高速公路交通氣象災(zāi)害智能監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)應(yīng)用

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

我國經(jīng)濟社會的發(fā)展，促進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，推動著交通行業(yè)的信息化和智能化建設(shè)，強調(diào)構(gòu)建智能交通體系，以切實滿足高速公路交通運輸以及人們出行的需求，維護和保障高速公路運行的安全穩(wěn)定性。影響高速公路運行的因素比較多，其中氣象災(zāi)害是一類重要因素，如大霧、大風、大雪、路面結(jié)冰等，如果無法實現(xiàn)惡劣氣象災(zāi)害的有效監(jiān)測和預(yù)警，則可能因為各類氣象災(zāi)害影響高速公路的安全運營，造成一系列事故的發(fā)生以及較大的損失。加強新時期高速公路的運營管理，還應(yīng)強調(diào)推進高速公路交通氣象災(zāi)害智能監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)的構(gòu)建和科學應(yīng)用[1]。

1 常見的氣象災(zāi)害以及對高速公路交通的影響

天氣和氣候?qū)⒅苯佑绊懭藗兊纳钜约案黜椈顒拥拈_展和實施，通過做好氣象觀測、監(jiān)測和預(yù)警工作能夠為人們的出行以及各項活動的開展提供科學的依據(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、風吹雪、臺風、大風（橫風）、沙塵、冰雹等，其中霧霾、積雪、強降雨和路面結(jié)冰等是影響高速公路安全穩(wěn)定運行的主要氣象因素。霧霾會導(dǎo)致道路的能見度低，積雪和路面結(jié)冰會導(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（如信號燈、交通標志、路面標線、護欄、隔離柵、照明設(shè)備等）的損壞等。

2 系統(tǒng)構(gòu)建的目標和技術(shù)支撐

2.1 系統(tǒng)構(gòu)建的目標

構(gòu)建的氣象災(zāi)害智能監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)要能夠?qū)崿F(xiàn)對影響高速公路安全穩(wěn)定運行的各類氣象災(zāi)害實施全天候、實時化、動態(tài)化的監(jiān)測預(yù)警，快速收集和反饋有關(guān)數(shù)據(jù)信息，爭取實現(xiàn)“全網(wǎng)監(jiān)測、重點加密、精確預(yù)報、科學決策”的目標，盡可能降低惡劣氣象天氣以及氣象災(zāi)害對行車造成的影響，減少交通事故。

一是實時監(jiān)測。強調(diào)依托各項先進的技術(shù)，并通過“點面結(jié)合”的形式，努力實現(xiàn)整個高速公路路網(wǎng)體系內(nèi)所有區(qū)域氣象信息的及時、快速收集和實時監(jiān)測分析，在對這些信息深入分析的基礎(chǔ)上，做出正確的方案和科學的出行計劃。

二是重點加密。要通過有關(guān)信息的深入分析，對高速公路沿線惡劣氣象條件頻發(fā)路段實施重點監(jiān)測，對影響高速公路安全穩(wěn)定運行的主要氣象因素實施重點監(jiān)測，并重點加密建設(shè)有關(guān)的氣象觀測設(shè)施，以便更好地實現(xiàn)重點區(qū)域和主要氣象災(zāi)害的實時監(jiān)測，方便在出現(xiàn)異常情況時能夠及時預(yù)警，并精準地定位。

三是精確預(yù)報。借助智能檢測預(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)高速公路各個路段氣象災(zāi)害和有關(guān)氣象條件的科學準確預(yù)報，促使有關(guān)部門和人員及時了解該路段的能見度、路面濕滑情況、橫風指數(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行管理等工作開展和實施的時候做出科學的調(diào)整和決策。借助智能監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)，還能夠?qū)崿F(xiàn)有關(guān)災(zāi)害天氣的自動化、實時化監(jiān)測以及科學預(yù)報，確保有關(guān)人員獲取準確的大風、沙塵暴、大霧、高溫、強降雨、積雪和結(jié)冰等情況，在行車的時候提前就此類問題做出針對有效的解決和應(yīng)對策略。

四是科學決策。高速公路氣象災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警工作的開展和實施主要目的還是為科學決策服務(wù)，智能監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)的構(gòu)建，有助于實現(xiàn)氣象數(shù)據(jù)信息的全面監(jiān)督和及時分析，結(jié)合高速公路實際運行情況以及交通情況，能夠針對行車的安全車速限制值等的設(shè)置以及公路運營和養(yǎng)護管理等提供科學的參考和依據(jù)，確保相關(guān)決策更加科學[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)測預(yù)警系統(tǒng)的目標更好實現(xiàn)，在系統(tǒng)構(gòu)建時需要先進的技術(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，并建立起一個更加完善的能見度預(yù)測模型，以支撐監(jiān)測預(yù)警工作的高效化實施，實現(xiàn)對團霧尺度、移動方向、移動速度等相關(guān)情況的實時監(jiān)測和科學準確預(yù)報。

其二，積極探索和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)，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)定運行的各項氣象要素，如溫度、降雨等氣象要素的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)對高速公路路面狀態(tài)的實時化監(jiān)測，還可以自動化地識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，并較為精準地測量和計算路面積雪等的厚度、路面濕滑系數(shù)等，在相關(guān)人員及時獲取和了解這些信息后，也能夠及時做出合理的行車調(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)測及預(yù)報技術(shù)，該技術(shù)的科學應(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高速公路路面溫度造成的影響及變化情況，再結(jié)合計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、遠程控制技術(shù)等，構(gòu)建一個更加完善且連續(xù)的路面溫度反演模型和公路熱譜地圖。當路面溫度發(fā)生變化時，就能夠較為準確地實現(xiàn)氣象災(zāi)害的預(yù)報，進而為高速公路的運行和管理維護等提供科學的參考和依據(jù)。

其四，綜合化地應(yīng)用各類監(jiān)測技術(shù)，并建立一個更加系統(tǒng)完善的氣象災(zāi)害影響公路交通安全穩(wěn)定運行的指標體系，以支撐更為精準的預(yù)測和評估各類氣象災(zāi)害的發(fā)生對高速公路正常通行等造成的影響，給予針對性的解決和處理[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)建過程中需要科學利用各項先進的技術(shù)和工具，并確保其具備多種功能，能夠有效實現(xiàn)高速公路沿線空氣濕度、溫度、風向、風速、雨量、路面狀況（如公路路面積水、結(jié)冰、積雪等情況）的實時監(jiān)測和評估分析，借助更加完善的平臺系統(tǒng)快速收集、處理、存儲、分析這些數(shù)據(jù)信息，并加強數(shù)據(jù)中心與其他有關(guān)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的有效連接，加強各有關(guān)部門和人員之間的溝通和交流，以實現(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)自身的實際需要，更為便捷的獲取有關(guān)數(shù)據(jù)信息，為自身科學決策提供有效支撐，如為高速公路的安全行車和運行維護、公路管理和養(yǎng)護維修、氣象預(yù)警、事故防范和其他公共服務(wù)提供科學有效的數(shù)據(jù)支撐[5]。

3.2 主要功能

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

一是遠程調(diào)試。在智能化系統(tǒng)的科學支撐下，借助計算機平臺、遠程控制技術(shù)以及遠程鏈接等可以實現(xiàn)終端命令調(diào)試，進而支撐臺站參數(shù)設(shè)置、時間間隔、資料補傳、觀測要素開關(guān)設(shè)置等相關(guān)方面工作的開展和實施，同時可以根據(jù)實際工作的需要，支持遠程升級。

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施，為高速公路交通氣象災(zāi)害智能監(jiān)測預(yù)警以及高速公路運行管理工作的開展和實施提供科學的數(shù)據(jù)支撐，確保各項決策更加科學合理。例如：其一，數(shù)據(jù)采集。借助智能傳感器等先進的設(shè)備，實現(xiàn)對高速公路各個路段實際情況及信息數(shù)據(jù)的及時采集，確保地面氣象觀測數(shù)據(jù)信息的全面性、準確性，依照一定的算法等，科學計算出各氣象要素瞬時值。其二，數(shù)據(jù)處理。強調(diào)科學借助大數(shù)據(jù)等先進的技術(shù)，實現(xiàn)采集和反饋數(shù)據(jù)信息的及時性、高效化處理，對有關(guān)數(shù)據(jù)信息進行統(tǒng)計，在此基礎(chǔ)上得出氣象要素的統(tǒng)計值，當出現(xiàn)異常數(shù)據(jù)和問題的時候，也方便在第一時間發(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)害的嚴重程度和危害程度等。其三，數(shù)據(jù)傳輸。強調(diào)科學借助ASCII 碼形式對數(shù)據(jù)信息進行處理，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，實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的及時傳輸和傳遞。其四，數(shù)據(jù)存儲。強調(diào)構(gòu)建一個完善的數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)各項信息數(shù)據(jù)的及時有效存儲，如科學有效的存儲觀測數(shù)據(jù)、工作狀態(tài)、安全報警信息等，數(shù)據(jù)存儲的空間更大，也有助于在數(shù)據(jù)利用時及時檢索和獲取，為高速公路的運行管理提供科學有效的支撐和保障。其五，數(shù)據(jù)應(yīng)用?？茖W應(yīng)用這些數(shù)據(jù)為高速公路運行監(jiān)控、氣象災(zāi)害預(yù)警報警、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。借助智能監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)，可以實現(xiàn)各類氣象災(zāi)害的科學預(yù)警，當高速公路出現(xiàn)路面濕滑、低能見度、暴雨、路面高溫、大風、降雪等情況的時候，該系統(tǒng)能夠及時預(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APP 等有效連接，可以為廣大用戶提供更具針對性的氣象服務(wù)，自動地顯示用戶的位置、需求等，并實時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，及時發(fā)布道路氣象災(zāi)害信息，方便有關(guān)人員對此做出科學的調(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)的層級結(jié)構(gòu)，主要由自動站、區(qū)域站、雷達、各類平臺以及網(wǎng)絡(luò)資源等方面構(gòu)成，并強調(diào)科學利用傳感裝置，依托CIS 技術(shù)、GPS 技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、光學遙感、機載激光雷達測量技術(shù)、無人機攝影技術(shù)等先進的技術(shù)，構(gòu)建一個智能化、立體化、全方位感知體系，實現(xiàn)高速公路氣象災(zāi)害有關(guān)信息的精準感知和識別，方便相關(guān)人員及時了解高速公路路況、車輛運行情況、氣象狀況和氣象條件等。

二是數(shù)據(jù)傳輸層。該層級主要是依托射頻識別技術(shù)以及先進的通信技術(shù)和手段，實現(xiàn)感知層有關(guān)數(shù)據(jù)信息的有效傳遞、溝通和利用，為高速公路運營管理和科學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），在對這些數(shù)據(jù)信息進行深入分析的基礎(chǔ)上，為高速公路運行和管理過程中的科學決策、遠程控制、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、虛擬化管理平臺等構(gòu)成，為應(yīng)用層相關(guān)工作的實施提供支撐。

四是應(yīng)用層。該層級主要是支撐高速公路智能監(jiān)測工作的開展，并為相關(guān)人員提供專業(yè)服務(wù)、預(yù)報服務(wù)，同時支撐后臺管理工作的高效化實施。借助智能化監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)，極大提高了高速公路氣象災(zāi)害預(yù)警預(yù)報的準確度，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利用，當出現(xiàn)異常情況時能夠在第一時間發(fā)出預(yù)警。

五是服務(wù)層。該層級的構(gòu)建有助于高速公路氣象災(zāi)害及預(yù)警信息的及時發(fā)布和解除，借助短信、電話、車載廣播以及網(wǎng)絡(luò)平臺等，能及時將有關(guān)信息傳遞到廣大用戶和高速公路運行管理人員手中，方便其做出科學的調(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，維護和保證高速公路運行安全穩(wěn)定。

4 結(jié)語

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