道路交通气象灾害智能监测预警与服务应用-精课件

报告提纲一二三四交通气象共同关注点道路交通气象智能感知观测技术研究及应用道路交通气象灾害致灾机理及防御对策研究应用及展望

第二十一届中国高速公路信息化研讨会（3.28-29.厦门）|

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CMA01交通气象共同关注点第二十一届中国高速公路信息化研讨会（3.28-29.厦门）|

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CMA交通气象——需求引领、特色发展第二十一届中国高速公路信息化研讨会（3.28-29.厦门）|

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赞助：华为技术有限公司一路多方，多部门联动，共同关注平安交通、智慧交通政府01030204公安应急处置交通

运营管理

道路养护

气象监测、预警预报

决策依据

调度指挥公众出行、物流安全

&

畅通

&

效益

.滞后→提前

.被动→主动

.应付→应对

定时(时段)

.定点(路段)

.定量(分级)

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CMA

突出问题.站点密度.设备种类(40).要素针对性.权威检定标校.维护保障2017年——已建观测站

2076套

.气象部门

1074套

.交通部门

1002套配置能见度84.0%配置路面状况

9.6%

现状

&

问题

制约交通气象发展的是观测

2018年

中国气象局、交通运输部——联合开展公路交通气象观测能力评估和站网布局设计《全国公路交通气象观测能力调查评估报告》

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CMA中国气象局交通气象重点开放实验室

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CMA02智能感知观测技术研究及应用第二十一届中国高速公路信息化研讨会（3.28-29.厦门）|

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CMA交通气象监测系统及信息共享示意图站点数量：370套站点密度：公路交通气象站平均间距10~15km观测要素：能见度、温度、相对湿度、风向、风速、降雨量、路温（0cm和-10cm）、路面状况监测频率：1次/min传输方式：无线通信（GPRS/CDMA等）第二十一届中国高速公路信息化研讨会（3.28-29.厦门）|

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CMA2.重点实验室观测基地建设190

亩产权所有业务办公：7067m2观测场面积：4550m2（130m

*

35m）江苏.金坛第二十一届中国高速公路信息化研讨会（3.28-29.厦门）|

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赞通量塔（

有

50m）

基础设施

交通气象实验楼：450m2不同下垫面温度对比观测场交通气象观测站考核观测场

无人机起降和检测平台

方舱（5m*7m*2.6m）

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助：华为技术

限公司Key

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CMA

多类下垫面对比观测场

4块场地7.5m*7.5m沥青、水泥土壤、草皮仿真高速公路路面.交通气象观测场

2块场地

32m*18m

沥青路面建设要求

应用型研究

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CMAXLS-Ⅱ型

系留气艇气溶胶激光雷达通量塔LT31透射能见度仪微波辐射计FM-120雾滴谱仪LUFFT

MARWIS路况传感器公路交通气象监测站VAISALA

DSC111路面仪3.多种观测仪器

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CMA交通气象移动观测试验平台公路气象及路面状况检测系统无人机气象探测系统

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CMA

4.观测技术的应用2015年——

中国气象局

·

江苏

交通气象观测站行政

——交通气象观测站定型考核

能见度仪和路面状况均有国产设备已有3家企业通过

测评，率先获得中国气象局颁发的产品许可证。

许可审查与测试评估

（考核方案！

需求&发展！）

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CMA中国气象局交通气象重点开放实验室

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CMA能见度激光雷达缺点：造价高、架设地点要求高——团雾观测技术的研究与应用

安装在团雾易发、多发路段

监测团雾的尺度、移动方向和速度

有效改善散射能见度仪以点代面的局限性第二十一届中国高速公路信息化研讨会（3.28-29.厦门）|

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单要素交通站，低成本、

小体积、高密度

3km

(国家标准15km)

新型交通站，集约

化、低成本、方便

安装维护——团雾观测技术的研究与应用

贴近服务需求

观测要素针对性

仪器装备统一性

实现各类型站点相

互关联性和协调性，

形成布局合理科学

功能齐全的交通气

象观测网络。

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CMA数据质量

控制多段数据

整合时间、空间归一化处理

——路面智能感知系统的研究与应用

核心问题：如何做到路面温度预报空间尺度满足用户需求？

时间分辨率：1s

空间分辨率：20m

热谱数据（每20m一个点）

叠加全省高速公路

GIS数据

高速公路热谱地图

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CMA03交通气象灾害致灾机理及防御对策研究第二十一届中国高速公路信息化研讨会（3.28-29.厦门）|

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赞助：华为技术有限公司四方面：交通气象灾害过程及致灾机理研究

交通高影响天气预报预警技术研究

交通气象灾害防御措施及对策研究

交通气象成果转化及服务系统平台交通气象“科研&服务”研发重点二重点：视程障碍、路面状况二方法：延伸和释用、转化和应用

气象→视程障碍、路面状况

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CMA中国气象局交通气象重点开放实验室

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CMA观测：浓雾过程综合观测、边界层探测、雾滴谱等特种观测；研究：雾滴谱特征、边界层特征、雾过程致灾机理、能见度反演模型1.围绕低能见度浓雾综合观测和致灾机理研究第二十一届中国高速公路信息化研讨会（3.28-29.厦门）|

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CMA浓雾——对道路交通影响的致灾机理及预警预报技术研究江苏年平均雾日数分布——区域、高速公路：雾的时空分布特征研究——持续性、爆发性：强浓雾过程的成因分析——基于不同参数化方案的高速公路大雾过程的数值模拟试验（1961-2013）雾过程模拟和微物理特征(2013.9.14-15.辐射雾)第二十一届中国高速公路信息化研讨会（3.28-29.厦门）|

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赞助：华为技术有限公司华北地区：重点考虑逆温、湿度、风力三个基本条件及指标有利成雾天气形势（4大类型、11类研判指标）——高压前部型——均压场型

——锋前低压型——华北地形槽华东地区：有利形成浓雾天气形势（三大类、11小型）

——Ⅰ-锋面雾，4个型，占18.1%——Ⅱ-平流雾，3个型，占14.5%——Ⅲ-辐射雾，4个型，占67.5%

浓雾——有利于成雾的天气形势分析预报

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CMA172次浓雾过程

浓雾——基于实时监测的短监预警•预警前兆•单站点—多站点•智能预警

78%

2013年12月6日.江苏.宁常高速。部分站点逐分钟能见度变化

图

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CMA

浓雾——能见度预报模型研发及在浓雾预报中的应用——基于微软空气质量预测模型的能见度预报方法

.应用机器学习算法+模型改进

.融合高分辨率实况+长时间训练样本

.对接本地精细化数值预报模式分析结果——建立面向不同需求的能见度预测模型

.时间模型（多元线性回归）

.空间模型（神经网络）

.聚合模型（决策树）单站能见度预报准确率：未来1小时均>80%

北京地区能见度预测模型应用流程图

基于配料法和反演模型的能见度分级预报产品

——根据液态水含量(LWC)、雾滴浓度

（Nd）和能见度(VIS)利用最低层水汽、云水、

云冰、雪水、雨水混合比计算出的预报时效0-

36小时逐小时能见度预报值、等级划分。

Vis=a/(LWC*Nd)b

对雾有无的预报准确率可达83%浓雾实况及数值模式产品释用预报对比（江苏，2015.10.23，03:00）

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CMA2.围绕路面低温冰雪综合观测和致灾机理研究润扬大桥冬季不同天气条件下路（桥）面温度的日变化特征（黑线：路面温度，红线：桥面温度，绿色柱状线：雨量）◆冬季路面和地面低温差异性特征◆冬季高速公路路桥面温度差异特征及成因·不同天气类型影响下路（桥）面温度变化

路桥面温度日变化、最低温度、变温速率·路桥面能量补给、收支平衡方式、路温变化第二十一届中国高速公路信息化研讨会（3.28-29.厦门）|

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赞助：华为技术有限公司TTi

(TSA

Ai)(TSB

Bm1i)

基于热谱图的路面低温反演模型研究

路面温度采集（1s、20/70m）

数据处理（路温变率、时间订正、空间订正）

TS

(TSt

TSn)/(tn)t

tTTtm

TT

TS

(tn)TT

(TSt

TSn)

i1

m1mim1

同路段、同时间段的一致性检验（Lufft/Vaisala）

重点路段（大型桥梁）的试验研究

路温检测普查工程（6000Km）、热谱图制作

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CMA基于热谱图反演百米分辨率路温分级监测预警（江苏2017.12.17

01h)通过热量平衡方程计算出地表热通量路面连续点低温预报值

云量、气压、水汽压等资料太阳短波辐射

云量、气压、水汽压等资料

长波辐射

风速、气温和

相对湿度等资

料感热潜热通量

热谱图在路面低温监测和预报中的应用

PWRF数值预报产品运用双线性内插法将其插值到高速公路站点，并修正热传导方程求导，得出未

来逐小时路面温度连续路面低温反演模型

01-04h预报平均绝对误差0.85℃

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CMA3.围绕路面积水湿滑的综合观测和致灾机理研究第二十一届中国高速公路信息化研讨会（3.28-29.厦门）|

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赞助：华为技术有限公司路面积水和状态判别及验证（2015.1.27-31，江苏金坛）降雨过程高速公路路面状态反演产品（江苏，2015.6.16，10h）

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CMA04应用与展望第二十一届中国高速公路信息化研讨会（3.28-29.厦门）|

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CMA——交通气象灾害风险预警研究（灾情普查、风险等级划分、风险评估、风险预警……）第二十一届中国高速公路信息化研讨会（3.28-29.厦门）|

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CMA——交通气象灾害防御对策研究（浓雾、强降水、低温结冰、……）第二十一届中国高速公路信息化研讨会（3.28-29.厦门）|

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赞助：华为技术有限公司①气象灾害对道路交通安全和运营的影响

案例——江苏高速公路

江苏高速公路主要路段的灾情及管制资料

江苏交通气象观测系统（300站点）资料（匹配）

江苏《恶劣天气条件下高速公路交通管制工作规范》

（四级管制：三级管制、二级管制、一级管制、特级管理）

（30m）主要气象灾害：雾、降雨、冰雪过程高速公路江苏段：京沪(G2)、沿海(G15)、连徐(G30)雾天不同路段风险分级：（一级为最高）

一级：K790-K859（淮安段）

二级：K735-K789（宿迁段）

K860-K925（泾河至高邮段）

K939-K968（八桥至江都段）

三级：K711-K734（徐州段）

K926-K938

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CMA灾种：大雾、降雪、冰冻等级：“三级”影响划分

②气象灾害对道路交通影响的指标及体系影响指标体系

两个层次

（一级、二级）

4项一级指标

13项二级指标

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CMAH

aiAij

biBij

ciCij

diDij③气象灾害对道路通行影响和预警方法——雾天、冰雪天气

雾天对道路交通通行的影响

指标：•

两个层次分级指标•

建立拥堵模糊集关系函数•

确定计算值——指标权重、指标值

分级预警雾天公路网通行条件安全性评价

指标体系环境因素公路因素交通因素地形因素雾情描述影响范围考虑因素

路网密度公路网影响程度

速度影响程度

地形特征评价指标A1——3种A2——3种

B1——3种B2——3种C1——3种D1——2种ABCD•

4项一级指标•

6项二级指标——17个

预警模型

2

3

i1

j1

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CMA

ai1Ai1j1

bi3Bi3j3

b5B5

j4

c1C1j5

c2C2

j6

冰雪天气对道路交通通行的影响

——包括降雪、积雪、冻雨和路面结冰

指标：•

两个层次分级指标•

3项一级指标•

10项二级指标——33个

预警模型•

确定计算值——指标权重、指标值

4

3

4

3

2

3

2•

降雪：

j11

j21

i31

j31

j41

j51

j61

4

3

4

3

2

3

2i13

j11

i43

j31

j41

j51

j61fr•

冰雨：

H

分级预警

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CMA——推广与合作

1.

热谱图技术的推广与应用•••••贵州省气象服务中心江苏省交通厅研究所交通部公路研究院内蒙古气象服务中心象谱信息产业有限公司••••冻雨条件下路面低温预测建站选址规划影响示范道路安全运营的气象灾害分析指导高速公路营运管理部

门进行路面养护作业

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CMA2.

交通气象信息服务系统（TMISS）应用与推广实时监控智能分析模型集合预警预报

TMISS

V1.0于2013年

完成对全国18个省(市、

自治区)的推广培训

TMISS

V2.0已在北京

市、安徽省、湖北省

气象部门完成部署并

投入试运行

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