我国的高速道路在最近十几年内发展迅速，截止到2012年底，我国高速道路总里程达到9.62万ｋｍ，居世界第一位。而根据“十二五”规划，高速道路将覆盖90％以上的20万以上城镇人口城市。随着道路交通的发展，如何保证行车安全也渐渐成为人们关注的问题中国沥青网sinoasphalt.com。在各种交通事故中，由于路面湿滑或结冰引发的比率高达70％。譬如2008年，全国范围的冰雪灾害给人们的生命财产造成了巨大的损害。能实现实时监控的路面探冰系统可以在线提供路面状况信息，与气象监测站的气象信息结合，通过车载广播等信息系统给予司机结冰预警信号，从而减少事故的发生。

探冰系统是利用各种类型的传感器去感知路面结冰后产生的力学、光学等物理变化，并依此来判断是否结冰。目前国内外已有十余种类型的结冰传感器。其中一部分为接触式传感器，譬如光纤式、电容式、谐振筒式等。由于路面的特殊性，开放式环境使得对敏感面光洁度要求很高的光纤式传感器无用武之地。同时，路面结冰往往是不均匀的，尤其是在冬季，即使在不降水的天气，由于汽车冷却系统的排水滴落在温度低于冰点的路面，也会引起结冰。与之类似的情况还有很多，路面结冰的不均匀性使得安装在路面某一处的接触式传感器的可靠性大大降低。另外，路面维护、路面变形等情况都需要重新安装传感器，大大增加成本、浪费人力。因此，安装于路面上方或侧面的非接触式的路面结冰传感器是以后的一大发展方向。

国外情况

目前非接触式的路面探测器主要采用不同的电磁波作为探测手段，包括光波、超声波等不需要借助固体媒介传播的波，其中应用最广的是光波。其大致分类如下。

几何光学

加拿大国家研究院海洋科技研究所的两位学者R.E Gagnon和J.Groves提出分别适用于明冰与淞冰的测量方法。

当道路表面附着有冰时，一束激光直射入冰面，进入冰内的光传播到冰与路面的交接面上，由于道路表面很粗糙，会产生漫反射，从反射回冰内的激光再从冰面折射出来。由于是漫反射，反射回冰面的光各个角度都有，当角度大于最大入射角时，将发生全反射，从而光不能从冰层中折射出。而光斑的直径大小与冰厚成正比关系。而当道路表面无冰时，不会观测到光斑。

当道路表面附着有冰时，一束激光以一定的角度照射到冰面上，一部分光会在冰与空气的界面上发生漫反射，另一部分光则折射入冰内。这部分光传播到冰与道路的交界面时，会产生漫反射。用与道路表面呈一定角度的光电探测器可以接收这两组漫反射回的光线，即两个光斑。这两个光斑的中心距离Ｄ是与冰厚Ｈ以及激光入射角度、探测器探测角度有函数关系的。当入射角度与探测器角度确定后，可直接由光斑中心距离Ｄ得到冰厚。当道路表面无冰附着时，不会有两个光斑现象产生。

几何法原理简单，后续处理系统也相应较简单。但此方法对光源要求高，成本高。且对光源发射部件与接收部件安装角度要求也较高。因此，此方法实际应用成本高，难度大。

光学偏振

偏振是电磁波的一种重要特征，而光波就是电磁波的一种。射向界面的一束光，反射光线与折射光线都是部分极化光。当入射光以一种特殊角度（起偏角或布儒斯特角）入射时，反射光与折射光互相垂直，此时的反射光是极化光。

只有道路表面附着有冰或是水时才会产生极化反射光，故可用来判断道路表面是否有水或冰。

Ｋｅｉｊｉ　Ｆｕｊｉｍｕｒａ与Ｔａｋａｓｈｉ　Ｓａｋａｍｏｔｏ提出了一种根据极化强度来判断道路表面路况的方法。

探测器的入射部分与接收部分的中心轴线与路面夹角相同，这样使得入射光与路面呈起偏角入射，由于冰与水的折射率相差不大，近似可认为相等。故当路面有水或冰的时候反射光会变成完全偏振光。探测器的接收部分有两路，分别测量水平偏振强度Ｐ１与垂直偏振强度Ｐ２。通过Ｐ１、Ｐ２的大小来判断路面状况。

Ｌ．Ｃｏｌａｃｅ、Ｆ．Ｓａｎｔｏｎｉ和Ｇ．Ａｓｓａｎｔｏ提出了一种类似上述方法的检测原理。

ＰＤ１、ＰＤ２为光电探测器，分别用于探测散射光与反射光的光强。Ｐ是分析仪，通过调节Ｐ可使ＰＤ２分别检测出水平偏振ＩＳ与垂直偏振的光强ＩＶ。

由ＰＤ１接收的散射光强度可区分出积水与干燥两种路面情况，有冰跟路面潮湿无法区分。

再结合极化参数Ｃ即可区分出有冰与路面潮湿。即，综合考虑散射光强与极化参数Ｃ即可区分出各种路面状况。

偏振法对光源要求不高，可降低成本。但此方法只能定性地测量结果，想定性地描述路面附着物的情况需要借助其他测量方式。另一方面，大多数条件下，冰、水的折射率相差不大，其起偏角也相差不大，要想区分出冰、水必须通过大量的实验来确定精确的安装角度与入射波长。

瑞典吕勒奥理工大学实验力学部的Ｊｏｈａｎ　Ｃ等人提出了一种改进的偏振法。此前的偏振法主要利用了冰、水的起偏角，而Ｊｏｈａｎ此次提出的偏振法主要利用了作为双折射晶体——冰的各向异性。

用一个半球形的有机玻璃罩罩住一小块沥青。玻璃罩上经度与纬度上每隔１０°有个直径为３ｍｍ小孔。这种方法在光源与接收器件前均有偏振片，偏振片的偏振方向均为水平方向与垂直方向可调，且光源入射角φｉ固定时，探测器的接收角φｄ会从φｉ变化到１８０°－φｉ。这样入射角φｉ与探测角φｄ的组合共有５４０种。当入射角φｉ与探测角φｄ固定时，通过调整两个偏振片，会有４个接收光强。将这２１６０种光强分类组合后可看出路面状态与入射角φｉ、探测角φｄ、入射光偏振方向以及接收偏振方向之间的关系。

此方法从实验室实验结果看，能明显区分出路面干、湿、有冰、有雪等９种状态。实际实施过程中，主要难度在于机械结构的实现。且由于探测器与光源要对准同一区域转动，故此方法不适用于固定安装在路肩上，只适合人为操作，或是安装在测试车上。

光强法

光强法主要是根据路面表层附着物的光学性质（吸收率、反射率等）差异，通过用不同于背景光的入射光照射路面，并测量反射光、散射光的光强来判断路面状况。

这种方法原理看似简单，在实际运用中也存在了很长一段时间，技术比较成熟，国内外已有许多成熟的应用产品。其中比较常见的厂商有芬兰的Ｖａｉｓａｌａ公司、瑞典的Ｓｅｎｓｉｃｅ公司以及美国的Ｇｏｏｄｒｉｃｈ公司。

此款产品基于红外光谱技术，探测器光源发射出一束红外光照射到待检测的路面，由接收器检测反射回来的部分红外光线，通过红外的光谱特性能够计算出路面是否结冰。此设备能装在离检测点３～５ｍ的距离范围内，有很好的防水、耐腐蚀特性，能分辨出结冰、干燥、潮湿、积雪、雪淞等多种路面状况。此产品设计的突出之处在于其光源调制技术，并采用双接收机制。

Ｖａｉｓａｌａ公司的ＤＳＣ１１１是一款非接触式路面结冰传感器。其测量距离为２～１５ｍ，视角范围为３０°～８５°。可测量水层厚度为０～２ｍｍ，可测量冰厚为０～２ｍｍ，可测量雪厚为０～１０ｍｍ。Ｖａｉｓａｌａ公司专注于气象研究，有大量的气象数据做基础，在其产品中融合了很多气象监测装置，提高了路面监测的可靠性。

Ｇｏｏｄｒｉｃｈ在结冰检测方面有很丰富的经验，它与Ｓｃａｎｍａｔｉｃ一起研制出的激光路面传感器（ＬＲＳＳ）是一种基于多波长激光的传感器。其采用Ｇｏｏｄｒｉｃｈ应用于飞机结冰的ＩｃｅＨａｃｋ技术，可将路面状况用图像的方式表达出来。

瑞典中部大学的Ｐａｔｒｉｋ　Ｊｏｎｓｓｏｎ提出一种多探测器的光强法。３个探测器的敏感波长不同，分别为９６０ｎｍ、１　５５０ｎｍ与１　９５０ｎｍ，光源采用卤素灯，使得出射光能覆盖可见光以及近红外光。由于路面附着物在３种波长下光学特性必然存在较大的差异，通过比较３个光电探测器检测出的光强，可分析出路面状况。

光强法是一种较成熟的路面探冰技术，目前市面上已有大量成熟的产品，其不同之处主要在于前期光源的调制与后续信号处理部分。但由于其成本较高，目前在国内未大量使用。

气象预测法

路面状况与气象条件息息相关，许多路面探测技术并不是检测路面附着物，而是实时监控多种气象因素（大气温度、大气湿度以及风速等）以及一些容易检测的路面参数，通过上位机对多种因素数据进行整合，分析出可能的路面状况。这种方式需要被测地域大量的气象数据做参照，才能制定出判断规则。

Ｍａｗｈｉｎｎｅｙ和ＭｃＣｏｎｅ提出了一套道路探冰系统，其中包含了多种探头分布测量电导率、路面电容、路面光谱温度以及路面潜热。这套系统在美国加利福利亚８９国道上安装运行，体现出了很好的性能。

还有许多其他学者采用ＢＰ人工神经网络，以及无线传感器网络来综合整理多种气象因素及路面参数。

其他方法

日本学者在１９９６年研发出了一种利用汽车行驶时轮胎与路面产生的摩擦噪声来判断路面状况的方法。随后，Ｋａｕｎａｓ理工大学的Ｄ．Ｇａｉｌｉｕｓ和Ｓ．Ｊａｃˇｅ·ｎａｓ用试验来证实了此方法的可行性。此类传感器只能安装在汽车轮胎附近，实时地收集轮

胎与路面摩擦产生的超声波，并将其转换为电信号，通过将特定频段的信号滤波放大可分析得出与路面状态相关的信息。此类传感器只能作为实时监测手段，不能起到很好的预警作用。且汽车轮胎的种类以及车辆重量的变化都会对摩擦噪声产生影响。此方式不具有普适性，还需进一步改进。

国内情况

由于国内关于路面探冰的研究起步较晚，相关文献报道都较少，而且绝大多数的研究都是基于国外研究。目前国内针对路面非接触式探冰进行研究的主要有南京大学、南京信息工程大学以及一些科技公司。

南京大学电子科学与工程学院的一个团队研究出了一种利用光的偏振对路面状况进行探测的方法，该方法类似于Ｋｅｉｊｉ　Ｆｕｊｉｍｕｒａ提出的。只是在接收器前采用能用电流控制偏振方向的类似偏振片的ＴＮ型液晶。且后续探测器并不是探测光强，而是ＣＣＤ摄像机采集图像，通过对比水平偏振与垂直偏振图像来判断路面状况。当路面有水或有冰时，两幅图像会出现不同程度的差异。但此种方式只能定性，并不能很精确的定量。

中科院西安激光与精密仪器研究所研究了一种基于扫描检测反向功率的路面状况传感器。此

传感器的创新点在于光源与探测器封装在一起，整个传感器并不是固定的。而是针对一块固定的检测区域，光源入射角慢慢改变，同时光探头接收反向散射光强，依据反向功率与入射角的关系来判断路面状态。此方案的难点在于机械结构的实现。且目前只是实验室实验阶段，

具体实现还有待继续研究。

南京信息工程大学的唐慧强教授团队主要研究利用温度、路面阻值、振动信号３个参数的综合变化来判断路面是否有冰。并采用无线传感器网络技术，将信号整合处理。该团队针对这一技术著有相应的专利。但此设计中的路面阻值传感器仍需要与路面接触，故此设计不属于严格意义上的非接触式路面探冰系统。

结语

路面结冰会严重影响行车安全，目前国内没有大量使用路面结冰传感器。由于路面环境的开放性和结冰的不均匀性，接触式路面探冰器的弊端逐渐显现，非接触式路面探冰器是一大发展趋势。而在众多非接触方式中，几何法不适于实际应用，偏振法定量较难。气象预测法可用多种简易传感器综合测量，随着人工神经网络等技术的发展，这是非接触式路面结冰传感器的一大发展方向。另一方面，光强法作为一种较成熟的技术已有产品投入市场。

但由于其成本高，目前国内未大量使用。如何降低成本是未来光强法必须解决的一个重大问题。