高速公路交通氣象災害智能監測預警系統應用

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

我國經濟社會的發展，促進高速公路交通體系的持續健全和完善，而信息化技術的發展和推廣應用，推動著交通行業的信息化和智能化建設，強調構建智能交通體系，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定性。影響高速公路運行的因素比較多，其中氣象災害是一類重要因素，如大霧、大風、大雪、路面結冰等，如果無法實現惡劣氣象災害的有效監測和預警，則可能因為各類氣象災害影響高速公路的安全運營，造成一系列事故的發生以及較大的損失。加強新時期高速公路的運營管理，還應強調推進高速公路交通氣象災害智能監測預警系統的構建和科學應用[1]。

1 常見的氣象災害以及對高速公路交通的影響

天氣和氣候將直接影響人們的生活以及各項活動的開展和實施，通過做好氣象觀測、監測和預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害比較多，如霧霾、降雪（積雪）、降雨（積水）、結冰、風吹雪、臺風、大風（橫風）、沙塵、冰雹等，其中霧霾、積雪、強降雨和路面結冰等是影響高速公路安全穩定運行的主要氣象因素。霧霾會導致道路的能見度低，積雪和路面結冰會導致行車打滑，這些都增加了行車過程中安全事故發生的概率，影響行車的速度、舒適度和安全穩定性[2]。這些氣象災害的發生還可能誘發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，造成公路交通設施（如信號燈、交通標志、路面標線、護欄、隔離柵、照明設備等）的損壞等。

2 系統構建的目標和技術支撐

2.1 系統構建的目標

構建的氣象災害智能監測預警系統要能夠實現對影響高速公路安全穩定運行的各類氣象災害實施全天候、實時化、動態化的監測預警，快速收集和反饋有關數據信息，爭取實現“全網監測、重點加密、精確預報、科學決策”的目標，盡可能降低惡劣氣象天氣以及氣象災害對行車造成的影響，減少交通事故。

一是實時監測。強調依托各項先進的技術，并通過“點面結合”的形式，努力實現整個高速公路路網體系內所有區域氣象信息的及時、快速收集和實時監測分析，在對這些信息深入分析的基礎上，做出正確的方案和科學的出行計劃。

二是重點加密。要通過有關信息的深入分析，對高速公路沿線惡劣氣象條件頻發路段實施重點監測，對影響高速公路安全穩定運行的主要氣象因素實施重點監測，并重點加密建設有關的氣象觀測設施，以便更好地實現重點區域和主要氣象災害的實時監測，方便在出現異常情況時能夠及時預警，并精準地定位。

三是精確預報。借助智能檢測預警系統，能夠實現有關數據信息的廣泛收集和獲取，通過對這些數據信息的深入分析和處理，能夠實現高速公路各個路段氣象災害和有關氣象條件的科學準確預報，促使有關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、爆胎指數等相關方面的信息，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整和決策。借助智能監測預警系統，還能夠實現有關災害天氣的自動化、實時化監測以及科學預報，確保有關人員獲取準確的大風、沙塵暴、大霧、高溫、強降雨、積雪和結冰等情況，在行車的時候提前就此類問題做出針對有效的解決和應對策略。

四是科學決策。高速公路氣象災害監測預警工作的開展和實施主要目的還是為科學決策服務，智能監測預警系統的構建，有助于實現氣象數據信息的全面監督和及時分析，結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置以及公路運營和養護管理等提供科學的參考和依據，確保相關決策更加科學[3]。

2.2 系統構架的技術支撐

為確保高速公路氣象災害監測預警系統的目標更好實現，在系統構建時需要先進的技術和工具作為支撐和基礎。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，借助該技術方便在各類較為復雜的環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測模型，以支撐監測預警工作的高效化實施，實現對團霧尺度、移動方向、移動速度等相關情況的實時監測和科學準確預報。

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，在該技術的有效支撐下，加之綜合的考慮和分析影響高速公路安全穩定運行的各項氣象要素，如溫度、降雨等氣象要素的基礎上，實現對高速公路路面狀態的實時化監測，還可以自動化地識別高速公路的路面狀態，分析和判斷路面是否干燥，是否存在潮濕、積水、結冰、積雪等情況，并較為精準地測量和計算路面積雪等的厚度、路面濕滑系數等，在相關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整，保證行車的安全穩定性。

其三，積極探索和研究基于熱譜圖的路面溫度監測及預報技術，該技術的科學應用有助于相關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，再結合計算機網絡技術、遠程控制技術等，構建一個更加完善且連續的路面溫度反演模型和公路熱譜地圖。當路面溫度發生變化時，就能夠較為準確地實現氣象災害的預報，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。

其四，綜合化地應用各類監測技術，并建立一個更加系統完善的氣象災害影響公路交通安全穩定運行的指標體系，以支撐更為精準的預測和評估各類氣象災害的發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害智能監測預警系統構架

3.1 總體概述

智能系統在構建過程中需要科學利用各項先進的技術和工具，并確保其具備多種功能，能夠有效實現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、結冰、積雪等情況）的實時監測和評估分析，借助更加完善的平臺系統快速收集、處理、存儲、分析這些數據信息，并加強數據中心與其他有關業務系統的有效連接，加強各有關部門和人員之間的溝通和交流，以實現數據信息的高效化傳遞和共享利用，各業務部門可以根據自身的實際需要，更為便捷的獲取有關數據信息，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、公路管理和養護維修、氣象預警、事故防范和其他公共服務提供科學有效的數據支撐[5]。

3.2 主要功能

所構建的智能監測預警系統具備多種功能，較大程度上彌補了傳統監測預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。

一是遠程調試。在智能化系統的科學支撐下，借助計算機平臺、遠程控制技術以及遠程鏈接等可以實現終端命令調試，進而支撐臺站參數設置、時間間隔、資料補傳、觀測要素開關設置等相關方面工作的開展和實施，同時可以根據實際工作的需要，支持遠程升級。

二是數據管理。該智能系統能夠支撐數據管理工作的高效化開展和實施，為高速公路交通氣象災害智能監測預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據支撐，確保各項決策更加科學合理。例如：其一，數據采集。借助智能傳感器等先進的設備，實現對高速公路各個路段實際情況及信息數據的及時采集，確保地面氣象觀測數據信息的全面性、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，數據處理。強調科學借助大數據等先進的技術，實現采集和反饋數據信息的及時性、高效化處理，對有關數據信息進行統計，在此基礎上得出氣象要素的統計值，當出現異常數據和問題的時候，也方便在第一時間發現和處理，分析和判斷是否出現了氣象災害以及氣象災害的嚴重程度和危害程度等。其三，數據傳輸。強調科學借助ASCII 碼形式對數據信息進行處理，并通過構建完善的數據信息庫以及網絡系統平臺，實現數據信息的及時傳輸和傳遞。其四，數據存儲。強調構建一個完善的數據庫，實現各項信息數據的及時有效存儲，如科學有效的存儲觀測數據、工作狀態、安全報警信息等，數據存儲的空間更大，也有助于在數據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，數據應用。科學應用這些數據為高速公路運行監控、氣象災害預警報警、道路交通事故防范和處理、交通出行等提供服務。

三是預警預報。借助智能監測預警系統，可以實現各類氣象災害的科學預警，當高速公路出現路面濕滑、低能見度、暴雨、路面高溫、大風、降雪等情況的時候，該系統能夠及時預警，方便有關人員獲取有關信息，了解這些情況。

四是提供氣象服務。借助該智能化系統，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，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據信息和公路預警信息。借助廣播、短信、電話以及各類網絡平臺，及時發布道路氣象災害信息，方便有關人員對此做出科學的調整。

3.3 系統構架組成

所構建的氣象智能災害監測預警系統（見圖1）主要由以下幾部分構成：

圖1 監測預警系統構架

一是設施感知層。這是智能化系統最基礎的層級結構，主要由自動站、區域站、雷達、各類平臺以及網絡資源等方面構成，并強調科學利用傳感裝置，依托CIS 技術、GPS 技術、物聯網技術、光學遙感、機載激光雷達測量技術、無人機攝影技術等先進的技術，構建一個智能化、立體化、全方位感知體系，實現高速公路氣象災害有關信息的精準感知和識別，方便相關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。

二是數據傳輸層。該層級主要是依托射頻識別技術以及先進的通信技術和手段，實現感知層有關數據信息的有效傳遞、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害圖像信息和全面的數據信息（如高速公路實況數據、GIS 數據、服務產品數據、CMISS 數據等），在對這些數據信息進行深入分析的基礎上，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等提供支撐和保障。

三是應用支撐層。該層級主要由消息引擎、GIS引擎、數據交換引擎、數據庫引擎、推送控制引擎、虛擬化管理平臺等構成，為應用層相關工作的實施提供支撐。

四是應用層。該層級主要是支撐高速公路智能監測工作的開展，并為相關人員提供專業服務、預報服務，同時支撐后臺管理工作的高效化實施。借助智能化監測預警系統，極大提高了高速公路氣象災害預警預報的準確度，能夠實現氣象數據、多源預警系統信息等的高效化整合和科學利用，當出現異常情況時能夠在第一時間發出預警。

五是服務層。該層級的構建有助于高速公路氣象災害及預警信息的及時發布和解除，借助短信、電話、車載廣播以及網絡平臺等，能及時將有關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整和決策，盡可能降低氣象災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定。

4 結語

為有效降低交通氣象災害對高速公路運行安全穩定性造成的一系列影響，需要認真落實好氣象災害的監測預警工作，并積極加強氣象災害智能化監測預警系統的構建，并促使其科學合理應用，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定性。通過及時監測預警大霧、大風、大雪、路面結冰等氣象災害，為各項決策提供科學的依據，降低行車安全事故。在氣象災害智能監測預警系統建設和發展的過程中還強調靈活高效應用多種監測預警技術，并科學規范地設計預警指標、監測方案，建立多形式的傳輸網絡，確保監測預警系統能夠高效化運作，推進交通運輸行業的健康發展。