路面气象状态检测旨在获取公路是否存在积水、结冰等不利于交通安全的情况,对路面干燥、积水、结冰等气象状态的准确识别,以及路面积水与覆冰厚度的精准测量,可以保证交通部门高效的调度交通、公路部门精准的维护道路、行车人员实时的了解行车路况,是实现公路智慧化、出行畅通化的重要环节。为满足智慧公路的发展需求,本文在现有路面气象状态检测技术的基础上,围绕激光测量技术,从光路特性到探测原理,从结构设计到性能分析,系统性的研发了一种基于多个短波红外激光协同探测的非接触式路面气象状态检测传感器。首先,文章根据朗伯定律,对路面积水厚度测量所用的公式模型进行了推导,提出了利用双波长协同探测的厚度测量方法。并对高斯光束在透镜系统中的传播特性进行了研究,为传感器探测光路的设计提供了理论依据。概述了微弱信号的探测技术,对数字锁相放大器的工作原理进行了研究,为上位机的开发提供了技术支撑。随后,根据高斯光束传播特性设计了光路结构,利用仿真软件Trace Pro对光路进行仿真优化,使系统无论以何种角度进行探测,对后向散射光的聚光效率均达到90%以上。同时利用Lab VIEW开发了上位机系统,并结合光路结构搭建了实物平台。然后,通过红外光谱分析,确定了用于探测的三个激光波长:1064nm、1310nm与1550nm,其中1310nm与1550nm同时用于路面气象状态判别与路面覆冰厚度测量;1064nm与1310nm用于路面积水厚度测量。并在实验平台上对不同路面气象状态进行模拟实验,引入状态参量S,提出了有效的状态判别方法:干燥路面S=1、积水路面S≤0.1425、结冰路面S>0.1425且S≠1。最后,根据模拟实验对用于路面积水厚度测量的参数Q进行了研究与标定,对不同厚度的积水进行了多个探测角度的实验分析,传感器在进行路面积水厚度测量时,精度达到国家相关技术标准,其中有效探测角度为5°-20°;探测距离大于3m;测水量程大于8mm;精度达到±0.2mm。此外,还对路面覆冰厚度测量的方法进行了初步探索,在冰面结霜程度较弱时,测冰量程达到3mm以上。