高速公路气象监测预警系统设计方案

高速公路气象监测预警系统设计方案

一、项目总体概述及系统构架

1．应用背景

近年来，我国高速公路建设的发展非常迅速，自1988年建成我国第一条高速公路以来，到2007年底，我国高速公路通车里程接近4.5万公里，继续保持世界第二位，仅次于美国。根据《国家高速公路网规划》，我国将用30年时间建设“七射九纵十八横”的高速公路网，总里程将达到8.5万公里，形成“首都连接省会、省会彼此相通、连接主要地市、覆盖重要县市”的高速公路网络，连通全国所有重要的交通枢纽城市，包括铁路枢纽67个、水路枢纽50个和公路枢纽140多个，将覆盖10多亿人口，直接服务区域的GDP占全国总量的85%以上高速公路的发展对国民经济产生了越来越重要的影响。

但天气条件的变化，特别是极端恶劣天气条件，给高速公路的车辆行驶带来了巨大的风险，不仅严重影响交通运输，而且还造成国家财产和人民生命财产的严重损失。所以道路天气条件监测是高速公路科学运营的一个重要依据，雨、雪、雾、积雪、结冰等情况对高速公路的运营都有直接的影响。气象条件对交通的影响表现在很多方面。主要表现在改变路面的物理性质、观察视线、车辆自身安全等方面。主要灾害及影响有：

A、雾 雾主要通过降低能见度而引发交通事故。在我国大部分地区引起的恶性交通事故的天气现象中，雾的影响最大。大雾特别是<50米的超低能见度的灾害性浓雾是引起重大交通事故的重要原因，往往引起数辆甚至数十辆汽车的连续追尾。大雾常常造成重大车辆损失和人员伤亡，导致高速公路限速或关闭，延误行车时间，造成巨大经济损失。

B、降雨 降雨也是影响高速公路交通安全最常见的气象要素，它使路面附着系数降低，导致汽车制动距离增加，易发生车辆侧滑和控制失灵从而危及行车安全。同时降雨使能见度降低，司机视线模糊不清，导致驾驶失误。此外，降雨过后，路面如有积水或干湿不一，路面摩擦系数不均，车辆制动性变差，从而引起交通事故。在山区，暴雨还常常引发山洪、山体塌方或泥石流，从而导致车辆被冲，桥梁垮塌，道路被毁；在平原和盆地，暴雨常常引发洪涝，导致道路被淹，交通受阻。

C、冰雪 冰雪与降雨一样，漫天飞舞的大雪使能见度降低，而且一旦路面积雪被压或是白天在阳光照射下融化，夜面路面降温结冰，造成里面路面摩擦系数显著降低，严重影响车辆的操作和制动性能，使控制失灵，车辆发生空转、打滑或侧滑，从而危及行车安全。

D、大风 大风对于车辆行驶阻力、能耗、抗侧向倾翻及抗滑移性能都有很大影响，特别是侧向大风对高箱、双箱汽车的行驶影响尤甚。大风会引起沙尘暴、扬沙、吹雪、浮尘等天气，影响高速公路能见度。大风易使路边树木、杆线类等折断阻塞交通，易使塑料类、干草类、丝状物类等漂移到路面上引起车辆打滑、失控；易使灰尘、扬沙、尘卷影响视线造成交通事故。

E、霜冻 公路路面有霜时，路面摩擦系数接近于雪面，雨后结冰同雪面结冰的物理性质一样，从而引发交通事故。

F、高温 高温天气同时受吸热、摩擦及汽车尾气等的影响，高速公路路面温度比气温高得多，有时高达六七十摄氏度以上，汽车轮胎因此受热，使胎内气压升高，长途高速行驶，极易引起\爆胎\。高温直接影响司机的生理、心理和精神状态，无空调车更易疲劳，注意力不集中甚至中署。

2005年7月，中国气象局与交通部在北京签署了《共同开展公路交通气象预报工作备忘录》，双方将开展合作，建立科学高效的公路交通气象信息预测、发布机制，向社会公众提供准确、全面的公路气象信息，避免公路交通延误，减少恶劣天气诱发交通事故。

中国华云技术开发公司作为中国气象局探测设备龙头企业，针对高速公路气象环境监测的发展方向，开发研制出了一套适合我国高速公路气象环境监测的实时监测系统??高速公路气象监测及预警系统（HMWS）。目前已经成功在山东、河北、贵州等省的高速公路路段上建成，并成功投入使用。 2、高速公路气象监测及预警系统（HMWS）系统功能及构成 2.1 系统功能

高速公路气象监测及预警系统（HMWS）是充分利用现代科学技术，是专为交通气象监测服务而特别设计的一套应用解决方案。它以能见度（雾）及道面状况(路面温度、积液深度、冰百分比等)监测为核心，并同时测量相关的基本气象参数（温度、湿度、降水量、风向、风速、气压等）。主要用于及时发现各路段及关键点的各种异常交通环境因素变化和气象状况，将数据信息及时传送到高速公路气象灾害预警中心站，为气象监测服务和交管部门提供实时的决策科学依据，并将实时气象条件及气象预警信息发送至路面信息显示屏，为高速公路上行驶的车辆提供实时气象信息和服务。 实践证明，通过在高速公路道路监测工作中应用该系统，不仅可以提高气象监测部门监测数据的专业性和监测要素的多样性，而且可以极大提高交通管理部门应对突发天气状况（如大雾，大雪，暴雨等）决策的准确性并且提供预先实施交通疏导方案的数据依据，是气象监测服务和交管部门工作的有力保障，有利于道路交通的安全性的进一步提高。

2.2高速公路气象监测及预警系统（HMWS）组成

华云公司针对我国高速公路沿线气象环境监测预警需求而开发的道路气象环境灾害预警系统，主要包括高速公路气象与环境监测系统（HMS），高速公路气象灾害预警发布系统（HMI）及高速公路气象环境灾害预警中心站（HMC）三

部分构成。其中高速公路气象环境监测系统主要包括各种气类型象要素监测自动站、高速公路沿线外部气象站网数据及天气预报信息输入等部分构成，高速公路气象灾害预警发布系统主要包括道路电子警示牌及公众媒体发布渠道构成；高速公路气象环境灾害预警中心站为整个系统的数据接收及发布控制中心。 3.高速公路气象监测及预警系统（HMWS）系统设计原则

在我国，交通部门与气象部门联手展开了“公路气象灾害预报预警体系”的专项研究，形成了广泛共识。综合考虑我国国情和高速公路的发展趋势，我国高速公路气象环境监测在设计上侧重考虑以下几个方面：

A、气象与交通行业信息共享平台的建立

气象行业背景场形势与高速公路沿线气象与环境要素的监测实况应该在一个统一的信息平台下加以利用，以形成优势互补。两行业在网络上构筑信息通道，以便实时导入国家基础气象台站的实况资料和天气预报信息，这两部分信息将构成本系统的基础信息之一。

B、灵活高效的公路沿线监测子站的布设

应在沿线相对均匀地布设一定数量的气象环境综合监测站作为数据基准参考站，所谓气象环境综合监测站就是要素相对比较全；所谓基准参考站就是要求该站的数据完整性、准确性相对比较高，以便今后对其进行沿线气象环境特征的分析和研究。

应在雾多发地段加密布设能见度监测子站；在阴面容易结冰、低洼容易积水等地段加密布设路面状况监测子站。此外，还应该布设一定的气温、地温监测子站以便监测高温。

应适当布设常规自动气象站以强化沿线的气象背景场信息。

高速公路沿线的摄像装置、通信装置是本系统的重要的、有益补充手段，能在许多特殊时刻发挥重要作用。

C、及时的灾害实况及预警发布系统

应建立适合交通部门的短时预警模式，以气象背景场和沿线实况为输入，实时运算出交通气象灾害爆发几率，并及时通过沿线电子警示牌和各种公众媒体发布公路气象灾害情况和预警等级。 D、系统性与规范化 为了确保系统的有效性，实现基础气象信息的导入，必须遵守已形成的行业标准并签订共同遵守的规范，使系统能结合气象部门和交通部门两方面的优势，共同为社会提供优质的交通气象保障和服务。基础数据库要求采用统一的数据结构规范模式，保证数据的统一性、完整性和有效性，做到数据采集制度化、信息形式标准化、信息内容系统化、信息储存档案化。以达到信息横向、纵向贯通一致、数据共享的目的。

第二部分 高速公路气象信息监测站（HMS）

1. 高速公路气象信息监测站整体介绍

高速公路气象信息监测站能够精确、及时地监测道路环境状况，并且能够与高管部门的其它监控子系统相结合，实现智能化的交通保障网络系统，为高速公

路管理部门针对公路的开放、封闭、维修保障等决策提供了重要依据。该系统可对能见度、路面状况、风向、风速、温度、湿度、雨量等要素进行自动监测。 高速公路气象信息监测站功能特点：

全自动数据采集、传输及监控，可长期无人职守。 能够在各种恶劣的环境下长期稳定运行。

监测项目全，能够对雾、路面结冰、积雪等高速公路所需的各种监测要素进行实时监测。

采集处理核心单元采用具有国际先进水平的实时多任务嵌入式系统，能实现国外目前成熟产品的各种功能并可以根据用户的要求进行系统定制。

该系统采集精度高，可靠性好，具有高度的智能化和灵活性。其性能价格比远远高于国外同类产品。 应用选配方式： 观测要素：

能见度、路面等环境参数可任意增减组合，温、湿、风、雨等气象参数可根据需要选配。

传感器接入方式：

模拟信号、数字信号、串行口等几种接入方式。

供电选配：

提供交流、直流等多种供电方式。

通信选配：

可选配当前各种类型的通信接入设备，对有线、无线、短信等通信手段提供良好的接口，支持TCP/IP等协议。

可配接显示屏 系统基本指标：

工作环境

温度：－50℃～＋50℃ 湿度：0～100% 时钟精度 <0.03秒/天 25℃ （支持上位机自动校时） 防雷性能

雷击感应电压小于5KV 雷击感应电流小于1700A 响应时间小于10-12秒

数据存储

整点数据可存约100天

供电 交流220V 50HZ

可靠性

平均无故障时间>5000小时 检定日或标校周期1～<>

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