岳秀坤

(山西欣奧特自動化工程有限公司，山西 太原 030012)

1 需求背景

隨著我國社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，交通運輸對國民經(jīng)濟建設(shè)和國家安全的影響日益重要，經(jīng)濟的高速發(fā)展又勢必推動高速公路的大力發(fā)展。但大霧、大風、大雪、路面結(jié)冰等惡劣氣象條件對高速公路安全運營帶來極大危害，尤其是大霧和路面結(jié)冰對交通的影響、危害以及由此造成的車毀人亡的災難都已達到了空前的程度。研究建立高速公路惡劣氣象條件的監(jiān)測、預警、預報等氣象保障與營運決策管理已迫在眉睫。

根據(jù)全國公路交通氣象災情資料(2015—2018年)統(tǒng)計分析[1]，造成公路阻斷事件的主要氣象災害類型共有9種，按照比例高低排序依次為：霧霾62.88%、降雪(積雪)18.73%、降雨(積水)8.44%、結(jié)冰8.42%、風吹雪0.90%、臺風0.33%、大風(橫風)0.24%、沙塵0.04%、冰雹0.03%。因此，霧霾、降雪(積雪)、降雨和結(jié)冰是影響公路交通安全的主要氣象因子。

2 對策研究

建設(shè)公路交通氣象智能監(jiān)測預警系統(tǒng)，做好交通氣象災害的防御對策研究，應抓住影響公路交通安全的兩大重點因子：視程障礙和路面狀況。為實現(xiàn)對主流交通氣象災害的監(jiān)測預警，需突破以下四大關(guān)鍵技術(shù)：

1) 探索基于前向散射原理的能見度觀測技術(shù)，分析有利于成霧的天氣形勢，建立基于時間、空間和聚合的能見度預測模型，實現(xiàn)對團霧尺度、移動方向和速度的實時監(jiān)測和預報；

2) 研究基于紅外多光譜測量原理的路面冰雪自動檢測技術(shù)，綜合溫度、降雨等多種氣象要素，對路面狀態(tài)進行監(jiān)測，可自動識別干燥、潮濕、積水、結(jié)冰、積雪等狀態(tài)，并能精確測量覆蓋物厚度及路面濕滑系數(shù)，實現(xiàn)對公路行車安全的實時監(jiān)測和預警；

3) 突破基于熱譜圖的路面溫度監(jiān)測及預報技術(shù)，研究不同天氣類型影響下的路(橋)面溫度變化，建立連續(xù)路面溫度反演模型和公路熱譜地圖[2]，實現(xiàn)高時空分辨率的路面溫度預報，為高速公路營運管理部門的決策提供依據(jù)；

4) 應用多尺度公路交通高影響天氣綜合監(jiān)測技術(shù)，建立氣象災害對道路交通影響的指標及體系，實現(xiàn)氣象災害對道路通行影響的提前預估和評價。

3 設(shè)計目標

通過建設(shè)公路交通氣象災害智能監(jiān)測預警系統(tǒng)，可對高速公路進行全天候監(jiān)測預警，減少交通事故，降低次生交通事故的發(fā)生，實現(xiàn)“全網(wǎng)監(jiān)測、重點加密、精確預報、科學決策”的目標。

全網(wǎng)監(jiān)測：在路網(wǎng)沿線建設(shè)交通氣象觀測設(shè)施，以“點面結(jié)合”的形式，實現(xiàn)高速公路全路網(wǎng)區(qū)域氣象信息的實時監(jiān)測；

重點加密：對高速公路沿線局地惡劣氣象條件(如團霧、大風、積水、結(jié)冰等)頻發(fā)路段，針對氣象災害類型，加密建設(shè)該氣象要素的氣象觀測設(shè)施，實現(xiàn)重點區(qū)域氣象災害實時監(jiān)測、及時預警和精確定位。

精確預報：通過對采集氣象數(shù)據(jù)分析處理，實現(xiàn)目標高速公路各路段氣象條件預報和相關(guān)指數(shù)預報(能見度指數(shù)、路面濕滑指數(shù)、橫風指數(shù)、爆胎指數(shù))以及災害性天氣(大風、沙塵暴、結(jié)冰、大霧、高溫、短時強降水等)的自動實時監(jiān)測及預報。

科學決策：通過氣象數(shù)據(jù)分析，結(jié)合高速公路交通情況，提供安全車速限制值、推送危險預警下的公路運營和養(yǎng)護決策建議，并提供決策建議的依據(jù)和遠程分析支持。

4 系統(tǒng)方案

4.1 概述

公路交通氣象智能監(jiān)測預警系統(tǒng)是對公路沿線的空氣溫度、空氣濕度、風向、風速、雨量、路面狀況(積水、結(jié)冰、積雪等)、能見度等要素進行實時監(jiān)測，通過軟件平臺實現(xiàn)數(shù)據(jù)的收集、處理、存儲與分析，能夠與其它業(yè)務系統(tǒng)進行對接、數(shù)據(jù)共享，并結(jié)合業(yè)務部門實際需求，開展不同形式、不同層次的應用，為氣象預警、公路管理、公共服務提供數(shù)據(jù)支撐與決策支持。系統(tǒng)架構(gòu)圖如下所示。

圖1 公路交通氣象智能監(jiān)測預警系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

4.2 主要功能

1) 遠程調(diào)試：可通過遠程鏈接進行終端命令(臺站參數(shù)設(shè)置、時間間隔、資料補傳、觀測要素開關(guān)設(shè)置等)調(diào)試，支持遠程升級；

2) 數(shù)據(jù)采集：對傳感器按規(guī)定的采樣頻率進行處理，按規(guī)定算法計算得出各氣象要素瞬時值；

3) 數(shù)據(jù)處理：對瞬時值計算統(tǒng)計，得到氣象要素統(tǒng)計值(如累計值、平均值、最大值、極大值等)，并進行質(zhì)量控制，剔除異常值；

4) 數(shù)據(jù)傳輸：數(shù)據(jù)采用ASCII碼形式，按照規(guī)定數(shù)據(jù)幀格式傳輸；

5) 數(shù)據(jù)存儲：可存儲觀測數(shù)據(jù)、工作狀態(tài)和安全報警信息，以數(shù)據(jù)庫和文件兩種方式進行存儲；

6) 時鐘對時：采用自動和人工對時，支持網(wǎng)絡(luò)時間同步；

7) 運行監(jiān)控：對設(shè)備通訊狀態(tài)，供電狀態(tài)、運行狀態(tài)以及傳感器工作狀態(tài)等參數(shù)進行監(jiān)控，提供多種類型的監(jiān)控界面，以不同的界面形式反映站網(wǎng)的運行情況；

8) 數(shù)據(jù)應用：可按區(qū)域、臺站、時間、要素等條件進行復合查詢，以表格、曲線、圖形等方式進行展示，并支持導出功能；

9) 預警報警：對接收到的異常數(shù)據(jù)(缺測、超限等)提供報警功能，可接收觀測站的實時安全報警信息(交流供電中斷、通信中斷、蓄電池電壓過低、機箱內(nèi)溫度等)，通過顯示屏、短信等方式進行推送。

4.3 預警功能

表1 預警功能介紹

根據(jù)對行車安全影響的程度不同，公路交通氣象預警信息主要包括：路面濕滑預警、低能見度預警、暴雨預警、路面高溫預警、大風預警、降雪預警等，預警等級的劃分符合以下標準和規(guī)范：

◆《冰雪天氣公路通行條件預警分級》(GB/T 31443—2015)

◆《高速公路交通氣象條件等級行業(yè)標準》(QX/T 111—2010)

◆《公路交通高影響天氣預警等級》(QX/T 414—2018)

4.4 觀測儀器

具體為：1)溫濕度；2)風速；3)風向；4)路面狀態(tài)；5)能見度；6)視頻監(jiān)控等觀測儀器。

4.5 軟件平臺

可通過PC端和手機APP看到實時數(shù)據(jù)和公路預警信息。

5 結(jié)論

公路交通氣象監(jiān)測預警系統(tǒng)提供的針對性和時效性氣象預警預報服務功能，將極大提高氣象為公路安全運營的保障能力，為交通、氣象、公安等部門的科學決策提供有力支撐，為公眾安全出行提供科學服務。目前只有江蘇、安徽、河北、湖北等少數(shù)幾個省份建立了氣象與交通、公安等部門之間的信息共享，基本實現(xiàn)了交通氣象服務業(yè)務規(guī)模化和正?；渌鄶?shù)省份尚未開展交通氣象服務業(yè)務，導致道路交通氣象災害防御和應急減災能力不足。而此系統(tǒng)可以有效的提高道路的智能化管理水平和提升應急處置能力，對減少因氣象災害引起的交通事故、保障人民生命財產(chǎn)安全具有十分重要的意義。