度传感器设置为多个，分别设置于所述路面表层的上方、所述路面表层、所述热传导层以及所述感应发电模组设备，所述振动传感器设置于所述路面表层内，所述雷视一体机设置于路面中央，所述激光遥感式路面状况传感器设置于所述路面的两侧；

除冰融雪系统，所述除冰融雪系统设置于所述路面的车道旁。

进一步地，所述风光互补蓄电系统包括

风光互补控制器；

风力发电机，所述风力发电机的电能输出端连接所述风光互补控制器；

太阳能电池阵列，所述太阳能电池阵列的电能输出端连接所述风光互补控制器；

蓄电池组，所述风光互补控制器连接所述蓄电池组的补能端，

逆变器，所述蓄电池组的电能输出端连接所述逆变器。

进一步地，所述电磁感应蓄电系统包括：

功能控制电路，所述感应发电模组设备的电能输出端连接所述功能控制电路的输入端；

高频交变磁场产生的电路，所述功能控制电路的输出端连接所述高频交变磁场产生的电路的输入端，

滤波整流电路，所述高频交变磁场产生的电路的输出端连接所述滤波整流电路的输入端；

蓄电装置，所述滤波整流电路的输出端连接所述蓄电装置的输入端。

进一步地，所述除冰融雪系统包括：

水箱；

水泵，所述水泵设置于所述水箱内，并连接一管道；

除雪喷头，所述除雪喷头与所述管道连接且设置于路面两侧，

控制柜，所述控制柜与所述水泵以及所述除雪喷头电连接，以为所述水泵以及所述除雪喷头提供电能以及控制其开合；

感应器，与所述控制柜信号连接，用于全天24小时观测降雪并将观测到的降雪量馈送至所述控制柜，所述控制柜根据所述降雪量控制水泵和除雪喷头的工作以控制水流大小。

进一步地，所述控制柜和所述感应器安置在激光遥感式路面状况传感器的支架上。

进一步地，还包括排水管道，所述排水管道设置于所述路面的中央隔离带。

进一步地，所述水箱内设置电保温层使水箱内的水保持在相对恒温的状态。

进一步地，所述除冰融雪系统中设置有至少一个温度传感器。

进一步地，还包括在所述路面外安置的气象仪器。

进一步地，所述路面表层为沥青路面表层。

本发明的有益效果是：

根据本发明的一种基于感应式路面充电技术的智慧路面，在全天候、全场景的环境下利用多传感器感知技术对路面的各种状况进行感知。针对大雪天气采用除冰融雪系统对路面积雪进行溶解；针对路面的干、潮、湿、积雪、结冰等路面异常状态，利用激光遥感式路面状况传感器进行监测；针对设备的供电问题，秉持这可持续发展理念避免电能污染，结合西北地区日照时间长，大风天气多的地域特性，采用太阳能和风能进行蓄电，并搭建风光互补蓄电系统对设备进行供电；将感应式路面充电技术进一步应用，构建电磁感应蓄电系统为智慧路面设备供电；针对路面结构异常，易影响电磁发电模组的正常运行状态，采用振动传感器对路面结构状态进行监测；针对大雪天气，保障设备能准确的进行调节，采用气象仪器对天气进行准确预警，使设备能够针对环境精准调控；针对夜间驾驶员易进行驾驶疲劳操作，采用防疲劳激光灯警示驾驶员，避免严重的交通事故发生，其至少具有优势：

(1)构建了一条可以感知路面状况并自我调节的智慧路面；

(2)采用风能和太阳能作为能量传输源头，最大限度降低环境污染，推进可持续发展战略。对智慧路面的设施建设提供充足的能源环境，保障智慧路面的充分运行；

(3)对全天候、全场景进行路面调控，保障驾驶员行车安全；

(4)利用多种传感器对路面的基本状态进行全方位监控，对智慧路面下车辆运行状况和轨迹进行感知，可以更快的调节道路交通状况，保障路面稳定性和驾驶安全性；

(5)在大雪天气下，路面可以进行自我调节，保证通行能力和通行安全。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1示出了根据本发明实施例的一种基于感应式路面充电技术的智慧路面的结构俯视图。

图2示出了根据本发明实施例的一种基于感应式路面充电技术的智慧路面的结构侧视图。

图3示出了根据本发明实施例的一种基于感应式路面充电技术的智慧路面的蓄电系统的结构图。

图4示出了根据本发明实施例的一种基于感应式路面充电技术的智慧路面的智慧感知系统的结构图。

图5示出了根据本发明实施例的一种基于感应式路面充电技术的智慧路面的除冰融雪系统的结构图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

本发明实施例提供一种基于感应式路面充电技术的智慧路面，如图1-5所示，采用电磁感应蓄电系统、风光互补蓄电系统、智慧感知系统和除冰融雪系统搭建起一条会呼吸的智慧路面，目的是实时监测路面各种状况，保障智慧路面顺利运行，增强路面的驾驶安全性和结构稳定性。面对冬季大雪天气路面状况不佳的条件下，智慧路面能够快速调节路面情况，保障智慧公路顺利稳定通行，确保驾驶员在高速公路行驶的安全性和舒适性。

为了使该设计方案结构更加清楚，本实施例共划分为4个层次，分别是环境层、沥青路面表层、热传导层和感应发电层。环境层是路面以上的空气温度、周围景物等环境因素；沥青路面表层对应施工路面的面层；热传导层对应施工路面的基层；感应发电层内置感应发电模组设备对电动汽车进行无线充电。

智慧路面的整体布局如图1所示，侧视图如图2所示，为了使智慧路面各项设施正常运行，本实施例在高速公路两侧构建风光互补蓄电系统和电磁感应蓄电系统为智慧路面的设备提供电能，本实施例在路面中央搭建雷视一体机来感知车辆；在路面两侧分别搭建激光遥感式路面状况传感器；在路面表层内安置振动传感器；采用温度传感器对智慧路面的面层、基层、感应发电模组、除冰融雪系统进行温度监测；在高速公路外安置气象仪器；在高速公路两侧安置防疲劳激光灯；为了不影响高速公路施工工艺，在智慧路面的车道旁安置除冰融雪系统，在中央隔离带安置排水管道，对水资源进行循环利用。

本设计方案在感应式路面充电技术的基础上搭建起一条智慧路面，因此维护智慧路面的正常运行是本设计方案的重点内容，对于智慧路面设备的运行需要充足且稳定的供电系统，本实施例一共准备了两套蓄电系统分别是风光互补蓄电系统和电磁感应蓄电系统，如图3所示。根据西北地区日照时间长、大风天气多的地理特性本实施例构建风光互补蓄电系统用来保障智慧高速路面用电设施供电。该系统由风力发电机、太阳能电池阵列、风光互补控制器、蓄电池组和逆变器组成。本次的太阳能电池阵列采用的是钙钛矿材料使得太阳能转换效率大大增强。以可持续发展为原则利用风能和太阳能对用电设备进行供电，避免资源浪费。本设计方案将风光互补蓄电系统设置在高速公路两侧，通过蓄电池统一供电，且在设备发生故障时方便维修管理。

针对感应式路面充电技术对电动汽车进行无线充电，本实施例将感应式路面充电技术的发电能力进行了更进一步的应用，对此本实施例基于感应式路面充电技术构建了电磁感应蓄电系统，本系统由功能控制电路、高频交变磁场产生的电路、滤波整流电路、蓄电装置组成。将电磁感应所转化出多余的电能充分利用到智慧路面的其他建设中。

对于智慧感知系统主要是由温度传感器、振动传感器、雷视一体机、激光遥感式路面状况传感器等多传感器组成，目的是为了检测路面状况方便感知交通状态，如图4所示。针对智慧公路，无论是未来的自动驾驶建设还是作为常规的交通服务设施，必然要强调“精细化”、“实时性”、“全天候”、“无盲点”等特征，对于道路的传感设备也有同样的要求，本设计方案在高速公路中央分隔带安置雷视一体机。与其他路测感知方案相比，雷视一体机具有低延迟、覆盖范围广、数据精度高等诸多优点。实现目标的速度、角度、距离的精确探测，并且通过自带的处理器对高速路上的目标进行坐标定位和大小的探测分析，对多目标进行速度、位置解析和轨迹跟踪。方便实时掌握高速公路的路况信息。

路面状况是影响高速公路行驶安全的重要因素之一，本实施例采用激光遥感式路面状况传感器对路面状况进行监测，主要对路面干、潮、湿、积雪、结冰等状态以及路面的温度、冰雪的厚度、湿滑等影响驾驶员行驶的道路条件进行监测。同时该传感器具有无线传输功能方便工作人员进行远程查看。本实施例将该传感器安装在高速路旁的支架上，监测路面状况。

沥青材料本身对温度非常敏感，因此沥青类路面也对温度非常敏感，由于温度的改变，沥青路面的结构强度和弹性模量会发生很大的改变。因此了解路面的温度是延长路面寿命的重要数据之一，本实施例在环境层、路面表层、热传导层、除冰融雪系统和电磁感应发电模组均安装了温度传感器，一方面监测路面温度，另一方面分析三者之间温度关系，为感应式路面充电技术的应用提供有力的理论支持。

本实施例是基于感应式路面充电技术而设计的智慧路面，因此感应充电模块的正常运行是必要条件。当路面遭受破环时不仅会对驾驶安全造成影响，还容易使雨雪渗入地下，可能会造成感应式充电设备运行异常，这样不但会影响充电效率还会增加维修难度。对此我们在道路施工过程中提前在路面下嵌入振动传感器，通过振动传感器采集路面信息并上传至系统，监测路面状况。

晚间是高速路段事故高发时段。西北地区地域辽阔、高速公路距离较长、周边环境较为单一、高速路段人烟稀少，容易引发驾驶员注意力分散、对环境感知不足掉以轻心，疲劳驾驶的概率大大增加。本实施例在路段上设立防疲劳激光灯，用以警示驾驶员提高注意力。

本实施例针对大雪环境做了大量的工作，以期做到在大雪天气到来时，车辆仍可以安全顺利通行。因此我们在高速路面下铺设了除冰融雪系统，以大幅度降低恶劣天气所带来的影响，如图5所示。除冰融雪系统主要由水箱、水泵、除水喷头、控制柜、感应器组成。考虑到为了不影响高速公路施工工艺，本系统铺设到高速公路道路两侧旁，将感应器和控制柜安置在激光遥感式路面状况传感器的支架上，感应器主要用来全天24小时观测降雪并馈送至控制柜，控制柜主要用来为设备提供电能和开合设备的作用，具体是根据降雪量来控制水流大小。控制柜一般包括柜体以及设置在柜体中的供电电路模块以及控制器，控制器起到控制相关设备的作用，供电电路模块通过连接蓄电系统以为对应所需用电设备进行用电补给。给为了监控设备在运行过程中水管是否漏液，在水管周围铺设漏液传感器进行监测。智慧公路路面下存在设备，因此对于除冰融雪系统的水供应方式不适于挖掘较深的地下水，本设计方案为系统的供水问题构建了水箱，道路构建了排水管道，方便水的循环利用。为了冬季水箱不易被冻结，水箱内提供电保温层使水箱内的水保持在相对恒温的状态。此外感应式路面充电技术为电动汽车进行充电时所产生的高频磁场会使路面升温，结合本设计方案所应用除冰融雪系统，使得智慧路面除冰融雪效果更好，保障了驾驶员的驾驶安全性。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。