馬慶華

（安徽開源園林綠化工程有限公司，安徽 合肥 230000）

0 引言

我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，促進(jìn)高速公路交通體系的持續(xù)健全和完善，而信息化技術(shù)的發(fā)展和推廣應(yīng)用，推動(dòng)著交通行業(yè)的信息化和智能化建設(shè)，強(qiáng)調(diào)構(gòu)建智能交通體系，以切實(shí)滿足高速公路交通運(yùn)輸以及人們出行的需求，維護(hù)和保障高速公路運(yùn)行的安全穩(wěn)定性。影響高速公路運(yùn)行的因素比較多，其中氣象災(zāi)害是一類重要因素，如大霧、大風(fēng)、大雪、路面結(jié)冰等，如果無法實(shí)現(xiàn)惡劣氣象災(zāi)害的有效監(jiān)測(cè)和預(yù)警，則可能因?yàn)楦黝悮庀鬄?zāi)害影響高速公路的安全運(yùn)營(yíng)，造成一系列事故的發(fā)生以及較大的損失。加強(qiáng)新時(shí)期高速公路的運(yùn)營(yíng)管理，還應(yīng)強(qiáng)調(diào)推進(jìn)高速公路交通氣象災(zāi)害智能監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)的構(gòu)建和科學(xué)應(yīng)用[1]。

1 常見的氣象災(zāi)害以及對(duì)高速公路交通的影響

天氣和氣候?qū)⒅苯佑绊懭藗兊纳钜约案黜?xiàng)活動(dòng)的開展和實(shí)施，通過做好氣象觀測(cè)、監(jiān)測(cè)和預(yù)警工作能夠?yàn)槿藗兊某鲂幸约案黜?xiàng)活動(dòng)的開展提供科學(xué)的依據(jù)和參考，避免因一些惡劣天氣造成大的影響和損失。影響高速公路正常運(yùn)行的氣象災(zāi)害比較多，如霧霾、降雪（積雪）、降雨（積水）、結(jié)冰、風(fēng)吹雪、臺(tái)風(fēng)、大風(fēng)（橫風(fēng)）、沙塵、冰雹等，其中霧霾、積雪、強(qiáng)降雨和路面結(jié)冰等是影響高速公路安全穩(wěn)定運(yùn)行的主要?dú)庀笠蛩?。霧霾會(huì)導(dǎo)致道路的能見度低，積雪和路面結(jié)冰會(huì)導(dǎo)致行車打滑，這些都增加了行車過程中安全事故發(fā)生的概率，影響行車的速度、舒適度和安全穩(wěn)定性[2]。這些氣象災(zāi)害的發(fā)生還可能誘發(fā)其他方面的一些事故和損失，如重大交通事故、造成公路封閉、交通堵塞，造成公路交通設(shè)施（如信號(hào)燈、交通標(biāo)志、路面標(biāo)線、護(hù)欄、隔離柵、照明設(shè)備等）的損壞等。

2 系統(tǒng)構(gòu)建的目標(biāo)和技術(shù)支撐

2.1 系統(tǒng)構(gòu)建的目標(biāo)

構(gòu)建的氣象災(zāi)害智能監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)要能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)影響高速公路安全穩(wěn)定運(yùn)行的各類氣象災(zāi)害實(shí)施全天候、實(shí)時(shí)化、動(dòng)態(tài)化的監(jiān)測(cè)預(yù)警，快速收集和反饋有關(guān)數(shù)據(jù)信息，爭(zhēng)取實(shí)現(xiàn)“全網(wǎng)監(jiān)測(cè)、重點(diǎn)加密、精確預(yù)報(bào)、科學(xué)決策”的目標(biāo)，盡可能降低惡劣氣象天氣以及氣象災(zāi)害對(duì)行車造成的影響，減少交通事故。

一是實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。強(qiáng)調(diào)依托各項(xiàng)先進(jìn)的技術(shù)，并通過“點(diǎn)面結(jié)合”的形式，努力實(shí)現(xiàn)整個(gè)高速公路路網(wǎng)體系內(nèi)所有區(qū)域氣象信息的及時(shí)、快速收集和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)分析，在對(duì)這些信息深入分析的基礎(chǔ)上，做出正確的方案和科學(xué)的出行計(jì)劃。

二是重點(diǎn)加密。要通過有關(guān)信息的深入分析，對(duì)高速公路沿線惡劣氣象條件頻發(fā)路段實(shí)施重點(diǎn)監(jiān)測(cè)，對(duì)影響高速公路安全穩(wěn)定運(yùn)行的主要?dú)庀笠蛩貙?shí)施重點(diǎn)監(jiān)測(cè)，并重點(diǎn)加密建設(shè)有關(guān)的氣象觀測(cè)設(shè)施，以便更好地實(shí)現(xiàn)重點(diǎn)區(qū)域和主要?dú)庀鬄?zāi)害的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，方便在出現(xiàn)異常情況時(shí)能夠及時(shí)預(yù)警，并精準(zhǔn)地定位。

三是精確預(yù)報(bào)。借助智能檢測(cè)預(yù)警系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)有關(guān)數(shù)據(jù)信息的廣泛收集和獲取，通過對(duì)這些數(shù)據(jù)信息的深入分析和處理，能夠?qū)崿F(xiàn)高速公路各個(gè)路段氣象災(zāi)害和有關(guān)氣象條件的科學(xué)準(zhǔn)確預(yù)報(bào)，促使有關(guān)部門和人員及時(shí)了解該路段的能見度、路面濕滑情況、橫風(fēng)指數(shù)、爆胎指數(shù)等相關(guān)方面的信息，方便在行車和高速公路運(yùn)行管理等工作開展和實(shí)施的時(shí)候做出科學(xué)的調(diào)整和決策。借助智能監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)，還能夠?qū)崿F(xiàn)有關(guān)災(zāi)害天氣的自動(dòng)化、實(shí)時(shí)化監(jiān)測(cè)以及科學(xué)預(yù)報(bào)，確保有關(guān)人員獲取準(zhǔn)確的大風(fēng)、沙塵暴、大霧、高溫、強(qiáng)降雨、積雪和結(jié)冰等情況，在行車的時(shí)候提前就此類問題做出針對(duì)有效的解決和應(yīng)對(duì)策略。

四是科學(xué)決策。高速公路氣象災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警工作的開展和實(shí)施主要目的還是為科學(xué)決策服務(wù)，智能監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)的構(gòu)建，有助于實(shí)現(xiàn)氣象數(shù)據(jù)信息的全面監(jiān)督和及時(shí)分析，結(jié)合高速公路實(shí)際運(yùn)行情況以及交通情況，能夠針對(duì)行車的安全車速限制值等的設(shè)置以及公路運(yùn)營(yíng)和養(yǎng)護(hù)管理等提供科學(xué)的參考和依據(jù)，確保相關(guān)決策更加科學(xué)[3]。

2.2 系統(tǒng)構(gòu)架的技術(shù)支撐

為確保高速公路氣象災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)的目標(biāo)更好實(shí)現(xiàn)，在系統(tǒng)構(gòu)建時(shí)需要先進(jìn)的技術(shù)和工具作為支撐和基礎(chǔ)。例如：

其一，積極探索和研究基于前向散射原理的能見度觀測(cè)技術(shù)，借助該技術(shù)方便在各類較為復(fù)雜的環(huán)境下更好地分析成霧的天氣形勢(shì)，并建立起一個(gè)更加完善的能見度預(yù)測(cè)模型，以支撐監(jiān)測(cè)預(yù)警工作的高效化實(shí)施，實(shí)現(xiàn)對(duì)團(tuán)霧尺度、移動(dòng)方向、移動(dòng)速度等相關(guān)情況的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和科學(xué)準(zhǔn)確預(yù)報(bào)。

其二，積極探索和研究基于紅外多光譜測(cè)量原理的路面冰雪自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)，在該技術(shù)的有效支撐下，加之綜合的考慮和分析影響高速公路安全穩(wěn)定運(yùn)行的各項(xiàng)氣象要素，如溫度、降雨等氣象要素的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)對(duì)高速公路路面狀態(tài)的實(shí)時(shí)化監(jiān)測(cè)，還可以自動(dòng)化地識(shí)別高速公路的路面狀態(tài)，分析和判斷路面是否干燥，是否存在潮濕、積水、結(jié)冰、積雪等情況，并較為精準(zhǔn)地測(cè)量和計(jì)算路面積雪等的厚度、路面濕滑系數(shù)等，在相關(guān)人員及時(shí)獲取和了解這些信息后，也能夠及時(shí)做出合理的行車調(diào)整，保證行車的安全穩(wěn)定性。

其三，積極探索和研究基于熱譜圖的路面溫度監(jiān)測(cè)及預(yù)報(bào)技術(shù)，該技術(shù)的科學(xué)應(yīng)用有助于相關(guān)人員更好地研究和分析不同天氣類型對(duì)高速公路路面溫度造成的影響及變化情況，再結(jié)合計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、遠(yuǎn)程控制技術(shù)等，構(gòu)建一個(gè)更加完善且連續(xù)的路面溫度反演模型和公路熱譜地圖。當(dāng)路面溫度發(fā)生變化時(shí)，就能夠較為準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)氣象災(zāi)害的預(yù)報(bào)，進(jìn)而為高速公路的運(yùn)行和管理維護(hù)等提供科學(xué)的參考和依據(jù)。

其四，綜合化地應(yīng)用各類監(jiān)測(cè)技術(shù)，并建立一個(gè)更加系統(tǒng)完善的氣象災(zāi)害影響公路交通安全穩(wěn)定運(yùn)行的指標(biāo)體系，以支撐更為精準(zhǔn)的預(yù)測(cè)和評(píng)估各類氣象災(zāi)害的發(fā)生對(duì)高速公路正常通行等造成的影響，給予針對(duì)性的解決和處理[4]。

3 高速公路交通氣象災(zāi)害智能監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)構(gòu)架

3.1 總體概述

智能系統(tǒng)在構(gòu)建過程中需要科學(xué)利用各項(xiàng)先進(jìn)的技術(shù)和工具，并確保其具備多種功能，能夠有效實(shí)現(xiàn)高速公路沿線空氣濕度、溫度、風(fēng)向、風(fēng)速、雨量、路面狀況（如公路路面積水、結(jié)冰、積雪等情況）的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和評(píng)估分析，借助更加完善的平臺(tái)系統(tǒng)快速收集、處理、存儲(chǔ)、分析這些數(shù)據(jù)信息，并加強(qiáng)數(shù)據(jù)中心與其他有關(guān)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的有效連接，加強(qiáng)各有關(guān)部門和人員之間的溝通和交流，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的高效化傳遞和共享利用，各業(yè)務(wù)部門可以根據(jù)自身的實(shí)際需要，更為便捷的獲取有關(guān)數(shù)據(jù)信息，為自身科學(xué)決策提供有效支撐，如為高速公路的安全行車和運(yùn)行維護(hù)、公路管理和養(yǎng)護(hù)維修、氣象預(yù)警、事故防范和其他公共服務(wù)提供科學(xué)有效的數(shù)據(jù)支撐[5]。

3.2 主要功能

所構(gòu)建的智能監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)具備多種功能，較大程度上彌補(bǔ)了傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)預(yù)警手段中的不足和缺陷，能更好地為高速公路運(yùn)行管理等方面提供支撐和保障。

一是遠(yuǎn)程調(diào)試。在智能化系統(tǒng)的科學(xué)支撐下，借助計(jì)算機(jī)平臺(tái)、遠(yuǎn)程控制技術(shù)以及遠(yuǎn)程鏈接等可以實(shí)現(xiàn)終端命令調(diào)試，進(jìn)而支撐臺(tái)站參數(shù)設(shè)置、時(shí)間間隔、資料補(bǔ)傳、觀測(cè)要素開關(guān)設(shè)置等相關(guān)方面工作的開展和實(shí)施，同時(shí)可以根據(jù)實(shí)際工作的需要，支持遠(yuǎn)程升級(jí)。

二是數(shù)據(jù)管理。該智能系統(tǒng)能夠支撐數(shù)據(jù)管理工作的高效化開展和實(shí)施，為高速公路交通氣象災(zāi)害智能監(jiān)測(cè)預(yù)警以及高速公路運(yùn)行管理工作的開展和實(shí)施提供科學(xué)的數(shù)據(jù)支撐，確保各項(xiàng)決策更加科學(xué)合理。例如：其一，數(shù)據(jù)采集。借助智能傳感器等先進(jìn)的設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)高速公路各個(gè)路段實(shí)際情況及信息數(shù)據(jù)的及時(shí)采集，確保地面氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)信息的全面性、準(zhǔn)確性，依照一定的算法等，科學(xué)計(jì)算出各氣象要素瞬時(shí)值。其二，數(shù)據(jù)處理。強(qiáng)調(diào)科學(xué)借助大數(shù)據(jù)等先進(jìn)的技術(shù)，實(shí)現(xiàn)采集和反饋數(shù)據(jù)信息的及時(shí)性、高效化處理，對(duì)有關(guān)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，在此基礎(chǔ)上得出氣象要素的統(tǒng)計(jì)值，當(dāng)出現(xiàn)異常數(shù)據(jù)和問題的時(shí)候，也方便在第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)和處理，分析和判斷是否出現(xiàn)了氣象災(zāi)害以及氣象災(zāi)害的嚴(yán)重程度和危害程度等。其三，數(shù)據(jù)傳輸。強(qiáng)調(diào)科學(xué)借助ASCII 碼形式對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理，并通過構(gòu)建完善的數(shù)據(jù)信息庫以及網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的及時(shí)傳輸和傳遞。其四，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。強(qiáng)調(diào)構(gòu)建一個(gè)完善的數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)信息數(shù)據(jù)的及時(shí)有效存儲(chǔ)，如科學(xué)有效的存儲(chǔ)觀測(cè)數(shù)據(jù)、工作狀態(tài)、安全報(bào)警信息等，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的空間更大，也有助于在數(shù)據(jù)利用時(shí)及時(shí)檢索和獲取，為高速公路的運(yùn)行管理提供科學(xué)有效的支撐和保障。其五，數(shù)據(jù)應(yīng)用?？茖W(xué)應(yīng)用這些數(shù)據(jù)為高速公路運(yùn)行監(jiān)控、氣象災(zāi)害預(yù)警報(bào)警、道路交通事故防范和處理、交通出行等提供服務(wù)。

三是預(yù)警預(yù)報(bào)。借助智能監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)各類氣象災(zāi)害的科學(xué)預(yù)警，當(dāng)高速公路出現(xiàn)路面濕滑、低能見度、暴雨、路面高溫、大風(fēng)、降雪等情況的時(shí)候，該系統(tǒng)能夠及時(shí)預(yù)警，方便有關(guān)人員獲取有關(guān)信息，了解這些情況。

四是提供氣象服務(wù)。借助該智能化系統(tǒng)，并將其與PC 端、手機(jī)APP 等有效連接，可以為廣大用戶提供更具針對(duì)性的氣象服務(wù)，自動(dòng)地顯示用戶的位置、需求等，并實(shí)時(shí)地獲取和了解氣象數(shù)據(jù)信息和公路預(yù)警信息。借助廣播、短信、電話以及各類網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，及時(shí)發(fā)布道路氣象災(zāi)害信息，方便有關(guān)人員對(duì)此做出科學(xué)的調(diào)整。

3.3 系統(tǒng)構(gòu)架組成

所構(gòu)建的氣象智能災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)（見圖1）主要由以下幾部分構(gòu)成：

圖1 監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)構(gòu)架

一是設(shè)施感知層。這是智能化系統(tǒng)最基礎(chǔ)的層級(jí)結(jié)構(gòu)，主要由自動(dòng)站、區(qū)域站、雷達(dá)、各類平臺(tái)以及網(wǎng)絡(luò)資源等方面構(gòu)成，并強(qiáng)調(diào)科學(xué)利用傳感裝置，依托CIS 技術(shù)、GPS 技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、光學(xué)遙感、機(jī)載激光雷達(dá)測(cè)量技術(shù)、無人機(jī)攝影技術(shù)等先進(jìn)的技術(shù)，構(gòu)建一個(gè)智能化、立體化、全方位感知體系，實(shí)現(xiàn)高速公路氣象災(zāi)害有關(guān)信息的精準(zhǔn)感知和識(shí)別，方便相關(guān)人員及時(shí)了解高速公路路況、車輛運(yùn)行情況、氣象狀況和氣象條件等。

二是數(shù)據(jù)傳輸層。該層級(jí)主要是依托射頻識(shí)別技術(shù)以及先進(jìn)的通信技術(shù)和手段，實(shí)現(xiàn)感知層有關(guān)數(shù)據(jù)信息的有效傳遞、溝通和利用，為高速公路運(yùn)營(yíng)管理和科學(xué)決策等提供更加清晰的氣象災(zāi)害圖像信息和全面的數(shù)據(jù)信息（如高速公路實(shí)況數(shù)據(jù)、GIS 數(shù)據(jù)、服務(wù)產(chǎn)品數(shù)據(jù)、CMISS 數(shù)據(jù)等），在對(duì)這些數(shù)據(jù)信息進(jìn)行深入分析的基礎(chǔ)上，為高速公路運(yùn)行和管理過程中的科學(xué)決策、遠(yuǎn)程控制、管理控制和交互服務(wù)等提供支撐和保障。

三是應(yīng)用支撐層。該層級(jí)主要由消息引擎、GIS引擎、數(shù)據(jù)交換引擎、數(shù)據(jù)庫引擎、推送控制引擎、虛擬化管理平臺(tái)等構(gòu)成，為應(yīng)用層相關(guān)工作的實(shí)施提供支撐。

四是應(yīng)用層。該層級(jí)主要是支撐高速公路智能監(jiān)測(cè)工作的開展，并為相關(guān)人員提供專業(yè)服務(wù)、預(yù)報(bào)服務(wù)，同時(shí)支撐后臺(tái)管理工作的高效化實(shí)施。借助智能化監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)，極大提高了高速公路氣象災(zāi)害預(yù)警預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確度，能夠?qū)崿F(xiàn)氣象數(shù)據(jù)、多源預(yù)警系統(tǒng)信息等的高效化整合和科學(xué)利用，當(dāng)出現(xiàn)異常情況時(shí)能夠在第一時(shí)間發(fā)出預(yù)警。

五是服務(wù)層。該層級(jí)的構(gòu)建有助于高速公路氣象災(zāi)害及預(yù)警信息的及時(shí)發(fā)布和解除，借助短信、電話、車載廣播以及網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)等，能及時(shí)將有關(guān)信息傳遞到廣大用戶和高速公路運(yùn)行管理人員手中，方便其做出科學(xué)的調(diào)整和決策，盡可能降低氣象災(zāi)害造成的各類事故及損失，維護(hù)和保證高速公路運(yùn)行安全穩(wěn)定。

4 結(jié)語

為有效降低交通氣象災(zāi)害對(duì)高速公路運(yùn)行安全穩(wěn)定性造成的一系列影響，需要認(rèn)真落實(shí)好氣象災(zāi)害的監(jiān)測(cè)預(yù)警工作，并積極加強(qiáng)氣象災(zāi)害智能化監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)的構(gòu)建，并促使其科學(xué)合理應(yīng)用，為新時(shí)期高速公路運(yùn)輸、運(yùn)行管理及人們的出行提供所需信息，滿足其需求，維護(hù)和保障高速公路運(yùn)行的安全穩(wěn)定性。通過及時(shí)監(jiān)測(cè)預(yù)警大霧、大風(fēng)、大雪、路面結(jié)冰等氣象災(zāi)害，為各項(xiàng)決策提供科學(xué)的依據(jù)，降低行車安全事故。在氣象災(zāi)害智能監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)建設(shè)和發(fā)展的過程中還強(qiáng)調(diào)靈活高效應(yīng)用多種監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)，并科學(xué)規(guī)范地設(shè)計(jì)預(yù)警指標(biāo)、監(jiān)測(cè)方案，建立多形式的傳輸網(wǎng)絡(luò)，確保監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)能夠高效化運(yùn)作，推進(jìn)交通運(yùn)輸行業(yè)的健康發(fā)展。