高速公路交通气象灾害智能监测预警系统应用

马庆华

（安徽开源园林绿化工程有限公司，安徽 合肥 230000）

0 引言

我国经济社会的发展，促进高速公路交通体系的持续健全和完善，而信息化技术的发展和推广应用，推动着交通行业的信息化和智能化建设，强调构建智能交通体系，以切实满足高速公路交通运输以及人们出行的需求，维护和保障高速公路运行的安全稳定性。影响高速公路运行的因素比较多，其中气象灾害是一类重要因素，如大雾、大风、大雪、路面结冰等，如果无法实现恶劣气象灾害的有效监测和预警，则可能因为各类气象灾害影响高速公路的安全运营，造成一系列事故的发生以及较大的损失。加强新时期高速公路的运营管理，还应强调推进高速公路交通气象灾害智能监测预警系统的构建和科学应用[1]。

1 常见的气象灾害以及对高速公路交通的影响

天气和气候将直接影响人们的生活以及各项活动的开展和实施，通过做好气象观测、监测和预警工作能够为人们的出行以及各项活动的开展提供科学的依据和参考，避免因一些恶劣天气造成大的影响和损失。影响高速公路正常运行的气象灾害比较多，如雾霾、降雪（积雪）、降雨（积水）、结冰、风吹雪、台风、大风（横风）、沙尘、冰雹等，其中雾霾、积雪、强降雨和路面结冰等是影响高速公路安全稳定运行的主要气象因素。雾霾会导致道路的能见度低，积雪和路面结冰会导致行车打滑，这些都增加了行车过程中安全事故发生的概率，影响行车的速度、舒适度和安全稳定性[2]。这些气象灾害的发生还可能诱发其他方面的一些事故和损失，如重大交通事故、造成公路封闭、交通堵塞，造成公路交通设施（如信号灯、交通标志、路面标线、护栏、隔离栅、照明设备等）的损坏等。

2 系统构建的目标和技术支撑

2.1 系统构建的目标

构建的气象灾害智能监测预警系统要能够实现对影响高速公路安全稳定运行的各类气象灾害实施全天候、实时化、动态化的监测预警，快速收集和反馈有关数据信息，争取实现“全网监测、重点加密、精确预报、科学决策”的目标，尽可能降低恶劣气象天气以及气象灾害对行车造成的影响，减少交通事故。

一是实时监测。强调依托各项先进的技术，并通过“点面结合”的形式，努力实现整个高速公路路网体系内所有区域气象信息的及时、快速收集和实时监测分析，在对这些信息深入分析的基础上，做出正确的方案和科学的出行计划。

二是重点加密。要通过有关信息的深入分析，对高速公路沿线恶劣气象条件频发路段实施重点监测，对影响高速公路安全稳定运行的主要气象因素实施重点监测，并重点加密建设有关的气象观测设施，以便更好地实现重点区域和主要气象灾害的实时监测，方便在出现异常情况时能够及时预警，并精准地定位。

三是精确预报。借助智能检测预警系统，能够实现有关数据信息的广泛收集和获取，通过对这些数据信息的深入分析和处理，能够实现高速公路各个路段气象灾害和有关气象条件的科学准确预报，促使有关部门和人员及时了解该路段的能见度、路面湿滑情况、横风指数、爆胎指数等相关方面的信息，方便在行车和高速公路运行管理等工作开展和实施的时候做出科学的调整和决策。借助智能监测预警系统，还能够实现有关灾害天气的自动化、实时化监测以及科学预报，确保有关人员获取准确的大风、沙尘暴、大雾、高温、强降雨、积雪和结冰等情况，在行车的时候提前就此类问题做出针对有效的解决和应对策略。

四是科学决策。高速公路气象灾害监测预警工作的开展和实施主要目的还是为科学决策服务，智能监测预警系统的构建，有助于实现气象数据信息的全面监督和及时分析，结合高速公路实际运行情况以及交通情况，能够针对行车的安全车速限制值等的设置以及公路运营和养护管理等提供科学的参考和依据，确保相关决策更加科学[3]。

2.2 系统构架的技术支撑

为确保高速公路气象灾害监测预警系统的目标更好实现，在系统构建时需要先进的技术和工具作为支撑和基础。例如：

其一，积极探索和研究基于前向散射原理的能见度观测技术，借助该技术方便在各类较为复杂的环境下更好地分析成雾的天气形势，并建立起一个更加完善的能见度预测模型，以支撑监测预警工作的高效化实施，实现对团雾尺度、移动方向、移动速度等相关情况的实时监测和科学准确预报。

其二，积极探索和研究基于红外多光谱测量原理的路面冰雪自动检测技术，在该技术的有效支撑下，加之综合的考虑和分析影响高速公路安全稳定运行的各项气象要素，如温度、降雨等气象要素的基础上，实现对高速公路路面状态的实时化监测，还可以自动化地识别高速公路的路面状态，分析和判断路面是否干燥，是否存在潮湿、积水、结冰、积雪等情况，并较为精准地测量和计算路面积雪等的厚度、路面湿滑系数等，在相关人员及时获取和了解这些信息后，也能够及时做出合理的行车调整，保证行车的安全稳定性。

其三，积极探索和研究基于热谱图的路面温度监测及预报技术，该技术的科学应用有助于相关人员更好地研究和分析不同天气类型对高速公路路面温度造成的影响及变化情况，再结合计算机网络技术、远程控制技术等，构建一个更加完善且连续的路面温度反演模型和公路热谱地图。当路面温度发生变化时，就能够较为准确地实现气象灾害的预报，进而为高速公路的运行和管理维护等提供科学的参考和依据。

其四，综合化地应用各类监测技术，并建立一个更加系统完善的气象灾害影响公路交通安全稳定运行的指标体系，以支撑更为精准的预测和评估各类气象灾害的发生对高速公路正常通行等造成的影响，给予针对性的解决和处理[4]。

3 高速公路交通气象灾害智能监测预警系统构架

3.1 总体概述

智能系统在构建过程中需要科学利用各项先进的技术和工具，并确保其具备多种功能，能够有效实现高速公路沿线空气湿度、温度、风向、风速、雨量、路面状况（如公路路面积水、结冰、积雪等情况）的实时监测和评估分析，借助更加完善的平台系统快速收集、处理、存储、分析这些数据信息，并加强数据中心与其他有关业务系统的有效连接，加强各有关部门和人员之间的沟通和交流，以实现数据信息的高效化传递和共享利用，各业务部门可以根据自身的实际需要，更为便捷的获取有关数据信息，为自身科学决策提供有效支撑，如为高速公路的安全行车和运行维护、公路管理和养护维修、气象预警、事故防范和其他公共服务提供科学有效的数据支撑[5]。

3.2 主要功能

所构建的智能监测预警系统具备多种功能，较大程度上弥补了传统监测预警手段中的不足和缺陷，能更好地为高速公路运行管理等方面提供支撑和保障。

一是远程调试。在智能化系统的科学支撑下，借助计算机平台、远程控制技术以及远程链接等可以实现终端命令调试，进而支撑台站参数设置、时间间隔、资料补传、观测要素开关设置等相关方面工作的开展和实施，同时可以根据实际工作的需要，支持远程升级。

二是数据管理。该智能系统能够支撑数据管理工作的高效化开展和实施，为高速公路交通气象灾害智能监测预警以及高速公路运行管理工作的开展和实施提供科学的数据支撑，确保各项决策更加科学合理。例如：其一，数据采集。借助智能传感器等先进的设备，实现对高速公路各个路段实际情况及信息数据的及时采集，确保地面气象观测数据信息的全面性、准确性，依照一定的算法等，科学计算出各气象要素瞬时值。其二，数据处理。强调科学借助大数据等先进的技术，实现采集和反馈数据信息的及时性、高效化处理，对有关数据信息进行统计，在此基础上得出气象要素的统计值，当出现异常数据和问题的时候，也方便在第一时间发现和处理，分析和判断是否出现了气象灾害以及气象灾害的严重程度和危害程度等。其三，数据传输。强调科学借助ASCII 码形式对数据信息进行处理，并通过构建完善的数据信息库以及网络系统平台，实现数据信息的及时传输和传递。其四，数据存储。强调构建一个完善的数据库，实现各项信息数据的及时有效存储，如科学有效的存储观测数据、工作状态、安全报警信息等，数据存储的空间更大，也有助于在数据利用时及时检索和获取，为高速公路的运行管理提供科学有效的支撑和保障。其五，数据应用。科学应用这些数据为高速公路运行监控、气象灾害预警报警、道路交通事故防范和处理、交通出行等提供服务。

三是预警预报。借助智能监测预警系统，可以实现各类气象灾害的科学预警，当高速公路出现路面湿滑、低能见度、暴雨、路面高温、大风、降雪等情况的时候，该系统能够及时预警，方便有关人员获取有关信息，了解这些情况。

四是提供气象服务。借助该智能化系统，并将其与PC 端、手机APP 等有效连接，可以为广大用户提供更具针对性的气象服务，自动地显示用户的位置、需求等，并实时地获取和了解气象数据信息和公路预警信息。借助广播、短信、电话以及各类网络平台，及时发布道路气象灾害信息，方便有关人员对此做出科学的调整。

3.3 系统构架组成

所构建的气象智能灾害监测预警系统（见图1）主要由以下几部分构成：

图1 监测预警系统构架

一是设施感知层。这是智能化系统最基础的层级结构，主要由自动站、区域站、雷达、各类平台以及网络资源等方面构成，并强调科学利用传感装置，依托CIS 技术、GPS 技术、物联网技术、光学遥感、机载激光雷达测量技术、无人机摄影技术等先进的技术，构建一个智能化、立体化、全方位感知体系，实现高速公路气象灾害有关信息的精准感知和识别，方便相关人员及时了解高速公路路况、车辆运行情况、气象状况和气象条件等。

二是数据传输层。该层级主要是依托射频识别技术以及先进的通信技术和手段，实现感知层有关数据信息的有效传递、沟通和利用，为高速公路运营管理和科学决策等提供更加清晰的气象灾害图像信息和全面的数据信息（如高速公路实况数据、GIS 数据、服务产品数据、CMISS 数据等），在对这些数据信息进行深入分析的基础上，为高速公路运行和管理过程中的科学决策、远程控制、管理控制和交互服务等提供支撑和保障。

三是应用支撑层。该层级主要由消息引擎、GIS引擎、数据交换引擎、数据库引擎、推送控制引擎、虚拟化管理平台等构成，为应用层相关工作的实施提供支撑。

四是应用层。该层级主要是支撑高速公路智能监测工作的开展，并为相关人员提供专业服务、预报服务，同时支撑后台管理工作的高效化实施。借助智能化监测预警系统，极大提高了高速公路气象灾害预警预报的准确度，能够实现气象数据、多源预警系统信息等的高效化整合和科学利用，当出现异常情况时能够在第一时间发出预警。

五是服务层。该层级的构建有助于高速公路气象灾害及预警信息的及时发布和解除，借助短信、电话、车载广播以及网络平台等，能及时将有关信息传递到广大用户和高速公路运行管理人员手中，方便其做出科学的调整和决策，尽可能降低气象灾害造成的各类事故及损失，维护和保证高速公路运行安全稳定。

4 结语

为有效降低交通气象灾害对高速公路运行安全稳定性造成的一系列影响，需要认真落实好气象灾害的监测预警工作，并积极加强气象灾害智能化监测预警系统的构建，并促使其科学合理应用，为新时期高速公路运输、运行管理及人们的出行提供所需信息，满足其需求，维护和保障高速公路运行的安全稳定性。通过及时监测预警大雾、大风、大雪、路面结冰等气象灾害，为各项决策提供科学的依据，降低行车安全事故。在气象灾害智能监测预警系统建设和发展的过程中还强调灵活高效应用多种监测预警技术，并科学规范地设计预警指标、监测方案，建立多形式的传输网络，确保监测预警系统能够高效化运作，推进交通运输行业的健康发展。