王 敏

(福建船政交通職業(yè)學(xué)院信息技術(shù)與工程系，福建 福州 350007)

福州地區(qū)高速公路霧區(qū)監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)的探討*

王 敏

(福建船政交通職業(yè)學(xué)院信息技術(shù)與工程系，福建 福州 350007)

高速公路霧區(qū)的交通安全是一個(gè)世界性的問題，每年由霧引發(fā)的交通事故導(dǎo)致的經(jīng)濟(jì)損失十分巨大.因此，提高霧天低能見度條件下高速公路的交通安全水平并保證公路交通的暢通與安全，具有十分重要的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)意義.對福州地區(qū)高速公路霧區(qū)監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行探討.

高速公路;霧;監(jiān)控;能見度;GPRS

近年來，我國高速公路的發(fā)展十分迅速.高速公路是國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展中的重要基礎(chǔ)設(shè)施，是一個(gè)國家現(xiàn)代化水平的重要標(biāo)志之一，同時(shí)，高速公路以其高效、快捷、便捷等優(yōu)點(diǎn)，在我國交通運(yùn)輸領(lǐng)域發(fā)揮著舉足輕重的作用.但交通運(yùn)輸會(huì)受到氣象條件的影響和制約，在突發(fā)性的氣象災(zāi)害條件下，高速公路上極易發(fā)生交通事故.在我國，大霧是造成高速公路交通事故最嚴(yán)重的災(zāi)害性天氣之一.高速公路車速快、車流量大、全封閉，車輛不得任意減速和停車，一旦因霧導(dǎo)致能見度下降，駕駛員猝不及防，容易發(fā)生判斷和操作失誤，造成多車連環(huán)追尾等災(zāi)難性交通事故，危及人身安全，并帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失.隨著中國高速公路里程的不斷增加，因霧導(dǎo)致的交通事故越來越多，如何減少濃霧對高速公路運(yùn)營的影響并提高安全行車能力，已經(jīng)成為中國高速公路建設(shè)中必須解決的問題.

1 高速公路濃霧監(jiān)測預(yù)警的必要性

根據(jù)《福州市干線公路網(wǎng)規(guī)劃(2008—2020)》，至2020年末，福州高速公路里程將達(dá)765公里，較2010年榕計(jì)劃實(shí)現(xiàn)全市在建和通車高速公路里程達(dá)378公里的目標(biāo)，翻了一番還多.屆時(shí)，將形成能有效支撐“一區(qū)兩翼雙軸”的市域城鎮(zhèn)體系和產(chǎn)業(yè)空間格局，引導(dǎo)福州“東擴(kuò)南進(jìn)，沿江向海”跨越式發(fā)展，構(gòu)建起高速便捷的集疏港干線公路系統(tǒng)，把福州市建設(shè)成為海西地區(qū)重要交通樞紐.

中國近海是西太平洋多霧區(qū)之一，主要霧區(qū)在北部灣、粵、閩、浙沿岸直至黃海，連成多霧帶.霧是飄浮在貼近地面氣層內(nèi)的大量小水滴或冰晶，能造成低層空間透光性能降低，形成低能見度惡劣天氣，從而對高速公路行車造成嚴(yán)重影響［1］.大霧常常導(dǎo)致高速公路關(guān)閉或車輛限速行駛，延誤行車時(shí)間，造成巨大經(jīng)濟(jì)損失，對海西發(fā)展極為不利.為了確保高速公路安全暢通，特別是在突發(fā)性的氣象災(zāi)害條件下能發(fā)揮作用，盡量減少主觀判別，就需要加強(qiáng)必要的科學(xué)預(yù)警措施.為此，交管部門需要獲取基本的氣象信息，其中應(yīng)包括霧況信息，這是濃霧天氣下高速公路應(yīng)急指揮方案的基礎(chǔ).

霧區(qū)高速公路為線形結(jié)構(gòu)物，沿線所經(jīng)地區(qū)的地形、地貌、水文和氣候環(huán)境有較大變化，而霧的形成和發(fā)展過程與上述因素息息相關(guān)，因此高速公路沿線的霧況也會(huì)不斷地變化.此外，只有高速公路沿線一定寬度范圍內(nèi)的霧才會(huì)對高速公路的交通安全產(chǎn)生影響.鑒于以上兩個(gè)因素，公共氣象部門提供的大尺度和中尺度霧況預(yù)報(bào)不能滿足高速公路交通安全系統(tǒng)的要求，這就要求高速公路建立自己的霧觀測體系.

由于大霧對高速公路交通安全的嚴(yán)重影響，而通過路政巡查等人工監(jiān)測很難及時(shí)、完整地了解高速公路各分路段的能見度情況，尤其是很難對局部地區(qū)團(tuán)霧進(jìn)行檢測.因此，提高高速公路在霧天低能見度條件下的交通安全水平，保證運(yùn)輸?shù)臅惩ê桶踩渲幸粋€(gè)重要的方面就是必須建立高速公路霧區(qū)監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)［2］，目的是為了實(shí)時(shí)快速檢測高速公路沿線路段霧情，尤其是局部地區(qū)的團(tuán)霧，從而降低事故率，減少高速公路因霧關(guān)閉時(shí)間，降低經(jīng)濟(jì)損失.

2 通用分組無線業(yè)務(wù)技術(shù)

由于霧的突發(fā)性和波動(dòng)性，高速公路防霧預(yù)警系統(tǒng)檢測模塊采集到的信息必須及時(shí)準(zhǔn)確地傳送到數(shù)據(jù)中心，以便實(shí)時(shí)地對霧情進(jìn)行檢測預(yù)警.在本系統(tǒng)我們選用了公網(wǎng)的通用分組無線業(yè)務(wù) (General Packet Radio Service，GPRS)，通過移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)信息的傳遞.

GPRS是通用分組無線業(yè)務(wù)的簡稱，它是第2.5代移動(dòng)通信系統(tǒng)，是在現(xiàn)有GSM系統(tǒng)上發(fā)展出來的一種新的承載業(yè)務(wù)，為GSM用戶提供分組形式的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，能兼容GSM網(wǎng)絡(luò)并在網(wǎng)絡(luò)上更加有效地傳輸高速數(shù)據(jù)和指令［3］.GPRS是在GSM系統(tǒng)基礎(chǔ)上引入新的部件而構(gòu)成的無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，它的基本功能是在移動(dòng)終端和Internet網(wǎng)絡(luò)的路由器之間傳輸分組數(shù)據(jù).

GPRS與GSM電路交換相比，非常重要的優(yōu)點(diǎn)是引入了分組交換能力.利用GPRS進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸具有∶“永遠(yuǎn)在線”、“按流量計(jì)費(fèi)”、“快捷登錄”、“高速傳輸”、“自如切換”等優(yōu)點(diǎn).GPRS克服了電路交換型數(shù)據(jù)傳輸速率低、資源利用率差的缺陷，也不像短消息USSD那樣無法適應(yīng)大量數(shù)據(jù)應(yīng)用而僅適合于少量突發(fā)數(shù)據(jù)應(yīng)用.

3 高速公路霧區(qū)監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案為在高速公路沿線布設(shè)氣象自動(dòng)站，利用氣象傳感器采集霧濃度等氣象要素，利用GPRS無線傳輸方式，將氣象數(shù)據(jù)采集到計(jì)算機(jī)終端，經(jīng)監(jiān)控中心的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)分析、處理及人工決策，得到霧況信息.系統(tǒng)同時(shí)把霧況信息傳遞給交管部門，由交管部門根據(jù)實(shí)際情況制定適當(dāng)?shù)墓芾砜刂品桨?，然后通過信息發(fā)布系統(tǒng)傳遞至出行者，從而建立高速公路霧區(qū)監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)來保障行車安全.

根據(jù)高速公路沿線的地理?xiàng)l件和霧多發(fā)地段分布情況，根據(jù)國家氣象局的建議，需要在高速公路沿線每5公里設(shè)置一個(gè)的防霧預(yù)警檢測點(diǎn)，實(shí)時(shí)掌握局部地段能見度的變化，通過分析和處理，才有可能實(shí)現(xiàn)高速公路全路段的霧情實(shí)時(shí)監(jiān)測和預(yù)警.

本系統(tǒng)由控制中心站與防霧預(yù)警檢測點(diǎn)兩部分組成.防霧預(yù)警檢測點(diǎn)即霧區(qū)濃度觀測站，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示.

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

控制中心站通過固定的公網(wǎng)口與防霧預(yù)警檢測點(diǎn)通信，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的無線遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)傳輸，并對采集信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分析等整編處理，得到霧況信息，提供給當(dāng)?shù)亟还懿块T作出決策.

霧區(qū)濃度觀測站是指分布于高速公路沿線的觀測站點(diǎn)，觀測站點(diǎn)采集終端上的氣象要素(能見度)傳感器能夠?qū)崿F(xiàn)能見度的采集、計(jì)算、存儲，并可通過GPRS模塊與控制中心站進(jìn)行雙向通信，接收中心站的命令并自動(dòng)將觀測數(shù)據(jù)等信息定時(shí)或?qū)崟r(shí)地傳送到中心站，由中心站進(jìn)行加工、分析等整編處理.

4 霧區(qū)濃度觀測站信息采集

霧區(qū)濃度觀測站也叫做自動(dòng)站數(shù)據(jù)采集終端，它不需要人工觀測，氣象數(shù)據(jù)(能見度)的獲取主要通過氣象傳感器自動(dòng)采集實(shí)現(xiàn).

本系統(tǒng)中霧區(qū)能見度數(shù)據(jù)的采集采用的是ZQZ－A型自動(dòng)氣象站.它是對地面氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集、計(jì)算處理、數(shù)據(jù)存貯和傳輸?shù)淖詣?dòng)天氣觀測系統(tǒng)［4］.

ZQZ－A型自動(dòng)站由傳感器、數(shù)據(jù)采集器、后備電源、通信機(jī)和電纜等組成，如圖2所示.

圖2 ZQZ－A型自動(dòng)站基本結(jié)構(gòu)示意圖

ZQZ－A型自動(dòng)站有風(fēng)向、風(fēng)速、雨量、氣溫、濕度、氣壓六要素，在某些特定區(qū)域需要測量能見度數(shù)據(jù)，即采集能見度要素，也稱為七要素自動(dòng)站.

高速公路霧區(qū)監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)中，最主要的氣象信息就是霧的濃度，即是能見度要素，因此，在ZQZ－A型自動(dòng)站中，只需保留能見度傳感器即可.能見度傳感器將單位霧濃度的變化轉(zhuǎn)換成電量的相應(yīng)變化.這種變化由單片機(jī)控制的數(shù)據(jù)采集器所采集，經(jīng)過預(yù)處理后得出能見度的實(shí)時(shí)值，然后通過通信機(jī)傳輸?shù)娇刂浦行恼镜奈C(jī)上.控制中心站的微機(jī)對觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到高速公路各路段的霧況信息.

5 結(jié)語

本文基于福州地區(qū)高速公路局部地區(qū)實(shí)時(shí)霧區(qū)監(jiān)控預(yù)警的需求，設(shè)計(jì)研究了基于GPRS的高速公路防霧預(yù)警系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以自動(dòng)實(shí)時(shí)檢測高速公路沿線局部地區(qū)霧的濃度，尤其是檢測團(tuán)霧的生消，從而使得交管部門可以及時(shí)獲取信息，并采取防范措施，從而減小高速公路由于霧而產(chǎn)生的安全隱患.

本文所提方法對高速公路霧區(qū)監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)和實(shí)現(xiàn)方案進(jìn)行了初步的探索，但總體上還有待于今后的實(shí)踐進(jìn)一步的完善.例如，如何結(jié)合福州地區(qū)高速公路交通管理特色，進(jìn)行霧區(qū)監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)的后處理，也需要各交管部門通力合作，以期從根本上解決濃霧對高速公路的嚴(yán)重危害，更好地保護(hù)人民的生命財(cái)產(chǎn)安全.

［1］袁成松，卞光輝，馮民學(xué)，等.高速公路上低能見度的監(jiān)測與預(yù)報(bào)［J］.氣象，2003，29(11):39 －40.

［2］湯筠均，高海龍，張巍漢.高速公路霧區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方案的研究［J］.公路，2005，(8):27－31.

［3］文志成.GPRS網(wǎng)絡(luò)技術(shù)［M］.北京:電子工業(yè)出版社，2005.

［4］中國氣象局檢測網(wǎng)絡(luò)司.氣象儀器和觀測方法指南(第六版)［M］.北京:氣象出版社，2005:5－8.

(責(zé)任編校:晴川)

U491.5

A

1008－4681(2011)05－0075－02

2011－06－16

福建省氣象科技基金(批準(zhǔn)號∶201033)資助項(xiàng)目.

王敏(1976－)，女，重慶人，福建船政交通職業(yè)學(xué)院信息技術(shù)與工程系講師，碩士.研究方向∶多媒體技術(shù).