交通氣象跨領(lǐng)域研發(fā) 助力公路管理服務(wù)提質(zhì)增效

文 云南省交通規(guī)劃設(shè)計研究院有限公司交通災(zāi)害技術(shù)研究分院、陸地交通氣象災(zāi)害防治技術(shù)國家工程實驗室 胡澄宇

供圖 北京市交通委員會延慶公路分局 李慶彬

公路氣象監(jiān)測的技術(shù)落腳點可以從監(jiān)測預(yù)警和主動智能防控兩方面著手，推進(jìn)“交通+氣象”深度融合研究。

公路在承載著巨量客貨運輸需求的同時，也不可避免地需要面對冰、雪、雨、霧、風(fēng)等惡劣氣象帶來的負(fù)面影響，包括通行環(huán)境、車輛駕駛員心理及車輛性能等在內(nèi)都受到了不良影響，進(jìn)而公路的安全性與通暢性也產(chǎn)生了隱患，公路設(shè)施甚至存在損毀風(fēng)險。

《交通強國戰(zhàn)略研究》中的智能交通發(fā)展戰(zhàn)略和交通安全發(fā)展戰(zhàn)略均提到，要運用先進(jìn)的技術(shù)作為提升交通安全的重要手段。其中，交通安全與氣象數(shù)據(jù)的跨界融合是智能研判系統(tǒng)實施路徑中的重要組成部分。

在惡劣氣象極易損壞交通基礎(chǔ)設(shè)施，路網(wǎng)運行存在安全隱患的情況下，公路交通迫切地需要應(yīng)用先進(jìn)的理論、技術(shù)和實驗手段防災(zāi)減災(zāi)。陸地交通氣象災(zāi)害防治技術(shù)國家工程實驗室（簡稱“交通氣象防治國家工程實驗室”）應(yīng)運而生，并積極開展跨領(lǐng)域的研發(fā)工作，推動防災(zāi)減災(zāi)、應(yīng)急保障科研成果的轉(zhuǎn)化應(yīng)用。

交通氣象監(jiān)測預(yù)警 提升公路管理效能

根據(jù)惡劣氣象環(huán)境下公路管理的需求，可以從交通氣象站布設(shè)與監(jiān)測、智能預(yù)警、路段公路管理與路網(wǎng)運行技術(shù)支持等方面出發(fā)，建立交通氣象監(jiān)測與技術(shù)體系。

監(jiān)測診斷

惡劣氣象不僅是公路養(yǎng)護(hù)的難題，也是對公路運輸安全發(fā)起的挑戰(zhàn)。

交通氣象監(jiān)測手段智能化是實現(xiàn)公路全天候監(jiān)管的基礎(chǔ)，而交通氣象站布設(shè)與監(jiān)測是科學(xué)診斷惡劣氣象環(huán)境下公路通行狀況的骨架基礎(chǔ)。監(jiān)測數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性則是開展智能化預(yù)警服務(wù)的重要條件，在交通氣象站建設(shè)、運營維護(hù)的過程中，應(yīng)綜合分析惡劣氣象的類型、分布及公路交通等，開展多源數(shù)據(jù)的陸地交通氣象災(zāi)害綜合風(fēng)險診斷與監(jiān)測站網(wǎng)假設(shè)體系研究，構(gòu)建合理可行的維護(hù)校準(zhǔn)機制，通過“風(fēng)險診斷—站點布設(shè)—監(jiān)測識別—智能預(yù)警”的交通氣象監(jiān)測預(yù)警技術(shù)體系的研究與轉(zhuǎn)化，為惡劣天氣下的預(yù)警服務(wù)、主動防控措施的實施等提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

智能預(yù)警

在公路管理中，路面低溫結(jié)冰、積水等抗滑性能下降、低能見度視程障礙、路面積水等問題是影響通行較突出的因素，可以結(jié)合移動交通氣象快速采集系統(tǒng)和交通氣象固定站網(wǎng)監(jiān)測，構(gòu)建復(fù)合式移動交通氣象監(jiān)測預(yù)警技術(shù)，通過冬季路面結(jié)冰短臨預(yù)警預(yù)報、大霧低能見度短臨預(yù)警預(yù)報、路面積水監(jiān)測等技術(shù)手段，為路政、管養(yǎng)等部門全天候?qū)崟r推送交通氣象、交通流、視頻等監(jiān)測預(yù)警信息，可為管理部門在冬季、低能見度天氣下的交通管理、抗災(zāi)保通等情況下提供決策支持和處置時間，節(jié)省了公路管理人員日常的巡檢成本，提升公路管理部門在惡劣氣象環(huán)境下的交通管理與處置效率，助力惡劣氣象環(huán)境下的公路精細(xì)化管理。

冬季路面低溫結(jié)冰短臨預(yù)警服務(wù)系統(tǒng)綜合了路面溫度熱譜地圖分析建模技術(shù)、基于隨機森林和長短時記憶網(wǎng)絡(luò)的路面溫度短臨預(yù)測技術(shù)與高速公路路面結(jié)冰短臨預(yù)報技術(shù)，可實現(xiàn)提前10分鐘或1小時的結(jié)冰風(fēng)險預(yù)警。

大霧短臨預(yù)警技術(shù)方面，研發(fā)并應(yīng)用了基于征兆因子的大霧短臨預(yù)警技術(shù)實現(xiàn)觀測站點分鐘級大霧預(yù)警；基于衛(wèi)星的高原山區(qū)霧區(qū)反演識別算法，實現(xiàn)了2公里空間、10分鐘內(nèi)的濃霧預(yù)警；基于深度學(xué)習(xí)的多特征融合視頻能見度識別技術(shù)，可實現(xiàn)觀測斷面能見度數(shù)值及分級的在線識別及實況預(yù)警，目前驗證準(zhǔn)確率達(dá)90%。

交通氣象防治國家工程實驗室通過多年的研究，依托云南麻（柳灣）昭（通）高速公路，建設(shè)了13套自動化交通氣象站，開發(fā)了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的“公路交通氣象監(jiān)測預(yù)警與服務(wù)系統(tǒng)”，打造了交通氣象防治國家工程實驗室交通氣象監(jiān)測試驗基地，同時為公路管理處、交警、路政等提供實時監(jiān)測與預(yù)警信息，減輕了日常巡檢壓力和成本，并為寒潮等天氣災(zāi)害下的抗災(zāi)保通工作提供了技術(shù)支持。

多源數(shù)據(jù)整合支持路網(wǎng)運行管理

我國尚未在交通氣象災(zāi)害預(yù)警預(yù)報領(lǐng)域形成完整的資源整合和共享體系。為提升交通氣象災(zāi)害監(jiān)測數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)化、精準(zhǔn)化實際服務(wù)供給能力，應(yīng)通過公路、交通、氣象等多源數(shù)據(jù)建設(shè)綜合系統(tǒng)，為路網(wǎng)運行管理提供技術(shù)與決策支持。通過路網(wǎng)疊加氣象、交通氣象信息，以及數(shù)據(jù)匯接、管理，開展省域路網(wǎng)降水、能見度、風(fēng)速、氣溫等氣象要素的實況監(jiān)測和預(yù)報預(yù)警能力?；跉v史觀測數(shù)據(jù)的大數(shù)據(jù)分析能力，開展交通阻斷、重大節(jié)假日路網(wǎng)運行氣象部分的態(tài)勢研判等系列大數(shù)據(jù)分析，提前研判不利天氣對交通事故、交通流的影響，提取動態(tài)交通安全管理的重要決策參數(shù)，進(jìn)而采用可變限速和流量控制、及時養(yǎng)護(hù)處置、快速應(yīng)急管理等智能控制技術(shù)，主動調(diào)節(jié)雨霧條件下高速公路交通流運行狀態(tài)，可在“適當(dāng)?shù)臅r機、適當(dāng)?shù)牡攸c、采取適當(dāng)?shù)姆绞?、發(fā)布適當(dāng)?shù)男畔ⅰ?，盡可能減少不利天氣造成的影響和損失。

目前，交通氣象防治國家工程實驗室已在云南開展了交通災(zāi)害監(jiān)測數(shù)據(jù)應(yīng)用中心建設(shè)與服務(wù)，其作為云南第一批“交通強國”試點任務(wù)，同時也是數(shù)字交通“綜合交通運行協(xié)調(diào)和應(yīng)急體系創(chuàng)新”的重要組成部分。

主動智能防控技術(shù) 提升出行服務(wù)品質(zhì)

針對惡劣氣象環(huán)境下高速公路行車條件提升的長期需求，從事前主動防控出發(fā)，新一代行車安全智能誘導(dǎo)與防撞預(yù)警系統(tǒng)、不利天氣可變限速協(xié)同控制系統(tǒng)等交通氣象行車安全主動防控裝備系統(tǒng)，大空隙排水路面、低冰點路面材料等新型技術(shù)手段，能從源頭上提升惡劣氣象環(huán)境下公路的通行條件，為惡劣氣象環(huán)境下的公路出行提供安全保障、提升服務(wù)品質(zhì)。

低能見度行車安全智能預(yù)警系統(tǒng)

在團霧、強降水地區(qū)研發(fā)并應(yīng)用低能見度條件下行車安全主動防控與智能預(yù)警系統(tǒng)，利用先進(jìn)的無線通信組網(wǎng)和智能控制策略，實現(xiàn)追尾警示功能，為車輛提供前后安全車距警示區(qū)間，最大程度防止追尾事故發(fā)生。這項技術(shù)已在云南、貴州、江蘇等地的高速公路推廣應(yīng)用，提高了低能見度下主動安全防控的應(yīng)用水平。

主動式路面防結(jié)冰處置系統(tǒng)

針對局部單點路面結(jié)冰、黑冰等問題，研發(fā)并推廣主動式路面防結(jié)冰處置系統(tǒng)，通過路面結(jié)冰監(jiān)測與短臨預(yù)測模型觸發(fā)系統(tǒng)，根據(jù)結(jié)冰的可能性和嚴(yán)重程度等自動控制噴灑寬度、角度、間隔等，以滿足公路路況要求。有關(guān)技術(shù)已在云南、陜西、山東、黑龍江等地應(yīng)用，為冬季路面結(jié)冰智能化應(yīng)急處置和保通等提供技術(shù)支持，提升了冬季公路通行安全性，降低了公路封阻概率。

自適應(yīng)可變限速與信息協(xié)同控制系統(tǒng)

在惡劣天氣頻發(fā)區(qū)域，結(jié)合交通氣象、交通流、視頻等多源數(shù)據(jù)融合挖掘與關(guān)聯(lián)性分析，通過相對風(fēng)險對比、災(zāi)害累計統(tǒng)計等方式，建立交通氣象影響頻率分級、影響程度分檔的多層次分級技術(shù)，在此基礎(chǔ)上研發(fā)基于交通氣象影響分級的自適應(yīng)交通管控與速度控制系統(tǒng)。通過交通氣象分級影響研判，結(jié)合交通流、視頻等數(shù)據(jù)判別交通運行狀態(tài)，實現(xiàn)了基于多源數(shù)據(jù)的公路車道級交通管控與速度自適應(yīng)協(xié)同控制功能。為公路在惡劣天氣下的運營保障提供決策輔助。

低能見度公路管控車輛主動防控裝備

針對低能見度條件下養(yǎng)護(hù)路政等巡邏車輛安全行駛和路況巡檢的業(yè)務(wù)需求，研制低能見度公路管控車輛行車安全風(fēng)險主動防控系統(tǒng)裝備，實現(xiàn)車輛定位、視野增強、防撞預(yù)警、危險提示、信息交互、安全輔助決策等功能，按照不同惡劣氣象級別的預(yù)警策略，提示和預(yù)警駕駛員行車時的安全風(fēng)險；實現(xiàn)快速采集移動巡檢發(fā)現(xiàn)的交通事件等路況信息并一鍵上報；通過中心雙向通信和車載調(diào)頻廣播實施帶隊通行的策略。有關(guān)裝備適合應(yīng)用于管理處、交警等管理車輛，通過傳感設(shè)備增加駕駛員對環(huán)境的感知能力，并及時預(yù)警行車風(fēng)險，在輔助行車安全的同時，穩(wěn)步提升通行效率。

排水瀝青路面技術(shù)

在多雨、易積水路段推廣采用大空隙排水瀝青路面技術(shù)。通過瀝青與高黏改性劑的“干法”復(fù)合改性工藝，在增強集料與瀝青黏結(jié)性能基礎(chǔ)上，確保瀝青路面具備適應(yīng)公路單點暴雨頻發(fā)氣候的大空隙骨架結(jié)構(gòu)。鋪筑完成的大空隙排水瀝青路面具有抗滑，降噪，明顯減少路表水膜和行車水霧等特點，在行車舒適性和行車安全性上較常規(guī)路面有顯著提升。

公路低冰點瀝青表層技術(shù)

在冬季積雪結(jié)冰路段可利用公路低冰點瀝青表層技術(shù)，在瀝青路面筑路材料中添加可以降低冰點的外加劑，替代部分礦粉，保持路面在低溫條件下不結(jié)冰，或降低結(jié)冰層與路面之間的黏結(jié)力，達(dá)到“小雪可融化、大雪不黏面、結(jié)冰可清除”的效果，提高了路面在冬季行駛的抗滑安全性能。

交通氣象防治國家工程實驗室結(jié)合云南地區(qū)的材料特性，根據(jù)減量化和精確化的原則，研發(fā)了低氯鹽和無氯鹽環(huán)保融雪劑材料，可有效降低路面的結(jié)冰點，最大幅度減小氯鹽對路面結(jié)構(gòu)和周圍環(huán)境的腐蝕作用，起到了安全環(huán)保的作用。

開放創(chuàng)新 推進(jìn)“交通+氣象”深度融合研究

氣象監(jiān)測結(jié)合公路基礎(chǔ)設(shè)施的數(shù)字化技術(shù)發(fā)展，成為護(hù)航公路安全的先進(jìn)手段之一。

公路交通氣象管理于提升整體公路管理效能及服務(wù)品質(zhì)而言至關(guān)重要。目前，公路交通氣象尚處于信息化集成階段，缺少規(guī)范、穩(wěn)定、可靠的觀測數(shù)據(jù)，缺少面向公路交通安全及通行效率提升的智能化模型算法，“氣象+交通”尚未實現(xiàn)深度融合。有必要通過精細(xì)化研判預(yù)警、突發(fā)事件智能決策支持和快速響應(yīng)，面向管理與服務(wù)需求，建立多層次的出行與決策信息服務(wù)。

在創(chuàng)新轉(zhuǎn)化研究方面，應(yīng)結(jié)合公路工程項目地理、氣象、公路的實際需求因地制宜，優(yōu)化創(chuàng)新站網(wǎng)選址與監(jiān)測、智能預(yù)警、主動防控等先進(jìn)技術(shù)，并推動其落地應(yīng)用?？偨Y(jié)應(yīng)用示范中發(fā)現(xiàn)的問題，不斷優(yōu)化交通氣象研究，推進(jìn)“交通+氣象”的深度融合，切實將創(chuàng)新成果應(yīng)用于公路管理與出行服務(wù)中。

目前，關(guān)于公路交通氣象還缺少標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系，有必要整合、梳理交通氣象標(biāo)準(zhǔn)化需求，逐步探索搭建標(biāo)準(zhǔn)交通氣象站網(wǎng)的安裝、運營、維護(hù)體系，爭取將相關(guān)成果轉(zhuǎn)化為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，引領(lǐng)交通氣象領(lǐng)域的規(guī)范化、科學(xué)化、實用化發(fā)展，為高速公路交通氣象服務(wù)貢獻(xiàn)智慧和力量。