借鑒西漢高速道路結(jié)冰監(jiān)測系統(tǒng)——淺談陜西省道路結(jié)冰監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)方法

屈直 梁佳 鄭敏　陜西省氣象服務(wù)中心

借鑒西漢高速道路結(jié)冰監(jiān)測系統(tǒng)——淺談陜西省道路結(jié)冰監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)方法

屈直 梁佳 鄭敏陜西省氣象服務(wù)中心

據(jù)統(tǒng)計，我國由于惡劣天氣引發(fā)的高速公路交通事故約占事故總數(shù)的31.75%，其中路面結(jié)冰和濕滑是引發(fā)事故的主要原因。本文旨在通過對西漢高速氣候狀況的分析，對西漢高速路面結(jié)冰監(jiān)測系統(tǒng)布局進(jìn)行研究探討，引以借鑒，為陜西省道路結(jié)冰監(jiān)測系統(tǒng)的布設(shè)提供寶貴經(jīng)驗，為未來路面結(jié)冰預(yù)報、預(yù)警打下基礎(chǔ)，從而有效解決路面結(jié)冰造成交通事故這一嚴(yán)重問題。

道路結(jié)冰；結(jié)冰監(jiān)測

0 引言

隨著陜西交通運輸業(yè)的飛速發(fā)展，天氣條件對交通運輸?shù)挠绊懸苍絹碓綇V泛，惡劣的天氣條件尤其是路面結(jié)冰狀態(tài)，經(jīng)常給交通運輸帶來巨大的損失，降低運輸效率，甚至威脅人們的生命財產(chǎn)安全。因此，高速公路路面結(jié)冰問題的研究，對預(yù)防和減少災(zāi)害性天氣對交通的影響，減少交通事故、降低交通維護(hù)費用，提高交通質(zhì)量和效益都有重要的現(xiàn)實意義。

1 研究技術(shù)現(xiàn)狀

國外發(fā)達(dá)國家擁有發(fā)達(dá)的高速公路交通運輸網(wǎng)絡(luò)，較早地開展了影響高速公路安全運行的惡劣天氣的預(yù)警預(yù)測研究，以及交通安全管理研究，已形成較為成熟的應(yīng)對措施。芬蘭1999年啟動、并于2000年開始使用道路交通模式，他們認(rèn)為引起道路濕滑條件的天氣現(xiàn)象為冰凍、白霜、快速回暖、冷表面降水、凍雨、大霧、降雪等。

2 道路結(jié)冰概述

2.1道路結(jié)冰的概念

道路結(jié)冰是指降水，如雨、雪、凍雨，或霧滴，碰到溫度低于0℃的地面而出現(xiàn)的積雪或結(jié)冰現(xiàn)象。通常包括凍結(jié)的殘雪、凸凹的冰轍、雪融水或其他原因的道路積水在寒冷季節(jié)形成的堅硬冰層。

2.2道路結(jié)冰的成因

道路結(jié)冰容易發(fā)生在11月到下一年4月（即冬季和早春）的一段時間內(nèi)。我國北方地區(qū)，尤其是東北地區(qū)和內(nèi)蒙古北部地區(qū)，常常出現(xiàn)道路結(jié)冰現(xiàn)象。而我國南方地區(qū)，降雪一般為“濕雪”，往往屬于0～4℃的混合態(tài)水，落地便成冰水漿糊狀，一到夜間氣溫下降，就會凝固成大片冰塊，只要當(dāng)?shù)囟咀畹蜏囟鹊陀?℃，就有可能出現(xiàn)道路結(jié)冰現(xiàn)象，只要溫度不回升到足以使冰層解凍，就將一直堅如磐石。

2.3道路結(jié)冰的危害

車輛行駛在結(jié)冰路面上時，由于車輪與路面摩擦作用大大減弱，容易打滑，剎不住車，造成交通事故。2008年初，我國南方十幾個省份持續(xù)出現(xiàn)雨雪、冰凍等天氣，導(dǎo)致多條高速公路因道路積雪結(jié)冰先后封閉，民航機(jī)場因飛機(jī)跑道、停機(jī)坪大量積雪結(jié)冰而關(guān)閉，人員物資無法運送，對交通造成了嚴(yán)重影響。

3 西漢高速公路監(jiān)測服務(wù)系統(tǒng)建設(shè)

3.1路面結(jié)冰監(jiān)測站建設(shè)依據(jù)

氣象監(jiān)測站建設(shè)嚴(yán)格按照以下規(guī)范、法規(guī)執(zhí)行。⑴ 國氣象局新版《地面氣象觀測規(guī)范》；

⑵ 氣象行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《高速公路能見度監(jiān)測及濃霧的預(yù)警預(yù)報》（QX/T 76－2007）；

⑶ 氣象行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《公路交通氣象條件等級》（征求意見稿）；

⑷《道路交通氣象環(huán)境能見度監(jiān)測器》（JT/ T714－2008）；

⑸《高速公路防雷設(shè)計規(guī)范》（征求意見稿）；

⑹《高速公路防雷裝置監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》（征求意見稿）等。

3.2路面結(jié)冰監(jiān)測站布局

3.2.1布局方法

道路結(jié)冰監(jiān)測站的布設(shè)間距應(yīng)參照高速公路能見度監(jiān)測站布設(shè)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，根據(jù)陜西省高速公路沿線氣候特征以及高速公路管理部門實際業(yè)務(wù)需求，綜合西漢高速沿線地貌特征，現(xiàn)階段陜西省平均站距按20km設(shè)計，在道路結(jié)冰頻發(fā)及車流量較大的高速公路地段加密布設(shè)，在道路結(jié)冰發(fā)生頻率相對較低及車流量相對較少的高速公路地段適當(dāng)加大儀器布設(shè)間距。

表1　高速公路惡劣氣象條件監(jiān)測儀器性能表

3.2.2西漢高速監(jiān)測站布局

全要素自動站布設(shè)：西安-洋縣段，為滿足對西漢高速惡劣氣象條件實時監(jiān)測及分析路面結(jié)冰相關(guān)的氣象因子的需求，在高速公路沿線7和一個出省公路交界點個服務(wù)區(qū)分別布設(shè)1套全要素自動監(jiān)測儀，合計：8套全要素監(jiān)測站；路面結(jié)冰觀測站布設(shè)：西漢高速公路嶗?？谥裂罂h服務(wù)區(qū)段地形為山區(qū)，隧道眾多，這里氣候復(fù)雜多變，是道路黑冰多發(fā)地段，因此，在長度超過1km的隧道口加密布設(shè)11套路面結(jié)冰觀測自動監(jiān)測儀，按物理間距在其他路段再布設(shè)3套，合計：14套單要素監(jiān)測站。

3.2.3交通氣象監(jiān)測站設(shè)備類型

(1)各氣象要素監(jiān)測性能指標(biāo)（見表1）

(2)設(shè)備組成

高速公路惡劣氣象條件監(jiān)測站點采用全要素監(jiān)測儀、單路面結(jié)冰監(jiān)測儀兩類設(shè)備。觀測設(shè)備中涉及的傳感器主要包括能見度、溫度、濕度、風(fēng)向、風(fēng)速、雨量、路面結(jié)冰等要素。采集器由一個主采集器、若干個分采集器、智能傳感器組成，分采集器、智能傳感器的數(shù)量根據(jù)測量要素需要而確定。

太陽能供電系統(tǒng)由太陽能電池板、太陽能控制器、蓄電池構(gòu)成，采集單元、數(shù)據(jù)通訊單元等均通過蓄電池供電維持工作。當(dāng)有太陽光照射時，給蓄電池充電，夜間或陰雨天時，蓄電池放電保證設(shè)備工作。根據(jù)負(fù)載的大小即采集要素的多少來決定太陽能電池板和蓄電池的容量，連陰雨天氣應(yīng)能維持正常運行30天。

無線通訊模塊采用通用的GPRS/CDMA或3G無線通訊，通過數(shù)據(jù)線和采集器相連接，采集單元和通訊單元單獨運行。采集器將數(shù)據(jù)按指定數(shù)據(jù)格式按最密每分鐘1次的間隔傳到通訊模塊后，通訊模塊自動撥號上網(wǎng)、自動傳輸數(shù)據(jù)、自動判斷是否成功傳到中心服務(wù)器。通訊模塊設(shè)計存儲單元，如果數(shù)據(jù)傳輸不成功，則自動將數(shù)據(jù)存儲起來，下次網(wǎng)絡(luò)連通時自動重新傳輸直到成功。

4 結(jié)論

（1）道路結(jié)冰監(jiān)測站的布設(shè)間距應(yīng)根據(jù)高速公路沿線氣候條件和地貌特征相對應(yīng)，道路結(jié)冰多發(fā)地區(qū)，監(jiān)測站的間距為10～15km，道路結(jié)冰偶發(fā)地區(qū)，監(jiān)測站的間距為20～50km，道路結(jié)冰多發(fā)的山區(qū)和水網(wǎng)地區(qū)，監(jiān)測站的間距為3～5km。

（2）高速公路路面結(jié)冰監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)備應(yīng)包含高速公路全要素氣象監(jiān)測儀和單路面結(jié)冰監(jiān)測儀兩類設(shè)備，從路面氣象實況實時監(jiān)測到路面結(jié)冰天氣成因數(shù)據(jù)采集，全面構(gòu)架路面結(jié)冰監(jiān)測系統(tǒng)。

（3）應(yīng)全面考慮監(jiān)測設(shè)備能源、通訊、安全方面問題，條件允許情況下監(jiān)測站點采用交流電，或者采用蓄電池配合太陽能供電；布設(shè)站點應(yīng)具有穩(wěn)定的通訊信號，確保數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定性；最后還應(yīng)充分考慮監(jiān)測設(shè)備的防雷以及人為破壞等因素。

[1] 王景紅.西漢高速公路氣象保障服務(wù)系統(tǒng).陜西氣象,2004(06).

[2] 王建鵬.西漢高速公路氣象保障服務(wù)預(yù)報技術(shù)淺析.陜西氣象,2007(01).