交通气象跨领域研发 助力公路管理服务提质增效

文 云南省交通规划设计研究院有限公司交通灾害技术研究分院、陆地交通气象灾害防治技术国家工程实验室 胡澄宇

供图 北京市交通委员会延庆公路分局 李庆彬

公路气象监测的技术落脚点可以从监测预警和主动智能防控两方面着手，推进“交通+气象”深度融合研究。

公路在承载着巨量客货运输需求的同时，也不可避免地需要面对冰、雪、雨、雾、风等恶劣气象带来的负面影响，包括通行环境、车辆驾驶员心理及车辆性能等在内都受到了不良影响，进而公路的安全性与通畅性也产生了隐患，公路设施甚至存在损毁风险。

《交通强国战略研究》中的智能交通发展战略和交通安全发展战略均提到，要运用先进的技术作为提升交通安全的重要手段。其中，交通安全与气象数据的跨界融合是智能研判系统实施路径中的重要组成部分。

在恶劣气象极易损坏交通基础设施，路网运行存在安全隐患的情况下，公路交通迫切地需要应用先进的理论、技术和实验手段防灾减灾。陆地交通气象灾害防治技术国家工程实验室（简称“交通气象防治国家工程实验室”）应运而生，并积极开展跨领域的研发工作，推动防灾减灾、应急保障科研成果的转化应用。

交通气象监测预警 提升公路管理效能

根据恶劣气象环境下公路管理的需求，可以从交通气象站布设与监测、智能预警、路段公路管理与路网运行技术支持等方面出发，建立交通气象监测与技术体系。

监测诊断

恶劣气象不仅是公路养护的难题，也是对公路运输安全发起的挑战。

交通气象监测手段智能化是实现公路全天候监管的基础，而交通气象站布设与监测是科学诊断恶劣气象环境下公路通行状况的骨架基础。监测数据的稳定性和准确性则是开展智能化预警服务的重要条件，在交通气象站建设、运营维护的过程中，应综合分析恶劣气象的类型、分布及公路交通等，开展多源数据的陆地交通气象灾害综合风险诊断与监测站网假设体系研究，构建合理可行的维护校准机制，通过“风险诊断—站点布设—监测识别—智能预警”的交通气象监测预警技术体系的研究与转化，为恶劣天气下的预警服务、主动防控措施的实施等提供数据基础。

智能预警

在公路管理中，路面低温结冰、积水等抗滑性能下降、低能见度视程障碍、路面积水等问题是影响通行较突出的因素，可以结合移动交通气象快速采集系统和交通气象固定站网监测，构建复合式移动交通气象监测预警技术，通过冬季路面结冰短临预警预报、大雾低能见度短临预警预报、路面积水监测等技术手段，为路政、管养等部门全天候实时推送交通气象、交通流、视频等监测预警信息，可为管理部门在冬季、低能见度天气下的交通管理、抗灾保通等情况下提供决策支持和处置时间，节省了公路管理人员日常的巡检成本，提升公路管理部门在恶劣气象环境下的交通管理与处置效率，助力恶劣气象环境下的公路精细化管理。

冬季路面低温结冰短临预警服务系统综合了路面温度热谱地图分析建模技术、基于随机森林和长短时记忆网络的路面温度短临预测技术与高速公路路面结冰短临预报技术，可实现提前10分钟或1小时的结冰风险预警。

大雾短临预警技术方面，研发并应用了基于征兆因子的大雾短临预警技术实现观测站点分钟级大雾预警；基于卫星的高原山区雾区反演识别算法，实现了2公里空间、10分钟内的浓雾预警；基于深度学习的多特征融合视频能见度识别技术，可实现观测断面能见度数值及分级的在线识别及实况预警，目前验证准确率达90%。

交通气象防治国家工程实验室通过多年的研究，依托云南麻（柳湾）昭（通）高速公路，建设了13套自动化交通气象站，开发了具有自主知识产权的“公路交通气象监测预警与服务系统”，打造了交通气象防治国家工程实验室交通气象监测试验基地，同时为公路管理处、交警、路政等提供实时监测与预警信息，减轻了日常巡检压力和成本，并为寒潮等天气灾害下的抗灾保通工作提供了技术支持。

多源数据整合支持路网运行管理

我国尚未在交通气象灾害预警预报领域形成完整的资源整合和共享体系。为提升交通气象灾害监测数据业务化、精准化实际服务供给能力，应通过公路、交通、气象等多源数据建设综合系统，为路网运行管理提供技术与决策支持。通过路网叠加气象、交通气象信息，以及数据汇接、管理，开展省域路网降水、能见度、风速、气温等气象要素的实况监测和预报预警能力。基于历史观测数据的大数据分析能力，开展交通阻断、重大节假日路网运行气象部分的态势研判等系列大数据分析，提前研判不利天气对交通事故、交通流的影响，提取动态交通安全管理的重要决策参数，进而采用可变限速和流量控制、及时养护处置、快速应急管理等智能控制技术，主动调节雨雾条件下高速公路交通流运行状态，可在“适当的时机、适当的地点、采取适当的方式、发布适当的信息”，尽可能减少不利天气造成的影响和损失。

目前，交通气象防治国家工程实验室已在云南开展了交通灾害监测数据应用中心建设与服务，其作为云南第一批“交通强国”试点任务，同时也是数字交通“综合交通运行协调和应急体系创新”的重要组成部分。

主动智能防控技术 提升出行服务品质

针对恶劣气象环境下高速公路行车条件提升的长期需求，从事前主动防控出发，新一代行车安全智能诱导与防撞预警系统、不利天气可变限速协同控制系统等交通气象行车安全主动防控装备系统，大空隙排水路面、低冰点路面材料等新型技术手段，能从源头上提升恶劣气象环境下公路的通行条件，为恶劣气象环境下的公路出行提供安全保障、提升服务品质。

低能见度行车安全智能预警系统

在团雾、强降水地区研发并应用低能见度条件下行车安全主动防控与智能预警系统，利用先进的无线通信组网和智能控制策略，实现追尾警示功能，为车辆提供前后安全车距警示区间，最大程度防止追尾事故发生。这项技术已在云南、贵州、江苏等地的高速公路推广应用，提高了低能见度下主动安全防控的应用水平。

主动式路面防结冰处置系统

针对局部单点路面结冰、黑冰等问题，研发并推广主动式路面防结冰处置系统，通过路面结冰监测与短临预测模型触发系统，根据结冰的可能性和严重程度等自动控制喷洒宽度、角度、间隔等，以满足公路路况要求。有关技术已在云南、陕西、山东、黑龙江等地应用，为冬季路面结冰智能化应急处置和保通等提供技术支持，提升了冬季公路通行安全性，降低了公路封阻概率。

自适应可变限速与信息协同控制系统

在恶劣天气频发区域，结合交通气象、交通流、视频等多源数据融合挖掘与关联性分析，通过相对风险对比、灾害累计统计等方式，建立交通气象影响频率分级、影响程度分档的多层次分级技术，在此基础上研发基于交通气象影响分级的自适应交通管控与速度控制系统。通过交通气象分级影响研判，结合交通流、视频等数据判别交通运行状态，实现了基于多源数据的公路车道级交通管控与速度自适应协同控制功能。为公路在恶劣天气下的运营保障提供决策辅助。

低能见度公路管控车辆主动防控装备

针对低能见度条件下养护路政等巡逻车辆安全行驶和路况巡检的业务需求，研制低能见度公路管控车辆行车安全风险主动防控系统装备，实现车辆定位、视野增强、防撞预警、危险提示、信息交互、安全辅助决策等功能，按照不同恶劣气象级别的预警策略，提示和预警驾驶员行车时的安全风险；实现快速采集移动巡检发现的交通事件等路况信息并一键上报；通过中心双向通信和车载调频广播实施带队通行的策略。有关装备适合应用于管理处、交警等管理车辆，通过传感设备增加驾驶员对环境的感知能力，并及时预警行车风险，在辅助行车安全的同时，稳步提升通行效率。

排水沥青路面技术

在多雨、易积水路段推广采用大空隙排水沥青路面技术。通过沥青与高黏改性剂的“干法”复合改性工艺，在增强集料与沥青黏结性能基础上，确保沥青路面具备适应公路单点暴雨频发气候的大空隙骨架结构。铺筑完成的大空隙排水沥青路面具有抗滑，降噪，明显减少路表水膜和行车水雾等特点，在行车舒适性和行车安全性上较常规路面有显著提升。

公路低冰点沥青表层技术

在冬季积雪结冰路段可利用公路低冰点沥青表层技术，在沥青路面筑路材料中添加可以降低冰点的外加剂，替代部分矿粉，保持路面在低温条件下不结冰，或降低结冰层与路面之间的黏结力，达到“小雪可融化、大雪不黏面、结冰可清除”的效果，提高了路面在冬季行驶的抗滑安全性能。

交通气象防治国家工程实验室结合云南地区的材料特性，根据减量化和精确化的原则，研发了低氯盐和无氯盐环保融雪剂材料，可有效降低路面的结冰点，最大幅度减小氯盐对路面结构和周围环境的腐蚀作用，起到了安全环保的作用。

开放创新 推进“交通+气象”深度融合研究

气象监测结合公路基础设施的数字化技术发展，成为护航公路安全的先进手段之一。

公路交通气象管理于提升整体公路管理效能及服务品质而言至关重要。目前，公路交通气象尚处于信息化集成阶段，缺少规范、稳定、可靠的观测数据，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，“气象+交通”尚未实现深度融合。有必要通过精细化研判预警、突发事件智能决策支持和快速响应，面向管理与服务需求，建立多层次的出行与决策信息服务。

在创新转化研究方面，应结合公路工程项目地理、气象、公路的实际需求因地制宜，优化创新站网选址与监测、智能预警、主动防控等先进技术，并推动其落地应用。总结应用示范中发现的问题，不断优化交通气象研究，推进“交通+气象”的深度融合，切实将创新成果应用于公路管理与出行服务中。

目前，关于公路交通气象还缺少标准规范体系，有必要整合、梳理交通气象标准化需求，逐步探索搭建标准交通气象站网的安装、运营、维护体系，争取将相关成果转化为行业标准，引领交通气象领域的规范化、科学化、实用化发展，为高速公路交通气象服务贡献智慧和力量。