红外线在道路测试中的应用

交 通 科 技 与 经 济

ＴｅｃｈｎｏｌｏｃｏｎｏｍｉｎＡｒｅａｓｏｆＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ ｇｙ ＆ Ｅｙ，Ｖｏｌ．１５Ｎｏ．３ ，Ｍａ２０１３ ｙ红外线在道路测试中的应用

姚殿梅１，周 彬２

（；） 陕西铁路工程职业技术学院 ，陕 西 渭 南 ７中交第二公路工程局有限公司 ，陕 西 西 安 ７１．１４０００２．１００６５摘 要：随着国内高速公路的快速发展，利用科学、快速、先进的检测技术对道路进行检测已经成为发展趋势。 红外 线在道路测试中已有所应用，对红外线及其在道路测试中的应用进行分析，重点介绍红外线测温仪、红 外 线 遥 感 测 试汽车尾气、红外线测距离和红外线车辆检测 器 等 技 术，分析红外线在道路测试中的应用情况，以期红外线技术在 道路测试中有更大的应用。

关键词：红外线；道路；道路测试；红外线测温仪 中图分类号：Ｕ４１８．３

文献标志码：Ａ

文章编号：（）１００８５６９６２０１３０３００４５０４ －－－Ａｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｉｎｆｒａｒｅｄｒａｔｏｒｏａｄｔｅｓｔｓ ｐｐｙ

１２，ＹＡＯ ＤｉａｎｅｉＺＨＯＵ Ｂｉｎ－ｍ

（，，；，，’，） １．ＳｈａｎｘｉＲａｉｌｗａＩｎｓｔｉｔｕｔｅＷｅｉｎａｎ７１４０００Ｃｈｉｎａ２．ＣＣＣＣＳｅｃｏｎｄ Ｈｉｈｗａｎｉｎｅｅｒｉｎｏ．Ｌｔｄ．Ｘｉａｎ７１００６５ＣｈｉｎａｙｇｙＥｇｇＣ：，，，ＡｂｓｔｒａｃｔＷｉｔｈｔｈｅｒａｉｄｄｅｖｅｌｏｍｅｎｔｏｆｄｏｍｅｓｔｉｃｈｉｈｗａｔｈｅａｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃｆａｓｔａｎｄａｄｖａｎｃｅｄ ｐｐｇｙｐｐｔｅｓｔｉｎｅｃｈｎｏｌｏｏｄｅｔｅｃｔｔｈｅｒｏａｄｉｓｎｅｅｄｅｄｉｎｔｈｅｄｅｖｅｌｏｍｅｎｔｔｒｅｎｄ．Ｉｎｆｒａｒｅｄｒａａｓｂｅｅｎａｌｉｅｄｔｏ ｇｔｇｙｔｐｙｈｐｐ，， ｔｈｅｒｏａｄｔｅｓｔｓ．Ｔｈｅｉｎｆｒａｒｅｄｒａｎｄｉｔｓａｌｉｃａｔｉｏｎａｒｅａｎａｌｚｅｄｆｏｃｕｓｅｄｏｎｔｈｅｉｎｆｒａｒｅｄｔｈｅｒｍｏｍｅｔｅｒｙａｐｐｙ，ｍｒｅｍｏｔｅｓｅｎｓｉｎｎｆｒａｒｅｄｔｏｔｅｓｔａｕｔｏｍｏｂｉｌｅｅｘｈａｕｓｔｅａｓｕｒｉｎｉｓｔａｎｃｅａｎｄｖｅｈｉｃｌｅｄｅｔｅｃｔｏｒｂｎｆｒａｒｅｄ ｇｉｇｄｙｉ，：；；ｅｏｒｄｓｉｎｆｒａｒｅｄｒａｒｏａｄｒａｅｔｃ．Ｔｈｅａｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｉｎｆｒａｒｅｄｒａａｓａｗｉｄｅｒｒａｎｅｏｆａｌｉｃａｔｉｏｎｓ． Ｋｙｐｐｙｈｇｐｐｙｗｙ；ｒｏａｄｔｅｓｔｉｎｆｒａｒｅｄｔｈｅｒｍｏｍｅｔｅｒ

我国高速公路建设处于快速发展 １９９８年以来，阶段，年均通车里程超过了 ４０全 ００ｋｍ。２０１１ 年，４ 国通车总 里 程 达 到 居 世 界 第 二 位。 ８．５×１０ｋｍ，，按照《国家高速公路网规划》到 ２我国高速 ０２０ 年，４ 公路通车里程 将 达 到 将 超 过 美 国 居 ８．５×１０ｋｍ，世界首位。 持 续 增 长的高速公路通车 里 程给道 路 养护管理 部 门 带 来 的 压 力 也 在 不 断 增 加。 随 着 公 路交通事业 的 快 速 发 展，公 路 路 基、路 面 使 用 质 量 要求不断提 高，利 用 科 学、快 速、先 进 的 检 测 技 术， 以数据有效 控 制 与 评 价 路 基 路 面 施 工 质 量 与 使 用 性能，引起 了 越 来 越 多 的 重 视。 目 前，道 路 工 作 者 与其他相关 学 科 的 工 作 者 密 切 合 作，使 红 外 线、激 光、雷达、超 声 波、影 像 技 术、射 线 等 技 术 在 道 路 测 试中有所应 用，提 高 了道 路测试的自动化 程 度，从 而极大地提高道路测试的精度和工作效率，节约道

路测试中 所 需 耗 费 的 各 种 资 源。 本 文 主 要 介 绍 红

外线在道路测试中的应用情况。

１ 红外线

红外线是 太 阳 光 线 中 众 多 不 可 见 光 线 中 的 一 种，由德国科学家霍胥尔于 １又称为红 ８００ 年发现，，外热辐射，他将太阳光用三棱镜分解开（见图１）在 各种不同颜色的色带位置上放置温度计，试图测量 各种颜色的光的加热效应。 结果发现，位于红光外 侧的那支 温 度 计 升 温 最 快。 因 此，得 到 结 论：太 阳 光谱中，红光 的 外 侧 必 定 存 在 看 不 见 的 光 线，这 就 是红外线。 太 阳 光 谱 上 红 外 线 的 波 长 大 于 可 见 光 线，波长为０．红外线可分为３ 个部 ７５００μｍ。 ～１０）分：近红外线，波长为（中 ０．７５～１）２．５～３ｍ；～ （μ）红外线，波长为（远红外线， ２．５～３～（２５～４０）ｍ；μ）波长为（２５～４０～１０００μｍ 。

收稿日期：２０１２１１０４ －－：（，作者简 介姚 殿 梅 １女，助 教，硕 士，研 究 方 向：道 路 与 铁 道 ９８６－ ）

工程．

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第１卷 ５

图２ 红外线测温仪的工作原理

图１ 可见光光谱线

２ 红外线在道路测试中的应用

２．１ 红外线测温仪 ２．１．１ 红外线测温原理

自然界一切温度高于绝对 ０ 度的物体，都在不 停地向外 发 出 红 外 线。 物体 发出的红外线能量大 小及其波长分布同它的表面温度有密切关系，物体 辐射能量与温度的４ 次方成正比，其辐射能量密度 与物体本身的温度关系符合普朗克定律。 因此，通 过测量物体 辐 射 出 的 红 外 能 量 的 大 小 就 能 测 定 物 体的表面 温 度。 微 小的温度变化会引 起 明显的 辐 射能量变化。因此，利用红外辐射测量温度的灵敏 度很高。实 际 物 体 的辐射度除了依赖 于 温度和 波 长外，还与构成该物体的材料性质及表面状态等因 素有关。只 要 引 入 一个随材料性质及 表 面状态 变 化的辐射系数，就可以把黑体的基本定律应用于实 ，际物体。这个辐射系数，就是发射率ε或称之为比 辐射率，其定义为实际物体与同温度黑体辐射性能 之比，该系数表示实际物体的热辐射与黑体辐射的 接近程度，其值介于０～１。 红外测温仪的工作原理 如图２所示，被测物体辐射出的红外能量通过空气 传送到红外测温仪的物镜，物镜把红外线汇聚到红 外探测器上，探 测 器 将 辐 射 能 转 换 成 电 信 号，又 通 过前置放 大 器、主 放 大 器 将 信 号 放 大、整 形、滤 波 ／后，经过 ＡＤ 转换电路处理后输入微处理器。 微处 理器进行环境温度补偿，并对温度值进行校正后驱 动显示电路的温度值。 同时，微处理器还发出相应 的报警信号，并且接受按键输入的发射率以完成发 射率设定。

量其温度，因 此，道 路 工 作 者 通 过 研 究 及 综 合 分 析 比较各种测 温 设 备 的 优 劣，最 后，选 定 红 外 线 测 温 仪用于测量道路表面的温度。

红外线 温 度 计 Ｔ特 点 为：可 选 ＥＳ～１３２６Ｓ 的 ／择℃℉作为单 位；背 光 显 示；雷 射 指 示 测 量 位 置； ；自动锁定值 功 能；发 射 率 可 调 整 （最 大 值、 １３２７）

最小读 值 记 忆 功 能；测 试 资 料 记 忆 储 存 及 读 取 功 能；自动关机功能；操作环境温度 ＞２或＜１８ ℃ ８ ℃ ； 时，每增减１ ℃必须增加０．温度系数）１倍的误差（。 反应时间为０．５ｓ通过红外线温度计的特点可知，使用红外线温 度计能快速、准 确 地 测 出 路 表 温 度，为 道 路 科 学 研 究提供较为精确的实测数据，促进道路测试技术的 发展。其他形式的红外测温仪有 ＰＴ－３Ｓ 笔式红外 线温度 计、在 线 式 红 外 测 温 仪、信 号 输 出 红 外 测 温仪。

２．１．３ 红外线测温仪的使用注意事项

红外线测温仪的使用注意事项有：

））必须准确确定被测物体 （路 面 材 料 的 发 １射率；

）避免周围环境高温物体的影响； ２）对 于 透 明 材 料，环 境 温 度 应 低 于 被 测 物 体 ３温度；

）测温仪要垂直对准被测物体表面，在任何情 ４； 况下，角度都不能超过３０°）不能应用于光亮的或抛光的金属表面测温， ５不能透过玻璃进行测温；

）正确选择跟离系数，目标直径必须充满视场； ６）如红外 测 温 仪 突 然 处 于 环 境 温 度 差 为２７０ ℃ 或更高的情 况 下，测 量 数 据 将 不 准 确，温 度 平 衡 后 再取其测量的温度值；

）避免红外线长时间对着人眼睛及身体，注意 ８使用安全。

２．１．２ 道路测试用红外线测温仪

在实际的道路测试中，为确定在不同环境温度 条件下道路表面及内部的温度，需测量道路表面的 温度。由于道路路面暴露于环境之中，受环境及其 他因素的影响较大，用一般的温度计很难准确地测

２．２ 红外线汽车尾气遥感检测车

红外线遥 感 检 测 汽 车 尾 气 的 检 测 系 统 主 要 包 括：气体分析单元，流量测量单元，ＲＰＭ 转速传感器 和测速单元等。据环保部门介绍，红外线汽车尾气

第期 ３

姚殿梅，等：红外线在道路测试中的应用

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遥感检 测 车 的 工 作 原 理 是：机 动 车 在 街 道 上 行 驶 时，遥感检测 车 分 析 仪 器 发 射 的 红 外 线、紫 外 线 穿 过汽车尾气到达检测车内反射镜上，分析仪器即可 分析出汽车 尾 气 中 的 碳 氢 化 合 物、一 氧 化 碳、二 氧 化碳和氮氧化物的浓度和烟气值。 在测量的同时， 测速系统则同步测出每辆汽车的速度。

传统机动车检测是“双怠速”方式：由交警拦停 疑似车辆靠 边 停 好，一个检测人员 上 车踩油 门，另 一个检测人 员 将 机 动 车 检 测 设 备 探 头 伸 进 机 动 车 尾气排放口，经 过 检 测 设 备 检 测 后 出 检 测 结 果，这 种方式不仅工作效率低，还会对检测人员的身体造 成大的伤害。而使用新型遥感检测车后，交警只要 将车辆引进遥感检测专用车道，便能立即利用红外 线、紫外线的 光 学 原 理，将机 动车尾气排放浓度即 检测出来，反馈到电脑系统和液晶显示屏上。 以前 要５ 现在０．ｍｉｎ才能检完一台车，８ｓ就能测出来； 中，激光二极 管 在 红 外 线 波 长 范 围 附 近 工 作，发 射

低能红外线照射探测区域，并被经过检测区域的车 辆反射或 散 射 返 回 传 感 器。 使 用 可 调 发 光 二 极 管 的主动式红外线传感器可测量车速，发光二极管在

信号调节装置 ８８０ｎｍ 的红外线波长范围附近工作，可防止其它红外线（如阳光）的干扰，有两个发射— 接收系统用于测量车速，有一个发射—接收系统用 于测量车辆高度。 如图 ３ 所示，主动红外检测器提 供交通流量、车速、车高、排队长度等交通技术参数。

无论柴油车还是汽油车都能检测，还能自动识录车 牌号和车速。

在道路测试中，通过红外线汽车尾气遥感检测 车能快速准确地检测出汽车尾气的主要成分，及时 发现污染严 重 的 车 辆，督 促 其 进 行 整 改，以 减 少 有 害气体的排 放，进 而 促使 路域大气环境的 改 善，保 护路域的生态环境。

图３ 主动红外检测器的工作原理

２．３ 红外线测距离传感器

红外线测距 离传感器是一种利用 红 外线反 射 原理对障 碍 物 距 离 进 行 测 量 的 传 感 器。 其 原 理 是 红外测距传 感 器 利 用 红 外 信 号 遇 到 障 碍 物 距 离 的 不同反射的强度也不同的原理，进行障碍物远近的 检测。

红外测距传 感器具有一对红外信 号 发射与 接 收二极管，发 射 管 发 射 特 定 频 率 的 红 外 信 号，接 收 管接收这种频率的红外信号，当红外的检测方向遇 到障碍物时，红 外 信 号 反 射 回 来 被 接 收 管 接 收，经 过处理之后，通过数字传感器接口返回到机器人主 机，机器人即可利用红外的返回信号来识别周围环 境的变化。

在道路测试中，可以运用红外线测距离传感器 准确地 测 量 道 路 的 宽 度、道 路 破 损 面 的 长 度 及 宽 度、裂缝的长 度 等，用 以 校核 道路宽度是否符合设 计要求，计算 道 路 的 破 损 面 积，为 路 面 修 复 提 供 必 要的基础数据。

其工作原 理 是 由 调 制 脉 冲 发 生 器 产 生 调 制 脉 冲，经检测器 的 红 外 发 射 管 向 道 路 上 辐 射，当 车 辆 通过时，红外 线 脉 冲 从 车 体 发 射 回 来，被 检 测 器 的 红外接收 管 接 收。 经 红 外 调 解 器 调 解，通 过 选 择、 放大、整流和滤波后触发驱动器输出一个检测信号。

被动式红外线传感器本身不发射红外线，而是 接收来自两个来源的红外线：传感器监测范围内的 车辆、路面及其它物体自身散发的红外线和它们反 射的来自 太 阳 的 红 外 线。 它 利 用 一 个 能 量 接 收 传 感器，来检测设定检测区内经过车辆本身辐射的能 量，能量接收传感器根据能量的变化来检测交通参 数，被动红外检测器可以提供主动红外车辆传感器 除车速外的所有交通参数。

在道路测 试 中，需 要 测 试 车 流 数 据 时，红 外 线 传感器可安 装 在 车 流 上 方 以 观 测 驶 来 或 驶 离 的 交 通流，也可 安 装 于 路 旁，以 测 量 来 往 的 交 通 流。 红 外线传感器 也 可 用 于 信 号 控 制；流 量、车 速 和 车 辆 类型的测量；监 视 人 行 横 道 上 的 行 人、非 机 动 车 及 向驾驶员发布交通信息等。

３ 结束语

２．４ 红外车辆检测器

基于光学原 理的车辆检测器用的 较 多的是 红 外检测器，红外检测器包括主动式红外线传感器和 被动式红 外 线 传 感 器 两 种。 主 动 式 红 外 线 传 感 器

红外线技术的快速不断发展，很大程度上促进

了道路无损检测技术的发展，而且红外线在道路测 试中的应用范围也越来越大，而不仅仅局限于温度 的测量，还可用于汽车尾气、距离、车辆及车流量的

· ８ · ４交 通 科 技 与 经 济

第１卷 ５

检测等。虽然红外线已经用于道路测试中，但是还 需要道路工作者和红外线研究人员共同努力，解决 现有的一些不足，来进一步提高其测量的精度及应 用范围，促 使 道 路 检 测 技 术 向 高 精 度、快 速、无 损、 高效的检测方向发展。

［］］黄宏伟．如何选择和使用红外测温仪［铁道技术监督， ３Ｊ．，（）：２００６３４４２８２９． －［］王绍卿．红外汽车尾气分析仪的 研 究 ［淄 博：山 东 理 ４Ｄ］．工大学，２００５．

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［责任编辑：王 欣］

（上 接 第 ４４页）

试夯段平均夯 沉 量 的 查 夯 击 遍 数；９５％；⑥ 检 ⑦ 强 夯验收合格 后，对 场 地 进 行 平 整 和 压 实；需 要 ⑧ 当 测定强夯土的承载力时，宜在强夯结束后一个月进 行，测点不少于 总 夯 点 数 据 检 测 结 果，应 １％；⑨ 根 对不合格地 段 进 行 补 夯，并加倍检测范围，或 采 取 其它补救措施，以达到路基符合设计规定要求。 ３．２ 注意事项

）地基的处理范围大于软弱地基范围。 １）检查地质的含水量，达到最佳含水量时效果 ２最佳。

）施工前应检查夯锤重和落距，周边建筑及上 ３空线路情况，并 调 查 地 下 管 线 情 况，以 确 保 施 工 安 全并确保夯击参数符合设计要求。

）施工前应在现场选择最不利地段进行试夯， ４在不同场地内如地基地质、填筑厚度及土性基本不 相同，应分别进行试夯。

）在试 夯 时，应 测量每两次夯 击 的夯沉 量，最 ５后两击的夯沉量不宜大于１０ ｍｍ。

）试夯后，应从夯击最终的夯面起，每隔５６０ｃｍ 取土样进行试验，测量土的压实度、干密度等指标。

）试夯结果不满足设计或规范要求时，应与设 ７计单位联系，再调整单夯的夯击能量或调整其它参 数重新进行 试 夯，必 要时重新探查 地 基情况，再 选 择处治方案。

４ 结束语

处治路基 不 均 匀 沉 降 的 方 法 有 多 种 多 样，如： 强夯法、换填法、刚性桩、半刚性桩、排水固结法、爆 破法等。相 比 其 它 施 工 方 法 强 夯 法 虽 然 有 一 定 的 条件，但 因 其 在 机 械 不 能 进 入 的 狭 小 地 段、基 坑处也能灵 活 运 用、对 深 层 压 实 效 果 明 显、费 用 相 对较低、施工工艺简单等优点在特定的施工要求及 环境下被广泛采用，并取得了较好的经济效益和社 会效益。

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［责任编辑：王 欣］