本發明屬于溫度監控，具體涉及一種接觸式路面溫度監測系統。

背景技術：

1、在冬季，冰雪路面是交通事故頻發的主要原因之一。準確監測路面溫度對于預防和應對冰雪路面帶來的交通安全風險至關重要。傳統的路面溫度監測手段多為點狀監測，難以全面反映路面溫度的分布情況，特別是在復雜地形和不同路面材料的路段，溫度差異較大，點狀監測無法提供足夠的信息來指導道路管理和維護。

技術實現思路

1、有鑒于此，本發明的目的在于提供一種接觸式路面溫度監測系統，以滿足為各方相關人員提供全面有效的信息以供其提前預防風險的需求。

2、為達到上述目的，本發明提供如下技術方案：

3、本發明提供一種接觸式路面溫度監測系統，包括：多個接觸式溫度傳感器，布設在覆雪路段的多個目標位置，每一個接觸式溫度傳感器包括第一溫度監測模塊以及第二溫度監測模塊，第一溫度監測模塊包括第一溫度傳感探頭以及壓力監測器，第一溫度監測模塊設置于覆雪路段任意位置的不同深度，用于監測覆雪路段不同深度的內部溫度以及壓力數據，第二溫度監測模塊為第二溫度傳感探頭，設置在高于覆雪路段表面目標距離的位置，用于監測覆雪位置的環境溫度；溫度預測模塊，用于根據覆雪路段多個目標位置不同深度的內部溫度數據、壓力數據、環境溫度，預測覆雪路段多個點位不同深度的溫度；預測溫度顯示模塊，用于對覆雪路段多個點位不同深度的溫度進行圖像處理，顯示覆雪路段整體的三維溫度圖像。

4、可選地，根據覆雪路段多個目標位置不同深度的內部溫度數據、壓力數據、環境溫度，預測覆雪路段多個點位不同深度的溫度，包括：對覆雪路段進行網格劃分，確定未設置接觸式溫度傳感器的網格，在網格中取中心點，作為待預測點位；根據預先訓練的第一目標神經網絡，預測待預測點位的環境溫度；根據地熱測量方式，確定覆雪路段的地熱；根據待預測點位的位置以及歷史數據，確定待預測點位的壓力隨雪深度的關系；將地熱、環境溫度以及不同深度對應的壓力輸入至預先訓練好的第二目標神經網絡，得到待預測點位所表征的路面不同覆雪深度對應的溫度；其中，預先訓練好的第二目標神經網絡根據覆雪路段多個目標位置不同深度的內部溫度數據、壓力數據、環境溫度訓練而成。

5、可選地，根據預先訓練的第一目標神經網絡，預測待預測點位的環境溫度，包括：獲取天氣因素以及多個目標位置的接觸式溫度傳感器獲取的環境溫度；將環境溫度、天氣因素及其對應的目標位置輸入至第一目標神經網絡；在第一目標神經網絡中，使用梯度下降法調整網絡權重，最小化損失函數，直至完成訓練，得到訓練好的第一目標神經網絡；將待預測點位的位置信息以及天氣因素輸入至訓練好的第一目標神經網絡，得到待預測點位的環境溫度。

6、可選地，第二目標神經網絡訓練過程，包括：將同一接觸式溫度傳感器獲取的地熱、雪內溫度、壓力數據，以及環境溫度作為一個數據組，其中，數據組中的深度、環境溫度、壓力、地熱作為樣本，內部溫度作為樣本標簽；將多個數據組輸入至第二目標神經網絡，采用梯度下降法調整網絡權重，最小化整體損失函數，直至完成訓練，得到訓練好的第二目標神經網絡，其中，第二目標神經網絡為物理信息神經網絡，其整體損失函數由預測溫度和實際溫度的誤差項、雪間熱傳遞關系約束誤差項以及雪地熱傳遞關系約束誤差項組成。

7、可選地，整體損失函數包括：；

8、其中，表示整體損失函數，為超參數，分別表示預測溫度和實際溫度的誤差項權重系數，雪間熱傳遞關系約束誤差項權重系數，雪地熱傳遞關系約束誤差項權重系數，表示預測的內部溫度，實際的內部溫度，是雪密度，是雪比熱容，是雪層溫度，是雪層傳導系數，z?是深度，t?是時間，表示地熱，地面的熱傳導系數。

9、可選地，一種接觸式路面溫度監測系統，還包括：激光雷達掃描設備，用于掃描覆雪路段積雪的三維坐標；對覆雪路段多個點位不同深度的溫度進行圖像處理，顯示覆雪路段整體的三維溫度圖像，包括：獲取多個點位不同深度的溫度，并將任一點位隨機深度的三維位置與溫度進行綁定，形成一個數據組，多個數據組組成一個數據集；在數據集中將多個數據組進行聚類，得到多個聚類中心；讀取多個相鄰聚類中心的溫度值以及距離值，計算相鄰聚類中心對應的溫度變化速率；根據聚類中心的溫度，確定聚類中心處的溫度標識；根據聚類中心處的溫度標識以及溫度變化速率，調節溫度標識色的變化速率；根據各個聚類中心的位置、溫度標識色以及溫度標識色變化速率，對覆雪路段的三維圖像中各個聚類區域進行色彩渲染。

10、可選地，讀取多個相鄰聚類中心的溫度值以及距離值，計算相鄰聚類中心對應的溫度變化速率，包括：步驟s1，根據相鄰聚類中心對應的溫度差和相鄰聚類中心的距離值，確定在相鄰聚類中心連線上多個點位的溫度值；步驟s2，將各個點位與對應聚類中心的距離作為半徑，得到各條圓周線；步驟s3，確定各條圓周線對應的第一點位集合中所有點位溫度以及第二點位集合中所有點位溫度，其中，第一點位集合由在同一圓周線上所有的點位組成，第二點位集合由與圓周線距離小于預設值的所有點位組成；步驟s4，判斷第一點位集合以及第二點位集合中所有點位溫度差是否均不超過預設閾值，當是，則執行步驟s5，若否，則執行步驟s6；步驟s5，求解所有點位溫度的平均值作為在相鄰聚類中心連線上各個點位的溫度值，并根據點位的溫度值以及兩個點位之間的距離，確定溫度值的變化速率；步驟s6，標記超出預設閾值的點位為一個新的聚類中心，進行聚類，然后重復步驟s1-步驟s4。

11、可選地，根據待預測點位的位置以及歷史數據，確定待預測點位的壓力隨雪深度的關系，包括：將覆雪路段根據是否踩踏劃分為踩踏部分和非踩踏部分；對于踩踏部分，根據歷史數據中行人或車輛的運動軌跡，將踩踏部分劃分為不同等級的踩踏區域，分別在每個踩踏區域中隨機選擇多個點位，采樣多個點位不同深度對應的壓力，對多個點位不同深度對應的壓力進行線性擬合，得到對應區域的壓力深度擬合曲線；對于非踩踏部分，則根據雪壓、積雪密度和積雪深度的關系，求解點位壓力值。

12、本發明實施例提供一種接觸式路面溫度監測系統，通過多個接觸式溫度傳感器獲取不同位置的環境溫度，以及不同位置不同雪層深度的溫度、壓力，溫度預測模塊根據雪層內部溫度、壓力數據以及環境溫度等多維度數據進行綜合分析，能夠更準確地預測覆雪路段多個點位不同深度的溫度變化趨勢，然后，采用三維圖像顯示的可視化方式直觀、形象，可以讓道路管理者清晰地了解覆雪路段的溫度分布情況，及時發現溫度異常區域，采取相應措施。相比于只監測雪層表面溫度，本方案通過多個接觸式溫度傳感器的數據預測雪層內部溫度的變化，能夠給路段管理人員提供全面有效信息，以供其提前判斷潛在的安全隱患，例如，當雪層內部溫度接近或者低于冰點時，路面更易結冰，導致車輛打滑，引發安全問題，從而提前采取措施，除此之外，在覆雪路段，根據路面溫度的變化，可以精準地控制融雪劑的撒布量和時機。再例如，在溫度較低、結冰風險較高的時段，增加融雪劑的撒布量；而在溫度回升、冰雪開始融化時，減少融雪劑的使用，這樣既能有效融雪除冰，又能避免資源浪費。最后，通過監測雪層內部溫度，可以了解積雪的保溫效果，評估其對設施設備運行溫度的影響，當雪層內部溫度升高時，積雪可能會融化，導致設施設備被水浸濕，增加設備損壞的風險。通過監測雪層內部溫度，可以及時發現積雪融化現象，采取相應的防護措施。

13、本發明的其他優點、目標和特征將在隨后的說明書中進行闡述，并且在某種程度上對本領域技術人員而言是顯而易見的，或者本領域技術人員可以從本發明的實踐中得到教導。本發明的目標和其他優點可以通過下面的說明書來實現和獲得。