交通氣象跨領域研發 助力公路管理服務提質增效

文 云南省交通規劃設計研究院有限公司交通災害技術研究分院、陸地交通氣象災害防治技術國家工程實驗室 胡澄宇

供圖 北京市交通委員會延慶公路分局 李慶彬

公路氣象監測的技術落腳點可以從監測預警和主動智能防控兩方面著手，推進“交通+氣象”深度融合研究。

公路在承載著巨量客貨運輸需求的同時，也不可避免地需要面對冰、雪、雨、霧、風等惡劣氣象帶來的負面影響，包括通行環境、車輛駕駛員心理及車輛性能等在內都受到了不良影響，進而公路的安全性與通暢性也產生了隱患，公路設施甚至存在損毀風險。

《交通強國戰略研究》中的智能交通發展戰略和交通安全發展戰略均提到，要運用先進的技術作為提升交通安全的重要手段。其中，交通安全與氣象數據的跨界融合是智能研判系統實施路徑中的重要組成部分。

在惡劣氣象極易損壞交通基礎設施，路網運行存在安全隱患的情況下，公路交通迫切地需要應用先進的理論、技術和實驗手段防災減災。陸地交通氣象災害防治技術國家工程實驗室（簡稱“交通氣象防治國家工程實驗室”）應運而生，并積極開展跨領域的研發工作，推動防災減災、應急保障科研成果的轉化應用。

交通氣象監測預警 提升公路管理效能

根據惡劣氣象環境下公路管理的需求，可以從交通氣象站布設與監測、智能預警、路段公路管理與路網運行技術支持等方面出發，建立交通氣象監測與技術體系。

監測診斷

惡劣氣象不僅是公路養護的難題，也是對公路運輸安全發起的挑戰。

交通氣象監測手段智能化是實現公路全天候監管的基礎，而交通氣象站布設與監測是科學診斷惡劣氣象環境下公路通行狀況的骨架基礎。監測數據的穩定性和準確性則是開展智能化預警服務的重要條件，在交通氣象站建設、運營維護的過程中，應綜合分析惡劣氣象的類型、分布及公路交通等，開展多源數據的陸地交通氣象災害綜合風險診斷與監測站網假設體系研究，構建合理可行的維護校準機制，通過“風險診斷—站點布設—監測識別—智能預警”的交通氣象監測預警技術體系的研究與轉化，為惡劣天氣下的預警服務、主動防控措施的實施等提供數據基礎。

智能預警

在公路管理中，路面低溫結冰、積水等抗滑性能下降、低能見度視程障礙、路面積水等問題是影響通行較突出的因素，可以結合移動交通氣象快速采集系統和交通氣象固定站網監測，構建復合式移動交通氣象監測預警技術，通過冬季路面結冰短臨預警預報、大霧低能見度短臨預警預報、路面積水監測等技術手段，為路政、管養等部門全天候實時推送交通氣象、交通流、視頻等監測預警信息，可為管理部門在冬季、低能見度天氣下的交通管理、抗災保通等情況下提供決策支持和處置時間，節省了公路管理人員日常的巡檢成本，提升公路管理部門在惡劣氣象環境下的交通管理與處置效率，助力惡劣氣象環境下的公路精細化管理。

冬季路面低溫結冰短臨預警服務系統綜合了路面溫度熱譜地圖分析建模技術、基于隨機森林和長短時記憶網絡的路面溫度短臨預測技術與高速公路路面結冰短臨預報技術，可實現提前10分鐘或1小時的結冰風險預警。

大霧短臨預警技術方面，研發并應用了基于征兆因子的大霧短臨預警技術實現觀測站點分鐘級大霧預警；基于衛星的高原山區霧區反演識別算法，實現了2公里空間、10分鐘內的濃霧預警；基于深度學習的多特征融合視頻能見度識別技術，可實現觀測斷面能見度數值及分級的在線識別及實況預警，目前驗證準確率達90%。

交通氣象防治國家工程實驗室通過多年的研究，依托云南麻（柳灣）昭（通）高速公路，建設了13套自動化交通氣象站，開發了具有自主知識產權的“公路交通氣象監測預警與服務系統”，打造了交通氣象防治國家工程實驗室交通氣象監測試驗基地，同時為公路管理處、交警、路政等提供實時監測與預警信息，減輕了日常巡檢壓力和成本，并為寒潮等天氣災害下的抗災保通工作提供了技術支持。

多源數據整合支持路網運行管理

我國尚未在交通氣象災害預警預報領域形成完整的資源整合和共享體系。為提升交通氣象災害監測數據業務化、精準化實際服務供給能力，應通過公路、交通、氣象等多源數據建設綜合系統，為路網運行管理提供技術與決策支持。通過路網疊加氣象、交通氣象信息，以及數據匯接、管理，開展省域路網降水、能見度、風速、氣溫等氣象要素的實況監測和預報預警能力。基于歷史觀測數據的大數據分析能力，開展交通阻斷、重大節假日路網運行氣象部分的態勢研判等系列大數據分析，提前研判不利天氣對交通事故、交通流的影響，提取動態交通安全管理的重要決策參數，進而采用可變限速和流量控制、及時養護處置、快速應急管理等智能控制技術，主動調節雨霧條件下高速公路交通流運行狀態，可在“適當的時機、適當的地點、采取適當的方式、發布適當的信息”，盡可能減少不利天氣造成的影響和損失。

目前，交通氣象防治國家工程實驗室已在云南開展了交通災害監測數據應用中心建設與服務，其作為云南第一批“交通強國”試點任務，同時也是數字交通“綜合交通運行協調和應急體系創新”的重要組成部分。

主動智能防控技術 提升出行服務品質

針對惡劣氣象環境下高速公路行車條件提升的長期需求，從事前主動防控出發，新一代行車安全智能誘導與防撞預警系統、不利天氣可變限速協同控制系統等交通氣象行車安全主動防控裝備系統，大空隙排水路面、低冰點路面材料等新型技術手段，能從源頭上提升惡劣氣象環境下公路的通行條件，為惡劣氣象環境下的公路出行提供安全保障、提升服務品質。

低能見度行車安全智能預警系統

在團霧、強降水地區研發并應用低能見度條件下行車安全主動防控與智能預警系統，利用先進的無線通信組網和智能控制策略，實現追尾警示功能，為車輛提供前后安全車距警示區間，最大程度防止追尾事故發生。這項技術已在云南、貴州、江蘇等地的高速公路推廣應用，提高了低能見度下主動安全防控的應用水平。

主動式路面防結冰處置系統

針對局部單點路面結冰、黑冰等問題，研發并推廣主動式路面防結冰處置系統，通過路面結冰監測與短臨預測模型觸發系統，根據結冰的可能性和嚴重程度等自動控制噴灑寬度、角度、間隔等，以滿足公路路況要求。有關技術已在云南、陜西、山東、黑龍江等地應用，為冬季路面結冰智能化應急處置和保通等提供技術支持，提升了冬季公路通行安全性，降低了公路封阻概率。

自適應可變限速與信息協同控制系統

在惡劣天氣頻發區域，結合交通氣象、交通流、視頻等多源數據融合挖掘與關聯性分析，通過相對風險對比、災害累計統計等方式，建立交通氣象影響頻率分級、影響程度分檔的多層次分級技術，在此基礎上研發基于交通氣象影響分級的自適應交通管控與速度控制系統。通過交通氣象分級影響研判，結合交通流、視頻等數據判別交通運行狀態，實現了基于多源數據的公路車道級交通管控與速度自適應協同控制功能。為公路在惡劣天氣下的運營保障提供決策輔助。

低能見度公路管控車輛主動防控裝備

針對低能見度條件下養護路政等巡邏車輛安全行駛和路況巡檢的業務需求，研制低能見度公路管控車輛行車安全風險主動防控系統裝備，實現車輛定位、視野增強、防撞預警、危險提示、信息交互、安全輔助決策等功能，按照不同惡劣氣象級別的預警策略，提示和預警駕駛員行車時的安全風險；實現快速采集移動巡檢發現的交通事件等路況信息并一鍵上報；通過中心雙向通信和車載調頻廣播實施帶隊通行的策略。有關裝備適合應用于管理處、交警等管理車輛，通過傳感設備增加駕駛員對環境的感知能力，并及時預警行車風險，在輔助行車安全的同時，穩步提升通行效率。

排水瀝青路面技術

在多雨、易積水路段推廣采用大空隙排水瀝青路面技術。通過瀝青與高黏改性劑的“干法”復合改性工藝，在增強集料與瀝青黏結性能基礎上，確保瀝青路面具備適應公路單點暴雨頻發氣候的大空隙骨架結構。鋪筑完成的大空隙排水瀝青路面具有抗滑，降噪，明顯減少路表水膜和行車水霧等特點，在行車舒適性和行車安全性上較常規路面有顯著提升。

公路低冰點瀝青表層技術

在冬季積雪結冰路段可利用公路低冰點瀝青表層技術，在瀝青路面筑路材料中添加可以降低冰點的外加劑，替代部分礦粉，保持路面在低溫條件下不結冰，或降低結冰層與路面之間的黏結力，達到“小雪可融化、大雪不黏面、結冰可清除”的效果，提高了路面在冬季行駛的抗滑安全性能。

交通氣象防治國家工程實驗室結合云南地區的材料特性，根據減量化和精確化的原則，研發了低氯鹽和無氯鹽環保融雪劑材料，可有效降低路面的結冰點，最大幅度減小氯鹽對路面結構和周圍環境的腐蝕作用，起到了安全環保的作用。

開放創新 推進“交通+氣象”深度融合研究

氣象監測結合公路基礎設施的數字化技術發展，成為護航公路安全的先進手段之一。

公路交通氣象管理于提升整體公路管理效能及服務品質而言至關重要。目前，公路交通氣象尚處于信息化集成階段，缺少規范、穩定、可靠的觀測數據，缺少面向公路交通安全及通行效率提升的智能化模型算法，“氣象+交通”尚未實現深度融合。有必要通過精細化研判預警、突發事件智能決策支持和快速響應，面向管理與服務需求，建立多層次的出行與決策信息服務。

在創新轉化研究方面，應結合公路工程項目地理、氣象、公路的實際需求因地制宜，優化創新站網選址與監測、智能預警、主動防控等先進技術，并推動其落地應用。總結應用示范中發現的問題，不斷優化交通氣象研究，推進“交通+氣象”的深度融合，切實將創新成果應用于公路管理與出行服務中。

目前，關于公路交通氣象還缺少標準規范體系，有必要整合、梳理交通氣象標準化需求，逐步探索搭建標準交通氣象站網的安裝、運營、維護體系，爭取將相關成果轉化為行業標準，引領交通氣象領域的規范化、科學化、實用化發展，為高速公路交通氣象服務貢獻智慧和力量。