高速公路氣象監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

一、項(xiàng)目總體概述及系統(tǒng)構(gòu)架

應(yīng)用背景

近年來，我國高速公路建設(shè)的發(fā)展非常迅速，自1988年建成我國條高速公路以來，到2007年底，我國高速公路通車?yán)锍探咏?.5萬公里，繼續(xù)保持世界第二位，僅次于美國。根據(jù)《國家高速公路網(wǎng)規(guī)劃》，我國將用30年時(shí)間建設(shè)“七射九縱十八橫”的高速公路網(wǎng)，總里程將達(dá)到8.5萬公里，形成“首都連接省會、省會彼此相通、連接主要地市、覆蓋重要縣市”的高速公路網(wǎng)絡(luò)，連通全國所有重要的交通樞紐城市，包括鐵路樞紐67個(gè)、水路樞紐50個(gè)和公路樞紐140多個(gè)，將覆蓋10多億人口，直接服務(wù)區(qū)域的GDP占全國總量的85%以上高速公路的發(fā)展對國民經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生了越來越重要的影響。

但天氣條件的變化，特別是極端惡劣天氣條件，給高速公路的車輛行駛帶來了巨大的風(fēng)險(xiǎn)，不僅嚴(yán)重影響交通運(yùn)輸，而且還造成國家財(cái)產(chǎn)和人民生命財(cái)產(chǎn)的嚴(yán)重?fù)p失。所以道路天氣條件監(jiān)測是高速公路科學(xué)運(yùn)營的一個(gè)重要依據(jù)，雨、雪、霧、積雪、結(jié)冰等情況對高速公路的運(yùn)營都有直接的影響。氣象條件對交通的影響表現(xiàn)在很多方面。主要表現(xiàn)在改變路面的物理性質(zhì)、觀察視線、車輛自身安全等方面。主要災(zāi)害及影響有：

霧 霧主要通過降低能見度而引發(fā)交通事故。在我國大部分地區(qū)引起的惡性交通事故的天氣現(xiàn)象中，霧的影響。大霧特別是50米的超低能見度的災(zāi)害性濃霧是引起重大交通事故的重要原因，往往引起數(shù)輛甚至數(shù)十輛汽車的連續(xù)追尾。大霧常常造成重大車輛損失和人員傷亡，導(dǎo)致高速公路限速或關(guān)閉，延誤行車時(shí)間，造成巨大經(jīng)濟(jì)損失。

降雨 降雨也是影響高速公路交通安全最常見的氣象要素，它使路面附著系數(shù)降低，導(dǎo)致汽車制動距離增加，易發(fā)生車輛側(cè)滑和控制失靈從而危及行車安全。同時(shí)降雨使能見度降低，司機(jī)視線模糊不清，導(dǎo)致駕駛失誤。此外，降雨過后，路面如有積水或干濕不一，路面摩擦系數(shù)不均，車輛制動性變差，從而引起交通事故。在山區(qū)，暴雨還常常引發(fā)山洪、山體塌方或泥石流，從而導(dǎo)致車輛被沖，橋梁垮塌，道路被毀；在平原和盆地，暴雨常常引發(fā)洪澇，導(dǎo)致道路被淹，交通受阻。

冰雪 冰雪與降雨一樣，漫天飛舞的大雪使能見度降低，而且一旦路面積雪被壓或是白天在陽光照射下融化，夜面路面降溫結(jié)冰，造成里面路面摩擦系數(shù)顯著降低，嚴(yán)重影響車輛的操作和制動性能，使控制失靈，車輛發(fā)生空轉(zhuǎn)、打滑或側(cè)滑，從而危及行車安全。

大風(fēng) 大風(fēng)對于車輛行駛阻力、能耗、抗側(cè)向傾翻及抗滑移性能都有很大影響，特別是側(cè)向大風(fēng)對高箱、雙箱汽車的行駛影響尤甚。大風(fēng)會引起沙塵暴、揚(yáng)沙、吹雪、浮塵等天氣，影響高速公路能見度。大風(fēng)易使路邊樹木、桿線類等折斷阻塞交通，易使塑料類、干草類、絲狀物類等漂移到路面上引起車輛打滑、失控；易使灰塵、揚(yáng)沙、塵卷影響視線造成交通事故。

霜凍 公路路面有霜時(shí)，路面摩擦系數(shù)接近于雪面，雨后結(jié)冰同雪面結(jié)冰的物理性質(zhì)一樣，從而引發(fā)交通事故。

高溫 高溫天氣同時(shí)受吸熱、摩擦及汽車尾氣等的影響，高速公路路面溫度比氣溫高得多，有時(shí)高達(dá)六七十?dāng)z氏度以上，汽車輪胎因此受熱，使胎內(nèi)氣壓升高，長途高速行駛，極易引起。高溫直接影響司機(jī)的生理、心理和精神狀態(tài)，無空調(diào)車更易疲勞，注意力不集中甚至中署。

高速公路氣象監(jiān)測及預(yù)警系統(tǒng)系統(tǒng)功能及構(gòu)成

系統(tǒng)功能

高速公路氣象監(jiān)測及預(yù)警系統(tǒng)是充分利用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，是專為交通氣象監(jiān)測服務(wù)而特別設(shè)計(jì)的一套應(yīng)用解決方案。它以能見度（霧）及道面狀況(路面溫度、積液深度、冰百分比等)監(jiān)測為核心，并同時(shí)測量相關(guān)的基本氣象參數(shù)（溫度、濕度、降水量、風(fēng)向、風(fēng)速、氣壓等）。主要用于及時(shí)發(fā)現(xiàn)各路段及關(guān)鍵點(diǎn)的各種異常交通環(huán)境因素變化和氣象狀況，將數(shù)據(jù)信息及時(shí)傳送到高速公路氣象災(zāi)害預(yù)警中心站，為氣象監(jiān)測服務(wù)和交管部門提供實(shí)時(shí)的決策科學(xué)依據(jù)，并將實(shí)時(shí)氣象條件及氣象預(yù)警信息發(fā)送至路面信息顯示屏，為高速公路上行駛的車輛提供實(shí)時(shí)氣象信息和服務(wù)。

實(shí)踐證明，通過在高速公路道路監(jiān)測工作中應(yīng)用該系統(tǒng)，不僅可以提高氣象監(jiān)測部門監(jiān)測數(shù)據(jù)的專業(yè)性和監(jiān)測要素的多樣性，而且可以極大提高交通管理部門應(yīng)對突發(fā)天氣狀況（如大霧，大雪，暴雨等）決策的準(zhǔn)確性并且提供預(yù)先實(shí)施交通疏導(dǎo)方案的數(shù)據(jù)依據(jù)，是氣象監(jiān)測服務(wù)和交管部門工作的有力保障，有利于道路交通的安全性的進(jìn)一步提高。

2高速公路氣象監(jiān)測及預(yù)警系統(tǒng)組成

針對我國高速公路沿線氣象環(huán)境監(jiān)測預(yù)警需求而開發(fā)的道路氣象環(huán)境災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)，主要包括高速公路氣象與環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，高速公路氣象災(zāi)害預(yù)警發(fā)布系統(tǒng)及高速公路氣象環(huán)境災(zāi)害預(yù)警中心站三部分構(gòu)成。其中高速公路氣象環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)主要包括各種氣類型象要素監(jiān)測自動站、高速公路沿線外部氣象站網(wǎng)數(shù)據(jù)及天氣預(yù)報(bào)信息輸入等部分構(gòu)成，高速公路氣象災(zāi)害預(yù)警發(fā)布系統(tǒng)主要包括道路電子警示牌及公眾媒體發(fā)布渠道構(gòu)成；高速公路氣象環(huán)境災(zāi)害預(yù)警中心站為整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接收及發(fā)布控制中心。

高速公路氣象監(jiān)測及預(yù)警系統(tǒng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

在我國，交通部門與氣象部門聯(lián)手展開了“公路氣象災(zāi)害預(yù)報(bào)預(yù)警體系”的專項(xiàng)研究，形成了廣泛共識。綜合考慮我國國情和高速公路的發(fā)展趨勢，我國高速公路氣象環(huán)境監(jiān)測在設(shè)計(jì)上側(cè)重考慮以下幾個(gè)方面：

氣象與交通行業(yè)信息共享平臺的建立

氣象行業(yè)背景場形勢與高速公路沿線氣象與環(huán)境要素的監(jiān)測實(shí)況應(yīng)該在一個(gè)統(tǒng)一的信息平臺下加以利用，以形成優(yōu)勢互補(bǔ)。兩行業(yè)在網(wǎng)絡(luò)上構(gòu)筑信息通道，以便實(shí)時(shí)導(dǎo)入國家基礎(chǔ)氣象臺站的實(shí)況資料和天氣預(yù)報(bào)信息，這兩部分信息將構(gòu)成本系統(tǒng)的基礎(chǔ)信息之一。

靈活高效的公路沿線監(jiān)測子站的布設(shè)應(yīng)在沿線相對均勻地布設(shè)一定數(shù)量的氣象環(huán)境綜合監(jiān)測站作為數(shù)據(jù)基準(zhǔn)參考站，所謂氣象環(huán)境綜合監(jiān)測站就是要素相對比較全；所謂基準(zhǔn)參考站就是要求該站的數(shù)據(jù)完整性、準(zhǔn)確性相對比較高，以便今后對其進(jìn)行沿線氣象環(huán)境特征的分析和研究。

應(yīng)在霧多發(fā)地段加密布設(shè)能見度監(jiān)測子站；在陰面容易結(jié)冰、低洼容易積水等地段加密布設(shè)路面狀況監(jiān)測子站。此外，還應(yīng)該布設(shè)一定的氣溫、地溫監(jiān)測子站以便監(jiān)測高溫。

應(yīng)適當(dāng)布設(shè)常規(guī)自動氣象站以強(qiáng)化沿線的氣象背景場信息。

高速公路沿線的攝像裝置、通信裝置是本系統(tǒng)的重要的、有益補(bǔ)充手段，能在許多特殊時(shí)刻發(fā)揮重要作用。

及時(shí)的災(zāi)害實(shí)況及預(yù)警發(fā)布系統(tǒng)

應(yīng)建立適合交通部門的短時(shí)預(yù)警模式，以氣象背景場和沿線實(shí)況為輸入，實(shí)時(shí)運(yùn)算出交通氣象災(zāi)害爆發(fā)幾率，并及時(shí)通過沿線電子警示牌和各種公眾媒體發(fā)布公路氣象災(zāi)害情況和預(yù)警等級。

系統(tǒng)性與規(guī)范化

為了確保系統(tǒng)的有效性，實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)氣象信息的導(dǎo)入，必須遵守已形成的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)并簽訂共同遵守的規(guī)范，使系統(tǒng)能結(jié)合氣象部門和交通部門兩方面的優(yōu)勢，共同為社會提供優(yōu)質(zhì)的交通氣象保障和服務(wù)?；A(chǔ)數(shù)據(jù)庫要求采用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)規(guī)范模式，保證數(shù)據(jù)的統(tǒng)一性、完整性和有效性，做到數(shù)據(jù)采集制度化、信息形式標(biāo)準(zhǔn)化、信息內(nèi)容系統(tǒng)化、信息儲存檔案化。以達(dá)到信息橫向、縱向貫通一致、數(shù)據(jù)共享的目的。

第二  高速公路氣象信息監(jiān)測站

高速公路氣象信息監(jiān)測站整體介紹

高速公路氣象信息監(jiān)測站能夠精確、及時(shí)地監(jiān)測道路環(huán)境狀況，并且能夠與高管部門的其它監(jiān)控子系統(tǒng)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)智能化的交通保障網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，為高速公路管理部門針對公路的開放、封閉、維修保障等決策提供了重要依據(jù)。該系統(tǒng)可對能見度、路面狀況、風(fēng)向、風(fēng)速、溫度、濕度、雨量等要素進(jìn)行自動監(jiān)測。    

高速公路氣象信息監(jiān)測站功能特點(diǎn)：

全自動數(shù)據(jù)采集、傳輸及監(jiān)控，可長期無人職守。

能夠在各種惡劣的環(huán)境下長期穩(wěn)定運(yùn)行。

監(jiān)測項(xiàng)目全，能夠?qū)F、路面結(jié)冰、積雪等高速公路所需的各種監(jiān)測要素進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測。

采集處理核心單元采用具有國際先進(jìn)水平的實(shí)時(shí)多任務(wù)嵌入式系統(tǒng)，能實(shí)現(xiàn)國外目前成熟產(chǎn)品的各種功能并可以根據(jù)用戶的要求進(jìn)行系統(tǒng)定制。

該系統(tǒng)采集精度高，可靠性好，具有高度的智能化和靈活性。其性能價(jià)格比遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于國外同類產(chǎn)品。

應(yīng)用選配方式：

觀測要素：

能見度、路面等環(huán)境參數(shù)可任意增減組合，溫、濕、風(fēng)、雨等氣象參數(shù)可根據(jù)需要選配。

傳感器接入方式：

模擬信號、數(shù)字信號、串行口等幾種接入方式。

供電選配：

提供交流、直流等多種供電方式。

通信選配：

可選配當(dāng)前各種類型的通信接入設(shè)備，對有線、無線、短信等通信手段提供良好的接口，支持TCP/IP等協(xié)議。

可配接顯示屏

系統(tǒng)基本指標(biāo)：

工作環(huán)境

溫度：－50℃～＋50℃ 濕度：0～100% 時(shí)鐘精度（支持上位機(jī)自動校時(shí)）

防雷性能

雷擊感應(yīng)電壓小于5KV 雷擊感應(yīng)電流小于1700A 響應(yīng)時(shí)間小于10-12秒 數(shù)據(jù)存儲 整點(diǎn)數(shù)據(jù)可存約100天 供電 交流220V 50HZ 可靠性 平均無故障時(shí)間>5000小時(shí)