高速公路氣象災(zāi)害監(jiān)測建站思路

張 曼

（北京市氣象局大氣探測中心，北京 100089）

1 高速公路科學(xué)運營需要建設(shè)高速公路氣象災(zāi)害監(jiān)測站

高速公路上，因車流量大、行駛速度快以及其自身全封閉、全立交的特點，要求車輛不得任意減速和停車。所以，一遇到大霧、暴雨、冰雪等低能見度天氣，就極有可能引發(fā)連鎖反應(yīng)，最終形成多車連續(xù)追尾的重特大交通事故。隨著高速公路交通流量及密度的增大，低能見度等災(zāi)害天氣條件下，高速公路的交通事故發(fā)生率和傷亡損失也隨之迅速增長。

天氣環(huán)境條件監(jiān)測是高速公路科學(xué)運營的一個重要依據(jù)，氣象環(huán)境條件對高速公路行車安全、正常使用具有舉足輕重的作用。交通運輸隨著高速公路建設(shè)迅猛發(fā)展，現(xiàn)代交通運輸所追求的快速、高效與安全受到氣象條件的影響和制約日益明顯，其中突發(fā)性的低能見度霧、霾、沙塵暴，短時強降水，路面結(jié)冰、積雪，強風(fēng)等氣象災(zāi)害不僅嚴(yán)重影響交通運輸，而且也嚴(yán)重影響了人們的生命財產(chǎn)安全。因此，建設(shè)高速公路氣象災(zāi)害監(jiān)測站，及時提供所關(guān)心的各類氣象要素實況，并以此來制作具有針對性和時效性的專業(yè)服務(wù)產(chǎn)品，提高氣象為交通服務(wù)的能力和水平。

交通運輸屬于對氣象高度敏感的行業(yè)，追求快速、高效、安全、準(zhǔn)時的目標(biāo)，在很大程度上要受到氣象因素的制約。高速公路交通事故的高發(fā)期，也多為多霧、多雨、多雪的季節(jié)。雖然低能見度、霧、霾、沙塵暴，短時強降水，暴雪、路面結(jié)冰、積雪，強風(fēng)等氣象災(zāi)害天氣屬不可抗拒因素，但能夠通過人為的防范措施來避免或減少事故損失。對高速公路沿線氣象狀況及時進行監(jiān)測、分析和采取有效的應(yīng)急預(yù)案，對保障高速公路過往車輛的安全有著積極作用。

建設(shè)“高速公路氣象災(zāi)害監(jiān)測站”是一種交通氣象安全保障的有效手段。高速公路管理部門掌握著精確的氣象資料和天氣預(yù)報，以避免在惡劣的天氣條件下蒙受重大損失。即各路段可根據(jù)各自的地形及氣候特點，結(jié)合路段交通狀況，制定各自的應(yīng)急預(yù)案，以保證高速公路的行車安全和順暢。

2 高速公路氣象災(zāi)害監(jiān)測建站思路

在高速公路的建設(shè)與運營管理中，實施高速公路氣象災(zāi)害監(jiān)測站的建設(shè)，是高速公路日常運營管理的基礎(chǔ)平臺—監(jiān)控系統(tǒng)的重要組成部分。它可有效提升高速公路運營管理的整體服務(wù)水平，提高公路在惡劣天氣條件下的安全和道路通行能力。高速公路氣象監(jiān)測站的建設(shè)思路側(cè)重考慮以下幾個方面：

（1）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和環(huán)境要素的監(jiān)測實況應(yīng)該在一個統(tǒng)一的信息平臺下加以利用，以形成優(yōu)勢互補。兩行業(yè)在網(wǎng)絡(luò)上構(gòu)筑信息通道，以便實時導(dǎo)入國家基礎(chǔ)氣象臺站的實況資料和天氣預(yù)報信息，這兩部分信息將構(gòu)成本系統(tǒng)的基礎(chǔ)信息之一。

（2）靈活高效的公路沿線監(jiān)測站的布設(shè)：應(yīng)在沿線相對均勻地布設(shè)一定數(shù)量的交通氣象災(zāi)害監(jiān)測站，作為數(shù)據(jù)基準(zhǔn)參考站，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，以便今后對其進行沿線氣象環(huán)境特征的分析和研究。監(jiān)測能見度、溫度、相對濕度、風(fēng)向、風(fēng)速、雨量、氣壓、路面狀況、實景圖像等各類天氣現(xiàn)象等影響交通安全的氣象要素，主要用于及時發(fā)現(xiàn)交通沿線各種異常交通環(huán)境因素變化和氣象狀況，為氣象部門的交通氣象服務(wù)提供實時的監(jiān)測數(shù)據(jù)。監(jiān)測數(shù)據(jù)及時上傳到高速公路監(jiān)測中心和氣象監(jiān)測管理部門，為交通管制及時提出實時的決策依據(jù)。

（3）及時的災(zāi)害實況及預(yù)警發(fā)布系統(tǒng)：應(yīng)建立適合交通部門的短時預(yù)警模式，以氣象背景場和沿線實況為輸入，實時運算出交通氣象災(zāi)害的爆發(fā)概率，并及時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。

（4）系統(tǒng)性與規(guī)范化：為了確保系統(tǒng)的有效性，實現(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，以達到信息橫、縱向貫通一致，數(shù)據(jù)共享的目的。

3 高速公路氣象災(zāi)害監(jiān)測建站技術(shù)路線

（1）以需求為導(dǎo)向，進行系統(tǒng)功能設(shè)計：大霧、雨、雪、積雪、結(jié)冰、強風(fēng)暴等惡劣天氣已經(jīng)成為影響交通運輸?shù)闹匾蛩?，高速公路氣象?zāi)害監(jiān)測站建設(shè)要滿足防御惡劣天氣事件的需求，滿足交通運輸決策、公眾保障服務(wù)需求，加強氣象保障，提高防災(zāi)減災(zāi)能力。建站要緊扣交通運輸需求，針對不同特點，建設(shè)具有針對性、專業(yè)化、精細化的交通氣象條件監(jiān)視分析，預(yù)報預(yù)警和專業(yè)服務(wù)平臺與此相適應(yīng)，補充完善現(xiàn)有監(jiān)測站網(wǎng)布局，并考慮以后的技術(shù)發(fā)展與業(yè)務(wù)拓展能力，為后續(xù)業(yè)務(wù)建設(shè)積累經(jīng)驗。

（2）適應(yīng)科學(xué)技術(shù)發(fā)展需求，提升系統(tǒng)綜合能力：隨著探測技術(shù)的發(fā)展，探測裝備和探測技術(shù)水平也不斷提高，它正從人工觀測轉(zhuǎn)向自動化遙感遙測，從定性觀測轉(zhuǎn)向定量觀測；天氣氣候系統(tǒng)的監(jiān)測信息更豐富，時間和空間分辨率更高；目前，數(shù)值模式水平的提高，使預(yù)報預(yù)測增加提前量和精細度（定時、定點、定量），信息技術(shù)的快速發(fā)展可以使服務(wù)產(chǎn)品報送更快，使決策者能夠盡早獲取氣象服務(wù)信息，在其有效的反應(yīng)時間內(nèi)采取措施，保護交通安全和公眾的生命財產(chǎn)安全。

（3）高速公路氣象災(zāi)害監(jiān)測站建設(shè)按照一體化、集約化原則，統(tǒng)一考慮氣象災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警與保障服務(wù)的需求。

4 高速公路氣象災(zāi)害監(jiān)測建站內(nèi)容

高速公路氣象災(zāi)害監(jiān)測站是取得道路氣象要素實況第一手資料的核心，它由若干個監(jiān)測站點組成。它負責(zé)將高速公路沿路的能見度、溫度、相對濕度、風(fēng)向、風(fēng)速、雨量、氣壓、路面狀況（表面溫度、干濕狀況、結(jié)冰）、實景圖像等各種氣象要素實時進行采集，通過各種通信手段將信息傳輸?shù)椒治鎏幚碇行倪M行分析加工。

高速公路氣象監(jiān)測站形成各類數(shù)據(jù)信息，可提供能見度、溫度、相對濕度、風(fēng)向、風(fēng)速、雨量、氣壓、路面狀況、實景圖像等要素的1～60 min間隔的實時自動觀測資料，整編成月、年信息化觀測資料。

（1）高速公路氣象災(zāi)害監(jiān)測站采集數(shù)據(jù)文件。由數(shù)據(jù)采集器處理后，通過通訊接口直接存儲到計算機硬盤中的數(shù)據(jù)文件。

（2）高速公路氣象災(zāi)害監(jiān)測站實時地面氣象數(shù)據(jù)傳輸文件。高速公路氣象災(zāi)害監(jiān)測站通過自動氣象站實時形成的數(shù)據(jù)文件，該文件可用作實時上傳的地面氣象報告。

（3）高速公路氣象災(zāi)害監(jiān)測站組網(wǎng)后，中心站對各子站的實時地面氣象數(shù)據(jù)文件進行匯總，形成包含各子站實時地面氣象數(shù)據(jù)的文件。

（4）高速公路氣象災(zāi)害監(jiān)測站一年逐日觀測記錄的統(tǒng)計值，反映了該站當(dāng)年基本氣候特征，積累了地面氣象年報數(shù)據(jù)文件。

5 高速公路氣象災(zāi)害監(jiān)測建站實現(xiàn)功能

5.1 高速公路氣象災(zāi)害監(jiān)測站設(shè)備功能

它具有能見度、路面狀況、氣溫、地溫、濕度、氣壓、風(fēng)向、風(fēng)速、雨量、實景圖像等項目的監(jiān)測能力，并可以完成數(shù)據(jù)的業(yè)務(wù)處理和傳送。在觀測頻次上對中小尺度天氣系統(tǒng)進行加密監(jiān)測，能有效增加地面觀測資料的時間密度和分辨率，促進監(jiān)測、預(yù)警、預(yù)報能力的提高，并提高資料采集的自動化水平。具體有數(shù)據(jù)采集功能、數(shù)據(jù)處理功能、數(shù)據(jù)存儲功能、數(shù)據(jù)傳輸功能、數(shù)據(jù)質(zhì)量控制功能、高速公路氣象災(zāi)害監(jiān)測站運行監(jiān)控功能、時鐘管理功能、軟件在線升級功能、觀測數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)處理功能。

5.2 高速公路氣象災(zāi)害監(jiān)測站組網(wǎng)的功能

高速公路氣象災(zāi)害監(jiān)測站可通過連接的微機終端實現(xiàn)組網(wǎng)，也可由采集器配調(diào)制解調(diào)器直接組網(wǎng)。氣象信息中心收集各高速公路氣象監(jiān)測站的觀測數(shù)據(jù)，進行質(zhì)量控制檢查后，存入地面氣象觀測數(shù)據(jù)庫。省級地面氣象觀測數(shù)據(jù)庫均提供觀測數(shù)據(jù)檢索和查詢功能。

5.3 高速公路氣象災(zāi)害監(jiān)測站采集器現(xiàn)場移動計量功能

建立與高速公路氣象監(jiān)測站相適應(yīng)的計量檢定方式—建立現(xiàn)場計量檢定系統(tǒng)，對高速公路氣象監(jiān)測站實施采集器現(xiàn)場檢定、傳感器實驗室檢定。作為氣象探測設(shè)備，為保證觀測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確可靠，對高速公路氣象災(zāi)害監(jiān)測站必須像傳統(tǒng)探測儀器一樣實施周期檢定。

5.4 高速公路氣象災(zāi)害監(jiān)測站的路面狀況監(jiān)測功能

高速公路氣象監(jiān)測站的路面狀況監(jiān)測，通過安裝在高速公路地面的DRS511公路傳感器和ROSA路況分析儀采集和分析信息。

5.5 高速公路氣象災(zāi)害監(jiān)測站的實景觀測功能

高速公路氣象監(jiān)測站的實景觀測能直觀地看到霧、霾、沙塵暴、短時強降水、路面結(jié)冰及積雪、強風(fēng)等氣象災(zāi)害的影響情況，是對現(xiàn)有天氣監(jiān)測體系的補充和完善，可以更快和更有效地了解第一手的現(xiàn)場實時情況，增強對影響交通暢通的災(zāi)害性天氣的氣象服務(wù)能力。

總之，高速公路氣象災(zāi)害監(jiān)測站建設(shè)旨在提高高速公路氣象災(zāi)害監(jiān)測能力，能夠有效監(jiān)測影響高速公路交通運營安全的霧、霾、沙塵暴、短時強降水、路面結(jié)冰及積雪、強風(fēng)等氣象災(zāi)害，在此基礎(chǔ)上，當(dāng)?shù)夭块T建立針對高速公路全路段的氣象監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)，把沿線氣象部門提供的本路段災(zāi)害性天氣監(jiān)測預(yù)警服務(wù)信息匯集起來，使氣象服務(wù)更加全面和細化，把最及時的氣象信息反饋給當(dāng)?shù)亟还懿块T，讓他們及時作出是否關(guān)閉高速公路的判斷。即使車輛已經(jīng)開上高速公路，在氣象災(zāi)害監(jiān)測下，惡劣天氣情況也能及時反饋給高速公路的管理人員，上路疏導(dǎo)和監(jiān)控車輛將更加迅速。為切實做好高速公路氣象保障服務(wù)，提高道路交通安全暢通工作的綜合管理水平和應(yīng)急處置能力提供了保障。