借鑒西漢高速道路結冰監(jiān)測系統——淺談陜西省道路結冰監(jiān)測系統建設方法

屈直 梁佳 鄭敏　陜西省氣象服務中心

借鑒西漢高速道路結冰監(jiān)測系統——淺談陜西省道路結冰監(jiān)測系統建設方法

屈直 梁佳 鄭敏陜西省氣象服務中心

據統計，我國由于惡劣天氣引發(fā)的高速公路交通事故約占事故總數的31.75%，其中路面結冰和濕滑是引發(fā)事故的主要原因。本文旨在通過對西漢高速氣候狀況的分析，對西漢高速路面結冰監(jiān)測系統布局進行研究探討，引以借鑒，為陜西省道路結冰監(jiān)測系統的布設提供寶貴經驗，為未來路面結冰預報、預警打下基礎，從而有效解決路面結冰造成交通事故這一嚴重問題。

道路結冰；結冰監(jiān)測

0 引言

隨著陜西交通運輸業(yè)的飛速發(fā)展，天氣條件對交通運輸的影響也越來越廣泛，惡劣的天氣條件尤其是路面結冰狀態(tài)，經常給交通運輸帶來巨大的損失，降低運輸效率，甚至威脅人們的生命財產安全。因此，高速公路路面結冰問題的研究，對預防和減少災害性天氣對交通的影響，減少交通事故、降低交通維護費用，提高交通質量和效益都有重要的現實意義。

1 研究技術現狀

國外發(fā)達國家擁有發(fā)達的高速公路交通運輸網絡，較早地開展了影響高速公路安全運行的惡劣天氣的預警預測研究，以及交通安全管理研究，已形成較為成熟的應對措施。芬蘭1999年啟動、并于2000年開始使用道路交通模式，他們認為引起道路濕滑條件的天氣現象為冰凍、白霜、快速回暖、冷表面降水、凍雨、大霧、降雪等。

2 道路結冰概述

2.1道路結冰的概念

道路結冰是指降水，如雨、雪、凍雨，或霧滴，碰到溫度低于0℃的地面而出現的積雪或結冰現象。通常包括凍結的殘雪、凸凹的冰轍、雪融水或其他原因的道路積水在寒冷季節(jié)形成的堅硬冰層。

2.2道路結冰的成因

道路結冰容易發(fā)生在11月到下一年4月（即冬季和早春）的一段時間內。我國北方地區(qū)，尤其是東北地區(qū)和內蒙古北部地區(qū)，常常出現道路結冰現象。而我國南方地區(qū)，降雪一般為“濕雪”，往往屬于0～4℃的混合態(tài)水，落地便成冰水漿糊狀，一到夜間氣溫下降，就會凝固成大片冰塊，只要當地冬季最低溫度低于0℃，就有可能出現道路結冰現象，只要溫度不回升到足以使冰層解凍，就將一直堅如磐石。

2.3道路結冰的危害

車輛行駛在結冰路面上時，由于車輪與路面摩擦作用大大減弱，容易打滑，剎不住車，造成交通事故。2008年初，我國南方十幾個省份持續(xù)出現雨雪、冰凍等天氣，導致多條高速公路因道路積雪結冰先后封閉，民航機場因飛機跑道、停機坪大量積雪結冰而關閉，人員物資無法運送，對交通造成了嚴重影響。

3 西漢高速公路監(jiān)測服務系統建設

3.1路面結冰監(jiān)測站建設依據

氣象監(jiān)測站建設嚴格按照以下規(guī)范、法規(guī)執(zhí)行。⑴ 國氣象局新版《地面氣象觀測規(guī)范》；

⑵ 氣象行業(yè)標準《高速公路能見度監(jiān)測及濃霧的預警預報》（QX/T 76－2007）；

⑶ 氣象行業(yè)標準《公路交通氣象條件等級》（征求意見稿）；

⑷《道路交通氣象環(huán)境能見度監(jiān)測器》（JT/ T714－2008）；

⑸《高速公路防雷設計規(guī)范》（征求意見稿）；

⑹《高速公路防雷裝置監(jiān)測技術規(guī)范》（征求意見稿）等。

3.2路面結冰監(jiān)測站布局

3.2.1布局方法

道路結冰監(jiān)測站的布設間距應參照高速公路能見度監(jiān)測站布設標準執(zhí)行，根據陜西省高速公路沿線氣候特征以及高速公路管理部門實際業(yè)務需求，綜合西漢高速沿線地貌特征，現階段陜西省平均站距按20km設計，在道路結冰頻發(fā)及車流量較大的高速公路地段加密布設，在道路結冰發(fā)生頻率相對較低及車流量相對較少的高速公路地段適當加大儀器布設間距。

表1　高速公路惡劣氣象條件監(jiān)測儀器性能表

3.2.2西漢高速監(jiān)測站布局

全要素自動站布設：西安-洋縣段，為滿足對西漢高速惡劣氣象條件實時監(jiān)測及分析路面結冰相關的氣象因子的需求，在高速公路沿線7和一個出省公路交界點個服務區(qū)分別布設1套全要素自動監(jiān)測儀，合計：8套全要素監(jiān)測站；路面結冰觀測站布設：西漢高速公路嶗裕口至洋縣服務區(qū)段地形為山區(qū)，隧道眾多，這里氣候復雜多變，是道路黑冰多發(fā)地段，因此，在長度超過1km的隧道口加密布設11套路面結冰觀測自動監(jiān)測儀，按物理間距在其他路段再布設3套，合計：14套單要素監(jiān)測站。

3.2.3交通氣象監(jiān)測站設備類型

(1)各氣象要素監(jiān)測性能指標（見表1）

(2)設備組成

高速公路惡劣氣象條件監(jiān)測站點采用全要素監(jiān)測儀、單路面結冰監(jiān)測儀兩類設備。觀測設備中涉及的傳感器主要包括能見度、溫度、濕度、風向、風速、雨量、路面結冰等要素。采集器由一個主采集器、若干個分采集器、智能傳感器組成，分采集器、智能傳感器的數量根據測量要素需要而確定。

太陽能供電系統由太陽能電池板、太陽能控制器、蓄電池構成，采集單元、數據通訊單元等均通過蓄電池供電維持工作。當有太陽光照射時，給蓄電池充電，夜間或陰雨天時，蓄電池放電保證設備工作。根據負載的大小即采集要素的多少來決定太陽能電池板和蓄電池的容量，連陰雨天氣應能維持正常運行30天。

無線通訊模塊采用通用的GPRS/CDMA或3G無線通訊，通過數據線和采集器相連接，采集單元和通訊單元單獨運行。采集器將數據按指定數據格式按最密每分鐘1次的間隔傳到通訊模塊后，通訊模塊自動撥號上網、自動傳輸數據、自動判斷是否成功傳到中心服務器。通訊模塊設計存儲單元，如果數據傳輸不成功，則自動將數據存儲起來，下次網絡連通時自動重新傳輸直到成功。

4 結論

（1）道路結冰監(jiān)測站的布設間距應根據高速公路沿線氣候條件和地貌特征相對應，道路結冰多發(fā)地區(qū)，監(jiān)測站的間距為10～15km，道路結冰偶發(fā)地區(qū)，監(jiān)測站的間距為20～50km，道路結冰多發(fā)的山區(qū)和水網地區(qū)，監(jiān)測站的間距為3～5km。

（2）高速公路路面結冰監(jiān)測系統設備應包含高速公路全要素氣象監(jiān)測儀和單路面結冰監(jiān)測儀兩類設備，從路面氣象實況實時監(jiān)測到路面結冰天氣成因數據采集，全面構架路面結冰監(jiān)測系統。

（3）應全面考慮監(jiān)測設備能源、通訊、安全方面問題，條件允許情況下監(jiān)測站點采用交流電，或者采用蓄電池配合太陽能供電；布設站點應具有穩(wěn)定的通訊信號，確保數據傳輸穩(wěn)定性；最后還應充分考慮監(jiān)測設備的防雷以及人為破壞等因素。

[1] 王景紅.西漢高速公路氣象保障服務系統.陜西氣象,2004(06).

[2] 王建鵬.西漢高速公路氣象保障服務預報技術淺析.陜西氣象,2007(01).