高速公路自動氣象站建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)研究與應(yīng)用

吳健 陸斌 張麗 沈玉亮

1.安徽省大氣探測技術(shù)保障中心;2.蕪湖市氣象局

截至2020年底,安徽省高速公路通車?yán)锍踢_(dá)4904公里,基本形成橫貫東西、直通南北的高速公路網(wǎng)絡(luò),有力支撐了全省經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展。2010年以來,安徽省高速公路沿線先后累計(jì)建成惡劣氣象條件自動氣象站1000余套。針對安徽已建成的高速公路自動氣象站運(yùn)行狀況研究,提出高速公路自動氣象站建設(shè)技術(shù)要求,包括站點(diǎn)類型、布局原則、設(shè)備組成、關(guān)鍵性能參數(shù)、數(shù)據(jù)無線傳輸方案及通信協(xié)議等方面。高速公路自動氣象站實(shí)際建設(shè)和運(yùn)行狀況表明,本文提出的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)有助于高速公路自動氣象站的規(guī)范化建設(shè),可實(shí)現(xiàn)對氣象要素觀測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確采集和可靠傳輸,是發(fā)揮交通氣象服務(wù)效益的基礎(chǔ)條件。

0 引言

截至2020年底,我國高速公路里程16.1萬公里,位居全球第一。安徽省首條高速公路合寧高速公路于1991年建成通車。截至2020年底,安徽省高速公路通車?yán)锍踢_(dá)4904公里,基本形成橫貫東西、直通南北的高速公路網(wǎng)絡(luò),有力支撐了全省經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展。

在全球氣候變化背景下,突發(fā)性氣象災(zāi)害多發(fā)頻發(fā),隨著我省高速公路通車?yán)锍痰目焖僭鲩L,大霧、暴雪、低溫雨雪冰凍、大風(fēng)、暴雨等災(zāi)害給我省高速公路交通運(yùn)輸造成了嚴(yán)重影響[1-3]。氣象條件已成為影響高速公路安全運(yùn)營的重要因素之一[4-6],這就迫切要求氣象部門提高高速公路交通氣象災(zāi)害監(jiān)測預(yù)報(bào)預(yù)警服務(wù)能力,減少惡劣氣象條件及其次生災(zāi)害對我省高速公路交通的影響,滿足高速公路交通安全服務(wù)需求,促進(jìn)相關(guān)行業(yè)抗御氣象災(zāi)害,保障社會公眾高速公路出行安全。在高速公路沿線建設(shè)自動氣象站,建立和完善高速公路沿線交通氣象觀測網(wǎng)絡(luò),可以及時(shí)、準(zhǔn)確、可靠地獲取交通氣象觀測數(shù)據(jù),為做好高速公路交通氣象預(yù)報(bào)預(yù)警及開展各項(xiàng)支持與服務(wù)提供基礎(chǔ)性支撐。從2006年開始,我國高速公路自動氣象站的布設(shè)進(jìn)入高速發(fā)展階段,江蘇、安徽、湖北等省進(jìn)行了積極探索,自動氣象站也逐漸成為高速公路建設(shè)、通車的標(biāo)準(zhǔn)配置[7]。

1 高速公路自動氣象站建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)的主要內(nèi)容

在高速公路沿線或服務(wù)區(qū)布設(shè)的自動氣象站,可實(shí)現(xiàn)高速公路沿線的能見度、風(fēng)向、風(fēng)速、氣溫、濕度、雨量等氣象要素的自動觀測。目前,高速公路自動氣象站(以下簡稱“高速公路站”)主要分為單能見度站和六要素自動氣象站。

1.1 適用范圍

主要適用于氣象部門、交通運(yùn)輸部門及其他相關(guān)單位在我省高速公路沿線建設(shè)和管理的、以服務(wù)高速公路安全運(yùn)行和公眾出行為主要目的的高速公路站。

1.2 布局原則

安徽省地跨長江、淮河南北,地勢西南高、東北低,地形地貌南北迥異,有平原、丘陵、山地等類型,且處于暖溫帶過渡地區(qū),天氣復(fù)雜多變[6]。我省高速公路站的布設(shè),既要考慮地形、地貌,又要考慮惡劣氣象條件頻發(fā)區(qū),還應(yīng)考慮后期維護(hù)便利和設(shè)備安全等因素[8]。

能見度是影響高速公路運(yùn)行最關(guān)鍵的氣象要素,單能見度站的布局密度尤為重要[9-10]。在兼顧均勻分布的原則下,應(yīng)充分考慮大霧/濃霧多發(fā)且路段相對固定,或曾因大霧天氣造成重、特大事故的個別路段、隧道、橋梁等特殊路段。對于上述路段,能見度要素可加密至3公里。

六要素自動氣象站可提供更為全面的大氣狀態(tài)信息,可用于惡劣氣象條的監(jiān)測預(yù)警。從氣象探測環(huán)境要求的角度分析,結(jié)合我省高速公路路網(wǎng)分布及高速配套設(shè)施狀況,優(yōu)先選擇高速互通立交、高速公路服務(wù)區(qū)作為六要素站建設(shè)站址。高速互通立交作為高速公路上的樞紐位置,具有占地面積大、植被狀態(tài)好、安全性有保障的優(yōu)勢條件。高速公路服務(wù)區(qū)基本按照均勻分布的原則設(shè)立,在觀測下墊面、供電、通信、安全保障等具備良好的條件。

對于其他類型的高速公路站,可布設(shè)在高速公路沿線或路肩的,參照單能見度站;對觀測場地有要求的高速公路站,參照六要素自動氣象站。

2018年,安徽省開展了高速公路全程視頻監(jiān)控管理系統(tǒng)建設(shè)。高速公路站與高速公路沿線視頻監(jiān)控點(diǎn)原則上錯位間隔布設(shè),最大限度提高監(jiān)測網(wǎng)覆蓋密度,滿足小尺度團(tuán)霧監(jiān)測需求;同時(shí)為提高大霧等級智能識別準(zhǔn)確率,可適當(dāng)選取部分站點(diǎn)與視頻監(jiān)控點(diǎn)同址建設(shè)。

1.3 選址要求

高速公路站的選址需綜合考慮高速公路沿線及周邊區(qū)域的地形、地物、供電、通信、安全、維護(hù)便利等因素[11],盡量遠(yuǎn)離建筑物、廣告牌、樹木5m以上,避免強(qiáng)光源直射光、反射光、散射光影響等,避免地勢低洼易積水區(qū)域,不宜布設(shè)在陡坡、臨近溝壑或其他不便于維護(hù)人員到達(dá)的地方。

單能見度站一般沿高速公路路肩或路邊布設(shè),可使用高速公路現(xiàn)有應(yīng)急電話亭基座。地面較為平整,地表植被與周圍環(huán)境一致。遇有山峰、峽谷、陡坡、急轉(zhuǎn)彎道等地勢突變情況時(shí),在道路走向或通行條件變化關(guān)鍵路段,單能見度站間距不受平均分布距離限制。選址時(shí)要兼顧通信、景觀、維護(hù)便利性、防盜防破壞等因素。

六要素自動氣象站優(yōu)先選擇高速公路互通區(qū)、服務(wù)區(qū)、出省交界點(diǎn)等作為建設(shè)站址,地面較為平整,地表植被與周圍環(huán)境一致,南北跨度不少于8m,東西跨度不少于6m,其中觀測場地大小為6m(南北)×4m(東西)。

2 主要技術(shù)要求

高速公路站主要由采集器、傳感器、供電系統(tǒng)、通訊模塊及外圍設(shè)備(支架、機(jī)箱、防雷設(shè)施、圍欄、標(biāo)識、管道與線纜等)組成[12]。各組成部分的相關(guān)技術(shù)指標(biāo)和性能應(yīng)滿足交通運(yùn)輸部、中國氣象局2012年印發(fā)的《公路交通氣象觀測站網(wǎng)建設(shè)暫行技術(shù)要求》。

結(jié)合安徽省省情及高速公路路網(wǎng)的實(shí)際情況,高速公路站還應(yīng)滿足以下要求:存儲器容量至少確保連續(xù)存儲1個月逐分鐘的所有觀測要素值、基本參數(shù)及工作狀態(tài)信息;高速公路站采用太陽能供電,蓄電池容量應(yīng)保證高速公路站在連續(xù)陰雨日天氣條件下自持時(shí)間不少于14天,太陽能電池板功率不小于150W;高速公路站通過無線通信方式與氣象部門觀測數(shù)據(jù)中心服務(wù)器進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)和指令傳輸,數(shù)據(jù)無線傳輸方案及通信協(xié)議應(yīng)符合《安徽省自動氣象站數(shù)據(jù)無線傳輸方案及通信協(xié)議》相關(guān)要求。

高速公路站各類傳感器應(yīng)選用具備中國氣象局氣象專用技術(shù)裝備使用許可證的型號。

3 探測環(huán)境與設(shè)備安裝

3.1 單能見度站

單能見度站使用獨(dú)立立桿安裝,空氣采樣區(qū)距離地面2.8m,傳感器部分南北向安置,接收單元朝北,發(fā)射單元朝南。安裝位置不受干擾光學(xué)測量的遮擋物和反射表面的影響,避免閃爍光源、樹陰、污染源的影響[12]。安裝時(shí)應(yīng)安裝避雷針。

3.2 六要素自動氣象站

為保證各儀器之間互不干擾,高的儀器安裝在北面,低的儀器須順次安裝在南面。站點(diǎn)四周應(yīng)設(shè)置圍欄,用于突出標(biāo)識設(shè)備運(yùn)行專用場地,減少外部人為干擾。儀器之間南北間距不小于2m,儀器距南北向圍欄不小于1m,距東西向圍欄不小于2m。儀器安裝在緊靠東西向小路的南面,人員從北面接近儀器。安裝時(shí)應(yīng)配套建設(shè)具有垂直接地體和水平接地體連接組成的地網(wǎng)。傳感器布局要求詳見表1。

表1 傳感器布局要求Tab.1 Sensor layout requirements

4 安徽省應(yīng)用情況

為強(qiáng)化對高速公路惡劣氣象條件的監(jiān)測預(yù)警,有力維護(hù)人民群眾切身利益,安徽省政府早在2009年就組織氣象、公安、交通、發(fā)展改革、財(cái)政、國資、安監(jiān)等在高速公路沿線建設(shè)了196個高速公路站。

2018年和2020年,安徽省再次在高速公路沿線大規(guī)模地建設(shè)了435個和541個高速公路站,在全國率先建成了高速公路惡劣氣象條件監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng),在全國發(fā)揮了示范效益。截至2021年6月底,安徽省高速公路沿線已建成1300余套高速公路站,六要素站點(diǎn)平均間距已加密至10km,對已排查的團(tuán)霧多發(fā)路段實(shí)現(xiàn)單能見度監(jiān)測3km間距全覆蓋。安徽省氣象部門開發(fā)了全省高速交警專用的手機(jī)App,并與安徽交通廣播合作開播了“出行氣象”節(jié)目。

安徽省高速公路惡劣氣象條件監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)自建成以來,在全省高速公路通車?yán)锍毯蛙嚵髁侩p增長的情況下,有效的降低了惡劣天氣下交通事故的發(fā)生率,全省高速公路一次死亡3人以上的較大交通事故起數(shù)和死亡人數(shù)同比分別下降50%以上。安徽省高速公路惡劣天氣監(jiān)測預(yù)警能力明顯增強(qiáng),在保安全、降事故等方面發(fā)揮了重要作用。

5 結(jié)語

建立和完善高速公路沿線交通氣象觀測網(wǎng)絡(luò),及時(shí)、準(zhǔn)確、可靠地獲取交通氣象觀測數(shù)據(jù),是做好高速公路交通氣象預(yù)報(bào)預(yù)警及開展各項(xiàng)支持與服務(wù)的基礎(chǔ)。本文主要對安徽省高速公路自動氣象站的建站技術(shù)要求及其在安徽省的建設(shè)應(yīng)用情況進(jìn)行了初步研究,后續(xù)可為相關(guān)單位做好高速自動站建設(shè)提供一些指導(dǎo)借鑒作用。

通過規(guī)范我省高速公路自動氣象站的建設(shè),可形成專業(yè)化、規(guī)?；?、現(xiàn)代化的高速公路交通氣象觀測網(wǎng)絡(luò),提高我省高速公路交通氣象災(zāi)害監(jiān)測預(yù)報(bào)預(yù)警精細(xì)化水平和準(zhǔn)確率,重點(diǎn)突出我省高速公路交通氣象災(zāi)害監(jiān)測和短時(shí)臨近預(yù)報(bào)預(yù)警,全面提升高速公路交通氣象服務(wù)能力。同時(shí)可建立健全氣象與交通運(yùn)輸、公安交管、運(yùn)營企業(yè)等部門間實(shí)時(shí)高效的信息共享、氣象災(zāi)害預(yù)警應(yīng)急聯(lián)動機(jī)制和日常聯(lián)動工作,提高我省高速公路交通氣象服務(wù)效益,減輕惡劣氣象條件給高速公路交通運(yùn)輸和公眾生命財(cái)產(chǎn)安全造成的損失,從而實(shí)現(xiàn)因惡劣氣象條件原因造成的高速公路交通事故數(shù)和死亡人數(shù)雙降低。

引用

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