江蘇智慧交通氣象2.0實踐與探索

文/圖 江蘇高速公路聯網營運管理有限公司 曹小峰 江蘇省氣象局 嚴明良

江蘇高速公路通車總里程達5037公里，日均流量212.45萬輛次，路網密度位居全國第一，路網流量位居全國第二。因地處東部沿海地區，江蘇高速公路沿線濃霧、雨雪冰凍、強降水等氣象災害頻發，交通安全風險交織疊加，高速公路應急管理面臨巨大挑戰。

早在1996年，江蘇首條高速公路——G42滬蓉高速公路上海市至江蘇省南京市段通車以來，江蘇已率先開展交通氣象科研探索實踐，并建成我國首條具有示范作用的高速“氣象路”；2011年至2016年間，江蘇交通控股有限公司（以下簡稱“江蘇交控”）與江蘇省氣象局通過“共建、共享、共營”方式，在全省高速公路沿線共計建成302個氣象站點，形成了全國首個完善的高速公路氣象監測網，為道路安全保暢提供了支撐。“十四五”開局以來，為落實《交通強國江蘇方案》和五部委《“十四五”交通氣象保障規劃》工作部署，江蘇交控與江蘇省氣象局進一步深化合作，積極推進大數據、人工智能等技術在精細化預報、霧情冰情預警等方面的研究和應用，相關成果已在江蘇高速應急調度、道路養護施工等方面取得了良好成效。

團霧信息提早知

團霧被稱為高速公路的“流動殺手”，是連環追尾重特大交通事故的主要誘因。根據公安部數據顯示，全國高速團霧重點易發路段有3188處，里程達2.3萬公里，僅江蘇境內就有90多處，對高速行車造成極大的安全隱患。由于團霧的產生具有較強的流動性和突發性，傳統監測難以進行準確的預警預測。為解決團霧監測問題，江蘇交控與江蘇省氣象局聯合開展大霧圖像識別技術研究與試點工作，搭建高速公路團霧預警系統。

團霧預警系統依托江蘇高速7000余路道路監控視頻資源，采用卷積神經網絡、深度學習等大數據技術，構建晝夜霧識別模型，對不同類型、不同角度、不同能見度等級的568萬張道路場景圖像進行訓練、分析、計算，實現了對團霧的無死角自動捕捉、能見度等級自動判別，檢測出的團霧信息會立即有系統向值班人員自動推送。為保證團霧預警的可靠性，系統后臺采用交叉驗證方式，對檢測數據、交通氣象站能見度數據、人工標定圖像數據等多源數據進行比對分析，并根據比對結果持續調優模型參數、網絡結構，不斷提升算法識別率和準確性。

江蘇高速公路團霧預警系統

“早一分鐘發布團霧預警信息、采取有效的管控措施，就可能減少一起事故的發生。”這是團霧預警系統研發的首要目標，相關研究成果目前已在京滬高速江蘇段落地試用。2021年以來，團務預警系統已累計為江蘇高速提供預警信息640余條，團霧檢出率為100%，準確率達100%。系統及時、精準的報警信息，為交警、執法、江蘇交控“一路三方”提前決策、超前部署提供了依據，大大前置了道路管制、應急處置的時間，試點路段也因此受益，由團霧引發的交通事故發生率降低了50%。

路溫變化精準繪

江蘇屬于亞熱帶季風氣候，夏季炎熱、冬季寒冷，路面溫度過高或過低，都會對行車安全產生重大影響，尤其在冬季，路面經常會出現結冰甚至暗冰等氣象災害，易造成車輛失控、交通擁堵等問題。據統計，江蘇每年冬季發生的交通事故，因道路結冰引發的事故約占總量的35%。然而，受植被、道路材料等不同因素的影響，相鄰路段的路溫也會產生較大溫差，由于難以準確把握、描繪路溫變化趨勢，造成傳統手段無法精準預警異常路溫。為解決冬季結冰問題，江蘇交控與江蘇省氣象局共同研討構思，搭建了一套精準可靠的路面低溫結冰監測預警系統。

該系統利用熱譜地圖測量技術對江蘇高速路網展開基礎路溫普查，通過收集路溫原始數據，讓路面溫度變化有跡可循；通過對采集到的原始數據進行解析、校正，利用數據擬合、趨勢分析等大數據分析方法繪制路面溫度分布特征圖，結合路面高溫熱譜地圖剖析路溫異常原因；通過移動觀測設備、氣象站24小時不間斷獲取實時數據，計算分析路面溫度變化，及時感知路面異常低溫點位，同步向調度、養護等相關單位作出預警。

基于熱譜地圖的路溫測量系統

路面低溫結冰監測預警系統創造性地解決了道路結冰觀測難的問題。道路結冰預警技術的應用，使道路結冰預警時效提前了24小時，為江蘇高速及時展開道路除冰工作、采取管制措施提供了有利條件，也為道路養護施工時機研判提供了決策依據。目前，江蘇高速交通處置環比縮短無效封路時長1小時，在有效提升高速公路通行效率的同時，減少了因道路管制、交通事故產生的損失約1500萬元。

氣象數據實時報

交通氣象探索實踐突破了團霧監測、結冰預警等關鍵技術，有力支撐了針對惡劣天氣的道路管制與應急安全管理。江蘇交通控股有限公司 供圖

自2014年開始，江蘇交控與江蘇省氣象局便建立了常態化的聯動會商機制。江蘇省氣象局為江蘇高速提供交通氣象日報，交通氣象趨勢預報，災害天氣臨近、消散預報等13類區域性的氣象預報服務，通過傳真、PDF等方式定時發送相關氣象專報。江蘇省調度指揮中心按照氣象專報內容采取相應等級的管制措施，通過“一路三方”協同配合，為江蘇高速路網的安全暢通提供了保障。

隨著路網精細化管理要求的不斷提高，區域性、文字化的天氣預報方式已經不能滿足“一路三方”針對惡劣氣候提出的精準預警、超前管控、快速處置的要求。在江蘇交控與江蘇省氣象局的共同努力下，江蘇交通氣象推出了高速公路精細化預報數字產品，創新采用尺度數值預報模式、全球數值預報模式（GRAPES）等方法，建立了覆蓋長三角地區的“1公里”精細化網格預報系統；針對江蘇高速的地形和位置，將大氣狀況數據處理、演算為路面狀況數據，為江蘇高速提供精確到公里級能見度、路面狀況、結冰潛勢、水膜厚度、道路橫風、路面高溫等方面的氣象預報。

精細化預報數字產品的應用，一是解決傳統氣象預報顆粒度過大的問題，為“一路三方”提供精細到路段、樁號的多要素氣象信息，使“一路三方”能夠根據不同路段的天氣狀況，細化交通管控方案，實現“一路一策”調度資源的精準調配；二是為“一路三方”創造并提供實時查看氣象數據的條件，通過江蘇高速智慧“高速大腦”“掌上數智高速”等管理決策系統實時對接、展示精細化氣象預報數據，便于江蘇高速路網各個單位同時在線查看關注點位的實時氣象信息，推動氣象預報與高速公路業務管理緊密結合、交通氣象逐步向數字化、精細化轉變。

精細化網格氣象預報

江蘇智慧交通氣象探索實踐突破了團霧監測、結冰預警等關鍵技術，有力支撐了江蘇高速針對惡劣天氣的道路管制與應急安全管理。根據全國行業氣象服務效益評估報告提供的數據顯示，全國公路交通行業氣象服務貢獻率為1.87%，江蘇公路交通行業氣象服務貢獻率為2.06%，高出全國平均水平0.19%。不僅如此，江蘇交通氣象技術水平的提升也間接提高了當地物流倉儲企業的營收能力，在貨運方面的經濟效益尤其明顯。

未來展望

“天文豈易述，徒知仰北辰。”江蘇交通氣象要實現“知天知地”的目標還需要持續進行深度挖掘探索。下一步，江蘇交控與江蘇省氣象局將在現有成果的基礎上，繼續針對影響交通安全的濃霧、路面結冰等主要交通氣象災害，從三方面建立更加完善的高融合、精細化、多模式、智能化交通氣象監測與預報預警技術。拓展智慧交通氣象應用場景，為高速公路道路養護時機預測、病害預防等提供精細化的氣象分析產品，為公眾提供定制化的高速公路氣象預測服務等；探索智慧高速背景下，“交通+氣象”的融合應用，研究基于惡劣天氣智能監測的道路誘導設備應用、智慧高速氣象無人機監測與預警技術，以及基于高速公路的氣象數字孿生技術等，打造準全天候可通行的智慧高速試驗區；完善“一路多方”管理機制，強化交警、執法、省氣象局、江蘇交控等單位（部門）的聯勤聯動，形成“一路多方”協同管理機制，聯合制定惡劣天氣處置規范、惡劣天氣交通應急調度行業標準規范等，通過完善機制為江蘇智慧交通氣象發展保駕護航。