高速公路交通气象监测预报服务研究进展

高速公路交通运输是国民经济建设和民众出行的大动脉,它对气象条件具有高敏感性。不利的天气条件易导致交通事故频发,造成财产损失和人员伤亡,已成为社会各界广泛关注的热点问题。本文系统梳理了国内外高速公路交通气象监测预报服务研究进展,重点介绍高速公路交通气象监测预报研究发展历程,分析几类恶劣天气对交通运输安全的影响与机理,最后探讨了中国特色高速公路交通气象监测预报预警服务系统建设的内容、特点及趋势。结果表明,以雾为主的低能见度、道路积雪和结冰、强降水等是影响高速公路安全运行的主要气象因素。本研究旨在促进我国交通气象学科的发展,提升现代化高速公路交通气象监测预报预警服务水平,并为科学决策道路建设、防范和应对交通事故、保障财产和生命安全提供参考依据。     

东北高速公路行车安全气象条件预报业务系统

概述了东北高速公路行车安全气象条件预报业务系统的总体结构,介绍了系统包含的行车安全气象条件预报专用数据库、行车安全气象条件预报方法和预报工作平台。业务应用结果表明：系统为预报员提供了能够满足实时业务需要的高速公路行车安全气象条件预报工作平台,研制的大雾、积雪、道路结冰和湿滑等客观预报方法可为交通管理部门提供高速公路行车安全气象参考信息。     

高速公路交通事故与气象条件的关系研究

恶劣天气是高速公路交通事故发生的重要诱因。为了解气象条件对高速公路交通事故的影响程度,基于2006—2008年汉宜高速公路交通事故数据,统计分析了该路段交通事故的月际和日变化特征,利用事故率和日交通事故指数区分定义了交通事故频次和灾害严重程度,采用多项式曲线拟合了气象条件与事故指数的关系,确定了事故突发增长的临界气象指标。结果表明:汛期5—9月是汉宜高速公路交通事故高发时期,冬季其次,春季3—4月及秋季10—11月事故发生较少。高速公路交通事故存在明显日变化特征,03—04时和14—17时为事故高发时段。汉宜高速公路交通事故频率主要受中到大雨和夏季高温天气的影响,事故灾害严重程度主要受强降水和冬季低温天气的影响。大风强降水天气条件下的事故率要高于一般强降水条件下的事故率,夏季潮湿、闷热天气条件下的事故率要高于一般高温天气条件下的事故率。当高速公路沿线平均日雨量达到中到大雨时,事故率达到高峰;当沿线平均雨量超过20 mm时,事故灾害突发严重。当公路沿线平均高温超过33℃时,事故率突发增长;0~3℃的低温对事故灾害程度影响较大。     

黑龙江省高速公路气象灾害风险普查分析

1引言黑龙江省公路交通近年来发展迅猛,由于黑龙江省地形复杂、气候多样、灾害性天气种类繁多,恶劣天气通常会导致高速公路路段出现诸如能见度低、路面积冰(积水)打滑等恶劣路况,易引发重大安全事故。3-4月和10-11月为黑龙江省交通事故的多发期,冰雪、大雾等气象灾害对公路交通的影响尤为突出。     

辽宁省高速公路不良气象条件分析及服务探讨

对2005—2008年辽宁省高速公路交通事故资料进行统计。结果表明：辽宁省高速公路发生交通事故呈逐年上升趋势,其中由天气原因及其所引起的不良路况所造成的交通事故占20.4%,5—8月和11—翌年1月是此类交通事故的两个多发期。在各类天气现象中,因雾引起的交通事故所占比例最高,为41.0%,雨次之为31.3%。在此基础上就如何做好高速公路气象服务提出四点措施：划分灾害性天气服务关键性路段和关键期,制定高速公路安全运营气象灾害防御地方标准,在高速公路沿线布设密度适宜的气象监测站,加强气象对高速公路影响机理的研究。     

气象条件和交通安全关系探讨

气象与交通的关系类似于交通与社会发展的关系,通过对2003—2007年山西省内高速公路各类天气状况下交通事故的统计分析,论述了不同气象条件下山西高速公路交通事故的发生情况,指出了开展交通气象保障服务的重要性、必要性及存在的问题,同时提出了开展此项工作的对策和建议。     

乌鞘岭高速公路路段多发交通事故的气象条件分析

利用2006年1月1日至2013年5月31日甘肃省乌鞘岭路段高速公路发生的一般、重大、特大公路交通事故个例和同期乌鞘岭气象站的气象观测资料,利用统计方法分析天气现象和气象要素与公路交通事故的关系。乌鞘岭路段的交通事故一年中3月、7月、9月发生的几率较大,这与季节交替时气象要素变化显著、雨带北移、降水日数增多有直接关系。乌鞘岭路段公路交通事故,由不良气象条件引发的占总事故数的81%。发生交通事故中不良天气的排序依次为结冰、降雨、降雪、积雪、大雾。普查气象要素与交通事故相关性,发现最低温度、地面最低温度、相对湿度、能见度、日降水量、极大风速与公路交通事故具有显著相关。     

高速公路不同路况下的安全限速

不同气象条件导致道面状况差异很大,为了提高不同道面状况条件下高速公路行车的安全性,从气象条件出发分析了干、湿、积雪、积冰道面条件对道路交通安全的影响,采用数学方法,以制动反应时间内行驶距离与制动距离之和小于能见距离为条件,推导了不同道面条件下的基于安全距离的高速公路最高车速限制值计算公式.利用双指数模型的纵向附着系数计算模型计算了附着系数,得出了不同道面条件下对应不同能见距离、附着系数的安全车速,为高影响天气条件下交通管理部门管理高速公路安全运行提供科学依据.     

引发公路交通事故的气象条件分析

利用1999~2003年间发生在丽水市境内的交通事故,并结合该地的气候特点,分析了引发交通事故的气象条件。结果表明:交通事故的发生与日照、雨量、最高温度、温差、能见度、相对湿度、雪深以及风速等有一定的相关性。另外夏季高温、冬季低温、高湿、雨、雪天气以及转雨日都很容易引发交通事故;秋冬季节的雾、雨天、雪天会使能见度降低从而引发交通事故;雨日比无雨日容易发生交通事故;交通事故的发生还与降雨量级有系,特别是大雨天最容易发生交通事故。夏冬季的晴天比阴天容易发生交通事故,而秋季阴天比晴天容易发生交通事故;结冰、积雪等天气尽管发生的次数较少,但引发的交通事故损失却非常大。     

气象因子对高速公路交通安全的预警初探

根据分析降水、气温、大雾与杭金衢高速公路衢州段交通事故的相关关系,研究了气象因子对高速公路交通安全的影响程度,并在此基础上,通过事故率的分析,引入贡献度参数,计算选定因子在不同条件下对高速公路事故的贡献度,依据贡献度的大小,尝试将高速公路交通安全气象条件预警分为5个依次升高的等级。     

浅丘地带主要气象灾害特征及风险分析——以绵西高速公路为例

本文通过应用绵西高速公路(S32)交通管制台账资料、沿途气象观测站数据、通过统计学、GIS区划、专家打分等方式进行研究分析,得到绵西高速公路道路管制情况、灾害性天气直接影响下交通管制情况分布特征、主要气象灾害风险等级：1)绵西高速公路运营以来至2021年,受灾害性天气及引发的次生灾害造成的交通管制占比77.7%,主要原因是大雾天气、强降水及引发的路面积水;季节天气影响交通管制程度由高到低分别为冬、夏、秋、春。2)2019至2021年绵西高速公路由大雾造成交通管制的平均时长较强降水更长,发生时段更集中。大雾造成交通管制持续时间平均时长为5小时,管制开始时间主要集中在00至08时,解除时间在07至11时;强降水直接造成交通管制持续时间平均时长为3小时,管制开始时间为08至10时和15时至21时,结束时间在10到17时。利用成果能为交通运维工作提供有效的决策参考意见,有力保障道路安全畅通,最大限度地减少因灾害性天气造成的交通事故发生,有利于提高生产效率和社会经济效益。     

基于未确知测度理论的高速公路交通安全气象影响评价体系

高速公路交通事故的发生与气象因子之间有着密不可分的关系,文中就如何建立气象因子对高速公路交通安全的评价体系做了初步的阐述。通过对杭金衢高速公路2003年开通以来至2005年的事故发生情况与气象因子之间的相关分析,建立了5个依次升高的交通安全气象条件预警等级,在此基础上,引入未确知测度数学理论模型,结合实例分析,介绍了高速公路交通安全气象因子评价指标体系的建立、单指标效果测度函数的构建、指标权重的计算,并根据置信度识别准则进行判断,最终得出当日气象因子对高速公路交通安全影响的评价等级。     

高速公路雾灾风险区划模型

运用2011年12月至2015年11月河北省11条高速公路沿线156套交通气象监测站资料、142个国家气象站雾灾资料、因雾造成的交通事故和封闭管制资料、高速公路日均车流量、路网密度等资料,基于致灾因子危险性、承灾体空间脆弱性以及承灾体易损性3个方面建立了高速公路雾灾风险区划模型,并绘制河北省高速公路雾灾风险区划图。结果发现:(1)河北北部地区、西部山区、沧州沿海地区的高速公路雾灾风险等级较低,而东部和南部平原地区的高速公路雾灾风险等级较高,可为交通安全管理部门提供一定的参考依据;(2)在相同区域内,局地浓雾多发、交通事故多发、大范围雾日多都可造成高速公路雾灾风险等级升高。     

沿天山高速公路冰雪灾害分析及其对交通安全的影响

利用2002年12月-2006年12月沿天山高速公路因恶劣天气导致交通管制统计记录,结合相应时间段高速公路沿线气象资料,对比分析了高速公路冰雪灾害对交通安全的影响,结果表明：高速公路冰雪灾害的危害程度依次是道路结冰、风吹雪、强降雪。路面结冰主要影响路段在吐乌大高速公路、乌奎高速公路和乌鲁木齐机场高速公路;风吹雪集中出现在达坂城到乌鲁木齐一线;除了吐乌大高速达坂城到吐鲁番段没有因强降雪影响交通的记录外,沿天山其它各段均有发生。归纳了高速公路冰雪灾害气象要素预报指标,建立了预报模型,制定出冰雪灾害的气象指数等级、安全行车预防措施,为交通运输气象服务提供具体可操作的预报产品。     

高速公路气象监测站的宏观适用性

在大量调研和数据分析的基础上建立了客观的宏观适用性分析指标体系,并进行了交通气象监测设备在我国高速公路上的宏观适用性分析,得到以下结论:(1)我国高速公路交通气象监测设备在全国各省的分布极不均匀,除江苏,北京和海南的测站分布较为密集外,大部分省份高速公路的专业交通气象监测处于空白状态.(2)有特殊要素观测能力的站点和当地交通气象灾害种类基本匹配,但特殊观测要素的设置需要向精细化发展,不能一味布设全要素监测站.(3)目前国内的交通气象站布设指南没有充分考虑交通气象监测特点,缺乏可行的布设规范.(4)我国疆域辽阔,高速公路通车里程高,而交通气象监测设备的仪器成本、维护成本和人力成本太高,单纯依靠交通气象监测站不是解决交通气象服务的最佳途径.(5)虽然气象部门的监测数据能够保持一定的准确性,但雨强和能见度等的观测主要通过光感应或遥感,很容易受周围环境的影响,道面状态的观测很难避免周围车辆,环境的影响.(6)监测数据的应用主要在三个方面:实况监测,开发初级产品和科研项目.监测数据没有充分共享,缺少实际应用和深度挖掘,没有针对交通用户生成专业指导产品.还对交通气象监测设备的布设提出了切实可行的建议,如引入数据同化反演技术、加强预报预警技术研究和明确部门分工等.     

随机森林回归法在冬季路面温度预报中的应用

基于宁宿徐高速公路三个交通气象站2015—2018年冬季逐10 min实时观测资料,使用随机森林回归模型预报这三个站的未来1 h冬季路面温度,分析了该模型在冬季路面温度预报中的可行性和适用性。研究结果表明:随机森林回归法可以被用来预报高速公路冬季路面温度,不同类型的交通气象站点的特征输入方案和参数调试标准存在差异;与简单特征相比,引入的复合特征能更好地补充解释交通气象站所处的环境和气象要素,且其对普通路面交通气象站和靠近桥梁、水体的交通气象站的区分度更高,故引入复合特征的随机森林回归模型可以被用来预报高速公路冬季路面温度,且其在对普通路面交通气象站和靠近水体、桥梁的交通气象站的预报效果较好,而对服务区交通气象站的预报效果略差;袋外误差率的降低并不代表预报精度的提高;引入复合特征的随机森林回归模型不论在何种天气状况下,均可用于各不同类型交通气象站冬季路面温度的预报,雨雪天时的预报效果最佳,阴天其次,晴天略差。     

高速公路团雾分级预警研究

团雾和高速公路团雾的定义内涵外延尚未统一,没有标准定义。为有效预防高速公路团雾天气灾害,减少因高速公路团雾所造成的交通事故,有必要规范高速公路团雾分级预警标准。基于高速公路团雾的水平能见度和水平尺度等监测数据,借鉴部分学者专家的意见和建议,确定团雾和高速公路团雾的定义。分析高速公路团雾的特征、成因、时空分布及团雾的危害,统计分析高速公路团雾多发路段的交通事故数据资料与AWMS气象监测数据资料,确立高速公路团雾与车辆交通安全性关系。依据同车道前后车辆的相对停车视距和安全停车距离等分析,评估车辆在不同水平能见度数值条件下,行驶在团雾区域内外车辆发生交通事故的危险性大小,遵照相关法律、条例、标准及其规范,按水平能见度数值范围和覆盖路面长度划分高速公路团雾预警等级。研究结果表明:(1)高速公路团雾的水平尺度一般小于5 km,水平能见度通常小于200 m。(2)高速公路团雾具有多发性,时空分布不均,多发生于当日22时次日08时。(3)高速公路团雾的事故率高,造成的交通事故比较严重。(4)可以根据团雾特征和潜在危害性确定团雾和高速公路团雾定义的内涵外延,给出术语定义。(5)可根据高速公路团雾的水平能见度、交通事故、停车视距等分析,划分预警级别,规范监测和预报预警服务,减少交通事故的发生。     

基于数据挖掘处理的影响辽宁高速公路冬季交通事故主要气象要素分析

利用2014—2016年辽宁省冬季高速公路事故记录,将多要素逐日气象观测数据与事故数据按照日期进行匹配,分析气象条件引发高速事故的空间分布特征。数据挖掘分析首先利用两步聚类方法确定辽宁地区冬季天气类型数量,再通过K-means方法对气象数据进行聚类处理。采用随机森林方法对不同天气类型搭建高速公路交通事故分类模型,并分析模型中气象要素的特征重要性。结果表明：受气象条件影响的高速事故数量辽南地区最多,其次是辽西地区,辽东、辽北地区占比较低。辽宁冬季天气可以分为四种类型,根据气象要素数据结构总结出的天气特征分别为：当日出现降水、前一日出现降水、寒冷干燥、潮湿回暖。有明显降水特征天气类型的事故率超过七成,降温、升温天气类型的事故率在两成左右。随机森林方法对前一日出现降水、寒冷干燥两种天气类型的分类精度更高,模型泛化能力也更好。4种天气类型中气象要素的特征重要性有明显差异,最高地温要素在事故高发天气类型中特征重要性排第1位,在潮湿回暖天气类型排第3位,对于冬季辽宁地区高速公路交通安全影响高于其他要素。     

高速公路上霾雾演变及其对能见度的影响

沪宁高速公路沿线2006年11月2-3日26个交通气象自动监测站每分钟一次的要素监测表明:霾、雾对能见度都有影响,但在诸多方面存在着一些差异。条件适宜时,可以互相转化演变,其间有一个并存的阶段,认识这些差异及变化的条件对提高低能见度预报水平、做好交通气象服务是有益的。文章剖析了丘陵地区谷地霾抬升以及多雾和雾出现时间早、维持时间长的原因,有助于进一步认识浓雾的局地性和交通沿线能见度的差异。大范围连续数日的大雾大多与大范围的霾有关。在大范围霾雾共存的天气形势下,能见度恶劣现象往往持续数日,至强冷空气南下方能驱散,由于辐射降温,夜间能见度下降,白天略有好转。     

高速公路路面气象监测数据质量检查方法

针对2009年8月至2010年7月河北省高速公路8套路面状况监测站监测数据的质量问题,探讨路面状况监测数据及其监测到的内部温度、水膜厚度等原始数据的阶段性质量检查方法。结果表明,状态允许值检查、状态连续性检查、内部一致性检查、气象要素的空间一致性检查、数据完整性检查和人为识别等方法可用于路面状况监测数据的阶段性质量检查和质量控制,在一定程度上能够满足交通气象服务业务和科研工作的需求。