淺談公路風吹雪預警技術研究及實現(xiàn)

于 冰，陳 亮，李維維

(1.哈爾濱石油學院;2.黑龍江省交通科學研究所;3.哈爾濱職業(yè)技術學院)

淺談公路風吹雪預警技術研究及實現(xiàn)

于 冰1，陳 亮2，李維維3

(1.哈爾濱石油學院;2.黑龍江省交通科學研究所;3.哈爾濱職業(yè)技術學院)

介紹了公路風吹雪預警指標體系和分級標準，積雪綜合預測數(shù)據(jù)流程以及預警算法設計。

風吹雪;預警技術;研究

1 預警指標體系和分級標準

結(jié)合預警模型、實際路段信息采集和道路養(yǎng)護與管理部門的需求，預警指標體系如下。

積雪的厚度(S1):具體可用平均厚度、最大厚度表示。

積雪的位置(S2):具體可用公路的里程樁號表示。

路阻長度(S3):具體可用積雪公路堆積的平均長度、最大長度表示。

根據(jù)現(xiàn)有預警模型及精度，結(jié)合我國最新的公路雪害防治技術項目中關于公路風吹雪危害程度評價建議標準，確定建立的四級預警標準見表1。

表1 公路風吹雪雪害分級標準

2 積雪綜合預測數(shù)據(jù)流程

積雪綜合預測數(shù)據(jù)流程見圖1。

圖1 積雪綜合預測數(shù)據(jù)流程

3 預警算法設計

符號說明:設定預測計算間隔為ΔT，預測周期長度為T，路段初始積雪深為S0，第i個計算步驟的時間段為Ti，第i個計算步驟的氣象信息為Wi(其中，i時到j時的氣象預報信息為，i時的氣象實測信息為 Wri，變氣象點的標記為vi(0，代表無變化，1代表有新的預報值，2代表有新的實測值))，第i個計算步驟的預測積雪深為Sai，最終預測積雪深為Sp，第i個計算步驟時對應的實測積雪深為Sri，第i個計算步驟的專家推斷積雪深為Sei，最終專家推斷積雪深為Se，歷史積雪深為Sh(在預警系統(tǒng)建立初期，某路段無歷史積雪深時，可以由仿真條件下的理想積雪深Sr代替)，最大歷史積雪深Smax2，理論最大積雪深Smax1，歷史積雪深匹配系數(shù)為Kh，算法最大允許花費時長為Tmax。

(1)預警輸入信息有效性檢驗。

(2)變量初始化。

氣象信息序列W1，…Wi，…生成。

預測參數(shù)A0、α0初始化。

變量 i=1，vi，S0，Sp=S0等的初始化。

(3)搜索專家規(guī)則庫，若在氣象條件W1，…Wi，…下，該路段存在 Se，則 Sp=Se，停止計算;否則，Ai=A0、αi= α0，轉(zhuǎn)(4)°

(4)預測輸入氣象值序列更新:若在Ti終了時刻有新的(即v=1)，則使用該新的預報值直接替代舊計算值，i即Wi=;若在 Ti終了時刻有新的(即 vi＞1)，則使用該新的實測值和原預報值之和的平均值替代舊計算值，即Wi=(+Wi)/2。

(5)根據(jù)前一計算時刻累計積雪深Sp和氣象信息Wi，求終了時刻預測積雪深Sai:搜索專家規(guī)則庫，若在氣象條件Wi下，該路段存在Sei，則 Sai=Sei;否則，采用預測模型計算Sai;轉(zhuǎn)(6)°

(6)Sp=Sp+Sai，i=i+1，Ti=Ti+ ΔT，若 Ti=T，則轉(zhuǎn)(10);若 Ti≥Tmax，則轉(zhuǎn)(12);否則轉(zhuǎn)(7)°

(7)此時若有路段積雪深實測信息Srm(預測計算當前時刻超前實際積雪發(fā)生時間，即m＜i)，則開始回退計算，i=m+1，Sp=Srm，判斷Srm性質(zhì)，提出預測參數(shù)的修正方向，轉(zhuǎn)(5)°

(9)Ai、αi的修正:若 Sp＞ kcSh時(kc=1/4，1/3，1/2)，應重新計算 Ai、αi。

(10)若 Sp＜Smax1，Sp＜Smax2或 Sp＜ khSh，則停止計算;否則，若 Sp＜Smax1，Sp≥Smax2或 S≥khSh，須經(jīng)專家規(guī)則庫進一步判斷、檢驗，轉(zhuǎn);但若Sp＜Smax1，則該預測值Sp無效，須重新預測計算，轉(zhuǎn)(1)°

(11)預測參數(shù)調(diào)整:大氣氣溫與太陽輻射修正系數(shù)β1，植被、地形修正系數(shù)β2，風速波動修正系數(shù)β1，微細地貌或結(jié)構(gòu)物修正系數(shù)β3，回查第一個存在實測積雪深的點(記為h)，若存在，i=h，Sp=Sah，轉(zhuǎn)(4);否則，i=1，Sp=S0，轉(zhuǎn)(4)°

(12)此次預警失敗。

U416.1

C

1008-3383(2014)03-0005-01

2013-12-25