福州地區高速公路霧區監控預警系統的探討*

王 敏

(福建船政交通職業學院信息技術與工程系，福建 福州 350007)

福州地區高速公路霧區監控預警系統的探討*

王 敏

(福建船政交通職業學院信息技術與工程系，福建 福州 350007)

高速公路霧區的交通安全是一個世界性的問題，每年由霧引發的交通事故導致的經濟損失十分巨大.因此，提高霧天低能見度條件下高速公路的交通安全水平并保證公路交通的暢通與安全，具有十分重要的社會和經濟意義.對福州地區高速公路霧區監控預警系統的設計進行探討.

高速公路;霧;監控;能見度;GPRS

近年來，我國高速公路的發展十分迅速.高速公路是國民經濟和社會發展中的重要基礎設施，是一個國家現代化水平的重要標志之一，同時，高速公路以其高效、快捷、便捷等優點，在我國交通運輸領域發揮著舉足輕重的作用.但交通運輸會受到氣象條件的影響和制約，在突發性的氣象災害條件下，高速公路上極易發生交通事故.在我國，大霧是造成高速公路交通事故最嚴重的災害性天氣之一.高速公路車速快、車流量大、全封閉，車輛不得任意減速和停車，一旦因霧導致能見度下降，駕駛員猝不及防，容易發生判斷和操作失誤，造成多車連環追尾等災難性交通事故，危及人身安全，并帶來巨大的經濟損失.隨著中國高速公路里程的不斷增加，因霧導致的交通事故越來越多，如何減少濃霧對高速公路運營的影響并提高安全行車能力，已經成為中國高速公路建設中必須解決的問題.

1 高速公路濃霧監測預警的必要性

根據《福州市干線公路網規劃(2008—2020)》，至2020年末，福州高速公路里程將達765公里，較2010年榕計劃實現全市在建和通車高速公路里程達378公里的目標，翻了一番還多.屆時，將形成能有效支撐“一區兩翼雙軸”的市域城鎮體系和產業空間格局，引導福州“東擴南進，沿江向海”跨越式發展，構建起高速便捷的集疏港干線公路系統，把福州市建設成為海西地區重要交通樞紐.

中國近海是西太平洋多霧區之一，主要霧區在北部灣、粵、閩、浙沿岸直至黃海，連成多霧帶.霧是飄浮在貼近地面氣層內的大量小水滴或冰晶，能造成低層空間透光性能降低，形成低能見度惡劣天氣，從而對高速公路行車造成嚴重影響［1］.大霧常常導致高速公路關閉或車輛限速行駛，延誤行車時間，造成巨大經濟損失，對海西發展極為不利.為了確保高速公路安全暢通，特別是在突發性的氣象災害條件下能發揮作用，盡量減少主觀判別，就需要加強必要的科學預警措施.為此，交管部門需要獲取基本的氣象信息，其中應包括霧況信息，這是濃霧天氣下高速公路應急指揮方案的基礎.

霧區高速公路為線形結構物，沿線所經地區的地形、地貌、水文和氣候環境有較大變化，而霧的形成和發展過程與上述因素息息相關，因此高速公路沿線的霧況也會不斷地變化.此外，只有高速公路沿線一定寬度范圍內的霧才會對高速公路的交通安全產生影響.鑒于以上兩個因素，公共氣象部門提供的大尺度和中尺度霧況預報不能滿足高速公路交通安全系統的要求，這就要求高速公路建立自己的霧觀測體系.

由于大霧對高速公路交通安全的嚴重影響，而通過路政巡查等人工監測很難及時、完整地了解高速公路各分路段的能見度情況，尤其是很難對局部地區團霧進行檢測.因此，提高高速公路在霧天低能見度條件下的交通安全水平，保證運輸的暢通和安全，其中一個重要的方面就是必須建立高速公路霧區監控預警系統［2］，目的是為了實時快速檢測高速公路沿線路段霧情，尤其是局部地區的團霧，從而降低事故率，減少高速公路因霧關閉時間，降低經濟損失.

2 通用分組無線業務技術

由于霧的突發性和波動性，高速公路防霧預警系統檢測模塊采集到的信息必須及時準確地傳送到數據中心，以便實時地對霧情進行檢測預警.在本系統我們選用了公網的通用分組無線業務 (General Packet Radio Service，GPRS)，通過移動通信網絡實現信息的傳遞.

GPRS是通用分組無線業務的簡稱，它是第2.5代移動通信系統，是在現有GSM系統上發展出來的一種新的承載業務，為GSM用戶提供分組形式的數據業務，能兼容GSM網絡并在網絡上更加有效地傳輸高速數據和指令［3］.GPRS是在GSM系統基礎上引入新的部件而構成的無線數據傳輸系統，它的基本功能是在移動終端和Internet網絡的路由器之間傳輸分組數據.

GPRS與GSM電路交換相比，非常重要的優點是引入了分組交換能力.利用GPRS進行數據傳輸具有∶“永遠在線”、“按流量計費”、“快捷登錄”、“高速傳輸”、“自如切換”等優點.GPRS克服了電路交換型數據傳輸速率低、資源利用率差的缺陷，也不像短消息USSD那樣無法適應大量數據應用而僅適合于少量突發數據應用.

3 高速公路霧區監測預警系統總體設計

本系統設計方案為在高速公路沿線布設氣象自動站，利用氣象傳感器采集霧濃度等氣象要素，利用GPRS無線傳輸方式，將氣象數據采集到計算機終端，經監控中心的計算機系統分析、處理及人工決策，得到霧況信息.系統同時把霧況信息傳遞給交管部門，由交管部門根據實際情況制定適當的管理控制方案，然后通過信息發布系統傳遞至出行者，從而建立高速公路霧區監控預警系統來保障行車安全.

根據高速公路沿線的地理條件和霧多發地段分布情況，根據國家氣象局的建議，需要在高速公路沿線每5公里設置一個的防霧預警檢測點，實時掌握局部地段能見度的變化，通過分析和處理，才有可能實現高速公路全路段的霧情實時監測和預警.

本系統由控制中心站與防霧預警檢測點兩部分組成.防霧預警檢測點即霧區濃度觀測站，系統結構如圖1所示.

圖1 系統結構圖

控制中心站通過固定的公網口與防霧預警檢測點通信，實現數據的無線遠程實時傳輸，并對采集信息進行統計、分析等整編處理，得到霧況信息，提供給當地交管部門作出決策.

霧區濃度觀測站是指分布于高速公路沿線的觀測站點，觀測站點采集終端上的氣象要素(能見度)傳感器能夠實現能見度的采集、計算、存儲，并可通過GPRS模塊與控制中心站進行雙向通信，接收中心站的命令并自動將觀測數據等信息定時或實時地傳送到中心站，由中心站進行加工、分析等整編處理.

4 霧區濃度觀測站信息采集

霧區濃度觀測站也叫做自動站數據采集終端，它不需要人工觀測，氣象數據(能見度)的獲取主要通過氣象傳感器自動采集實現.

本系統中霧區能見度數據的采集采用的是ZQZ－A型自動氣象站.它是對地面氣象數據進行實時采集、計算處理、數據存貯和傳輸的自動天氣觀測系統［4］.

ZQZ－A型自動站由傳感器、數據采集器、后備電源、通信機和電纜等組成，如圖2所示.

圖2 ZQZ－A型自動站基本結構示意圖

ZQZ－A型自動站有風向、風速、雨量、氣溫、濕度、氣壓六要素，在某些特定區域需要測量能見度數據，即采集能見度要素，也稱為七要素自動站.

高速公路霧區監控預警系統中，最主要的氣象信息就是霧的濃度，即是能見度要素，因此，在ZQZ－A型自動站中，只需保留能見度傳感器即可.能見度傳感器將單位霧濃度的變化轉換成電量的相應變化.這種變化由單片機控制的數據采集器所采集，經過預處理后得出能見度的實時值，然后通過通信機傳輸到控制中心站的微機上.控制中心站的微機對觀測數據進行處理，得到高速公路各路段的霧況信息.

5 結語

本文基于福州地區高速公路局部地區實時霧區監控預警的需求，設計研究了基于GPRS的高速公路防霧預警系統，該系統可以自動實時檢測高速公路沿線局部地區霧的濃度，尤其是檢測團霧的生消，從而使得交管部門可以及時獲取信息，并采取防范措施，從而減小高速公路由于霧而產生的安全隱患.

本文所提方法對高速公路霧區監控預警系統的相關技術和實現方案進行了初步的探索，但總體上還有待于今后的實踐進一步的完善.例如，如何結合福州地區高速公路交通管理特色，進行霧區監控預警系統的后處理，也需要各交管部門通力合作，以期從根本上解決濃霧對高速公路的嚴重危害，更好地保護人民的生命財產安全.

［1］袁成松，卞光輝，馮民學，等.高速公路上低能見度的監測與預報［J］.氣象，2003，29(11):39 －40.

［2］湯筠均，高海龍，張巍漢.高速公路霧區監控系統結構方案的研究［J］.公路，2005，(8):27－31.

［3］文志成.GPRS網絡技術［M］.北京:電子工業出版社，2005.

［4］中國氣象局檢測網絡司.氣象儀器和觀測方法指南(第六版)［M］.北京:氣象出版社，2005:5－8.

(責任編校:晴川)

U491.5

A

1008－4681(2011)05－0075－02

2011－06－16

福建省氣象科技基金(批準號∶201033)資助項目.

王敏(1976－)，女，重慶人，福建船政交通職業學院信息技術與工程系講師，碩士.研究方向∶多媒體技術.