高速公路气象监测预警系统设计方案.pdf

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高速公路气象监测预警系统设计方案

一、项目总体概述及系统构架

1．应用背景
近年来，我国高速公路建设的发展非常迅速，自
1988 年建成我国第一条高速公路以来，到 2007 年底，我国高速公路
通车里程接近 万公里，继续保持世界第二位，仅次于美国。根据
《国家高速公路网规划》，我国将用 30 年时间建设“七射九纵十八
横”的高速公路网，总里程将达到 万公里，形成“首都连接省会、
省会彼此相通、连接主要地市、覆盖重要县市”的高速公路网络，连
通全国所有重要的交通枢纽城市，包括铁路枢纽 67 个、水路枢纽 50
个和公路枢纽 140 多个，将覆盖 10 多亿人口，直接服务区域的 GDP
占全国总量的 85%以上高速公路的发展对国民经济产生了越来越重要
的影响。

但天气条件的变化，特别是极端恶劣天气条件，给
高速公路的车辆行驶带来了巨大的风险，不仅严重影响交通运输，而
且还造成国家财产和人民生命财产的严重损失。所以道路天气条件监
测是高速公路科学运营的一个重要依据，雨、雪、雾、积雪、结冰等 : .


情况对高速公路的运营都有直接的影响。气象条件对交通的影响表现
在很多方面。主要表现在改变路面的物理性质、观察视线、车辆自身
安全等方面。主要灾害及影响有：

A、雾 雾主要通过降低能见度而引发交通事故。在我国大部
分地区引起的恶性交通事故的天气现象中，雾的影响最大。大雾特别
是<50 米的超低能见度的灾害性浓雾是引起重大交通事故的重要原
因，往往引起数辆甚至数十辆汽车的连续追尾。大雾常常造成重大车
辆损失和人员伤亡，导致高速公路限速或关闭，延误行车时间，造成
巨大经济损失。
B、降雨 降雨也是影响高速公路交通安全最常见的气象要
素，它使路面附着系数降低，导致汽车制动距离增加，易发生车辆侧
滑和控制失灵从而危及行车安全。同时降雨使能见度降低，司机视线
模糊不清，导致驾驶失误。此外，降雨过后，路面如有积水或干湿不
一，路面摩擦系数不均，车辆制动性变差，从而引起交通事故。在山
区，暴雨还常常引发山洪、山体塌方或泥石流，从而导致车辆被冲，
桥梁垮塌，道路被毁；在平原和盆地，暴雨常常引发洪涝，导致道路
被淹，交通受阻。
C、冰雪 冰雪与降雨一样，漫天飞舞的大雪使能见度降低，
而且一旦路面积雪被压或是白天在阳光照射下融化，夜面路面降温结 : .


冰，造成里面路面摩擦系数显著降低，严重影响车辆的操作和制动性
能，使控制失灵，车辆发生空转、打滑或侧滑，从而危及行车安全。

D、大风 大风对于车辆行驶阻力、能耗、抗侧向倾翻及抗滑
移性能都有很大影响，特别是侧向大风对高箱、双箱汽车的行驶影响
尤甚。大风会引起沙尘暴、扬沙、吹雪、浮尘等天气，影响高速公路
能见度。大风易使路边树木、杆线类等折断阻塞交通，易使塑料类、
干草类、丝状物类等漂移到路面上引起车辆打滑、失控；易使灰尘、
扬沙、尘卷影响视线造成交通事故。
E、霜冻 公路路面有霜时，路面摩擦系数接近于雪面，雨
后结冰同雪面结冰的物理性质一样，从而引发交通事故。
F、高温 高温天气同时受吸热、摩擦及汽车尾气等的影响，
高速公路路面温度比气温高得多，有时高达六七十摄氏度以上，汽车
轮胎因此受热，使胎内气压升高，长途高速行驶，极易引起"爆胎"。
高温直接影响司机的生理、心理和精神状态，无空调车更易疲劳，注
意力不集中甚至中署。
2005 年 7 月，中国气象局与交通部在北京签署了《共同开展公路交
通气象预报工作备忘录》，双方将开展合作，建立科学高效的公路交
通气象信息预测、发布机制，向社会公众提供准确、全面的公路气象
信息，避免公路交通延误，减少恶劣天气诱发交通事故。 : .



中国华云技术开发公司作为中国气象局探测设备龙
头企业，针对高速公路气象环境监测的发展方向，开发研制出了一套
适合我国高速公路气象环境监测的实时监测系统??高速公路气象监
测及预警系统（HMWS）。目前已经成功在山东、河北、贵州等省的高
速公路路段上建成，并成功投入使用。

2、高速公路气象监测及预警系统（HMWS）系统功能及构成

系统功能
高速公路气象监测及预警系统（HMWS）是充分利用现
代科学技术，是专为交通气象监测服务而特别设计的一套应用解决方
案。它以能见度（雾）及道面状况(路面温度、积液深度、冰百分比
等)监测为核心，并同时测量相关的基本气象参数（温度、湿度、降
水量、风向、风速、气压等）。主要用于及时发现各路段及关键点的
各种异常交通环境因素变化和气象状况，将数据信息及时传送到高速
公路气象灾害预警中心站，为气象监测服务和交管部门提供实时的决
策科学依据，并将实时气象条件及气象预警信息发送至路面信息显示
屏，为高速公路上行驶的车辆提供实时气象信息和服务。
实践证明，通过在高速公路道路监测工作中应用该系统，不
仅可以提高气象监测部门监测数据的专业性和监测要素的多样性，而 : .


且可以极大提高交通管理部门应对突发天气状况（如大雾，大雪，暴
雨等）决策的准确性并且提供预先实施交通疏导方案的数据依据，是
气象监测服务和交管部门工作的有力保障，有利于道路交通的安全性
的进一步提高。

高速公路气象监测及预警系统（HMWS）组成

华云公司针对我国高速公路沿线气象环境监测预
警需求而开发的道路气象环境灾害预警系统，主要包括高速公路气象
与环境监测系统（HMS），高速公路气象灾害预警发布系统（HMI）及
高速公路气象环境灾害预警中心站（HMC）三部分构成。其中高速公
路气象环境监测系统主要包括各种气类型象要素监测自动站、高速公
路沿线外部气象站网数据及天气预报信息输入等部分构成，高速公路
气象灾害预警发布系统主要包括道路电子警示牌及公众媒体发布渠
道构成；高速公路气象环境灾害预警中心站为整个系统的数据接收及
发布控制中心。

（HMWS）系统设计原则

在我国，交通部门与气象部门联手展开了“公路气象灾害预
报预警体系”的专项研究，形成了广泛共识。综合考虑我国国情和高 : .


速公路的发展趋势，我国高速公路气象环境监测在设计上侧重考虑以
下几个方面：

A、气象与交通行业信息共享平台的建立
气象行业背景场形势与高速公路沿线气象与环境要素的监测
实况应该在一个统一的信息平台下加以利用，以形成优势互补。两行
业在网络上构筑信息通道，以便实时导入国家基础气象台站的实况资
料和天气预报信息，这两部分信息将构成本系统的基础信息之一。
B、灵活高效的公路沿线监测子站的布设
应在沿线相对均匀地布设一定数量的气象环境综合监测站
作为数据基准参考站，所谓气象环境综合监测站就是要素相对比较
全；所谓基准参考站就是要求该站的数据完整性、准确性相对比较高，
以便今后对其进行沿线气象环境特征的分析和研究。
应在雾多发地段加密布设能见度监测子站；在阴面容易结冰、
低洼容易积水等地段加密布设路面状况监测子站。此外，还应该布设
一定的气温、地温监测子站以便监测高温。
应适当布设常规自动气象站以强化沿线的气象背景场信息。
高速公路沿线的摄像装置、通信装置是本系统的重要的、有
益补充手段，能在许多特殊时刻发挥重要作用。
C、及时的灾害实况及预警发布系统
应建立适合交通部门的短时预警模式，以气象背景场和沿线 : .


实况为输入，实时运算出交通气象灾害爆发几率，并及时通过沿线电
子警示牌和各种公众媒体发布公路气象灾害情况和预警等级。
D、系统性与规范化
为了确保系统的有效性，实现基础气象信息的导入，必须遵
守已形成的行业标准并签订共同遵守的规范，使系统能结合气象部门
和交通部门两方面的优势，共同为社会提供优质的交通气象保障和服
务。基础数据库要求采用统一的数据结构规范模式，保证数据的统一
性、完整性和有效性，做到数据采集制度化、信息形式标准化、信息
内容系统化、信息储存档案化。以达到信息横向、纵向贯通一致、数
据共享的目的。

二、高速公路气象信息监测站（HMS）

1. 高速公路气象信息监测站整体介绍
高速公路气象信息监测站能够精确、及时地监测道路环境
状况，并且能够与高管部门的其它监控子系统相结合，实现智能化的
交通保障网络系统，为高速公路管理部门针对公路的开放、封闭、维
修保障等决策提供了重要依据。该系统可对能见度、路面状况、风向、
风速、温度、湿度、雨量等要素进行自动监测。

高速公路气象信息监测站功能特点： : .


全自动数据采集、传输及监控，可长期无人职守。
能够在各种恶劣的环境下长期稳定运行。
监测项目全，能够对雾、路面结冰、积雪等高速公路所需的
各种监测要素进行实时监测。
采集处理核心单元采用具有的实时多任务嵌入
式系统，能实现国外目前成熟产品的各种功能并可以