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美国如何运用科技手段缓解暴雪等恶劣天气对道路交通的影响?

文字:[大][中][小] 手机页面二维码 2019-10-12     浏览次数:    

为制定道路天气管理对策,道路管理部门必须连续对气象变化进行监测,并整合分析气象数据,制定科学有效的道路交通安全管理对策,以减轻气象变化对道路交通安全造成的影响。


运用天气观测系统预测天气


目前,美国道路管理部门主要通过固定的气候传感站(ESS)、移动传感设施和遥感系统等天气观测系统预测气象变化,为管理决策提供可靠信息。

 

天气预报的基础信息来自气象观测数据分析。大范围的气候变化预报信息作为公共资源,由国家海洋和大气管理局(NOAA)的气象服务处和飓风中心,以及地方气象预报服务部门等对公众发布。此外,部分气候观测数据也可以从环境观测网络数据中获得,如农业、洪水监测和航空网络数据。美国国家海洋和大气管理局的气象同化数据摄取系统(MADIS),是一个气象观测数据库和数据传输系统,可以提供覆盖全球的气象观测资料。MADIS从NOAA数据源和非NOAA提供的数据源(如地面监测系统、水文监测网络、气球运载仪器、多普勒雷达、飞机传感器等数据资源)中提取数据,对数据进行解码转换,再整合地面交通气象观测、预报以及数据管理系统所收集的数据,从而为道路管理部门、社区以及各类道路使用者提供道路天气预报。




图1:气象同化数据摄取系统 (MADIS:meteorological assimilation data ingest system)


气候传感站(ESS)


气候传感站(ESS)是沿着主要干线公路设置的固定感测器,用于测量大气、路面和水位数据情况。大气数据包括气温和湿度,能见度,风速和风向,降水类型和速率,暴雨,雷电,风暴的位置和轨迹,以及空气质量; 路面数据包括路面的温度,冰点,化学剂浓度和地下条件(如土壤温度)等;水位数据包括潮汐水位,道路附近的小溪水位,河流和湖泊水位等。


相互联通的气候传感站可提供更多信息。道路天气信息系统(RWIS)由多个气候传感站(ESS)、数据传输通信系统以及从气候传感站(ESS)收集现场数据的中央系统组成。如美国国家气候传感站(ESS)地图所示,联邦运输机构拥有近2500个气候传感站(ESS),其中2000多个设置在道路天气信息系统(RWIS)内,用于支持冬季道路维护作业,其他气候传感站用于交通管理、洪水监测和航空等项目。 


道路天气信息系统(RWIS)包括集中控制的硬件和软件,收集来自各个气候传感站的大量现场数据,处理后的数据支持各种应用程序的操作,并转换为天气环境数据。



图2:美国国家气候传感站(ESS)地图


移动传感器


移动传感器安装在不同类型的机动车上,在运行中感测环境数据。移动传感器利用车载传感器系统、车辆自动定位(AVL)和全球定位系统(GPS)技术传送温度、地面摩擦系数等路面情况和空气温度等大气情况。移动传感器应用的重点是绘制路段的温度图,提供路面温度分布情况和道路天气预测的温度数据。


随着高科技和智能化的不断发展,美国交通部还开发了智能交通的V2V通信技术(Vehicle-to-Vehicle Communication,简单说,V2V就是车和车的通讯交流)从车与车的通讯中收集路面和天气情况数据。《道路天气管理工作规程》(The Road Weather Management Program)中关于VII技术的研究(VII技术,即车辆和基础设施一体化技术,也就是V2V技术和V2I技术的一体化;V2I技术即Vehicle-to-Infrastructure,简单说就是车和基础设施的通讯交流),推动了与天气有关的应用技术的进步,如冬季道路维护作业、旅客出行天气通告和天气预报的优化。冬季道路维护作业利用传统的道路天气数据与装备了VII技术(车辆和基础设施一体化技术)的车辆传感器数据相结合而传达出的处理信息,来更好地应对天气变化。旅客出行天气通告是利用装备了VII技术(车辆和基础设施一体化技术)的车辆收集天气信息并转换为探测数据,将探测数据分析整合后与传统的天气数据结合,对特定行驶路线的天气进行预报,并通过装备了VII技术的车辆将信息传播到受影响的地区。天气预报优化则侧重于使用探测数据来优化天气预报过程。


遥感系统


遥感系统是远距离设置的传感器。遥感传感器既可以安装在无人机上,也可以安装在用于监测气象和海洋状况的雷达或卫星系统上。遥感传感器的图像和观测资料可用于当地乃至全球范围内的天气监测和预报。遥感传感器定量测量大气温度和风向、监测大气层、风暴、水的成像以及预测冰雪融化和洪水可能带来的潜在危害。


多渠道传播天气信息


道路管理部门和媒体向道路使用者传播道路天气信息,为其出行选择提供帮助,如帮助道路使用者选择出行模式、路线、出发时间、车辆类型和设备(如轮胎链)、驾驶行为(如降低速度,增加车辆间距等)以及旅程延误情况。道路管理部门还通过其他信息技术手段为道路使用者提供天气变化咨询服务。此外,在道路管理控制上,道路管理部门通过开启闪烁警示标志,在动态消息标志(DMS)上显示道路天气警告信息,以及通过交通资讯电台(HAR)广播消息,告知道路使用者天气信息。


州政府网站和电话录音信息系统向道路使用者提供特定道路的路况信息和出行预报,其中还包括全国公路交通信息电话号码。此外,智能手机短信、车载信息设备和休息区的信息公告等也是传播道路天气信息的重要途径。


爱荷华州交通厅通过互联网站及时发布最新的道路和天气状况,并在网站的地图上标出各条公路的实时路况和天气情况,同时显示实时监控影像、当前运行速度。互联网站专门交通厅道路保养部门,提供天气信息、铲雪车辆位置和路面数据以及天气变化趋势。


堪萨斯州交通厅建立了511电话和511网站出行服务系统,为道路使用者提供天气和道路信息。在511网站上的路网地图,以不同颜色标识当前道路信息,同时,还显示实时道路影像、动态信息、道路天气状况、与出行相关的预警预告信息,以及其他相关网站链接。交通厅有专门的科室负责该系统数据的更新,工作人员将更新数据输入系统后,大约5分钟内出行服务系统就会更新完毕。


  科学决策、控制和处理作业  


评估天气对道路的影响,进行科学决策


美国联邦公路管理局《道路天气管理工作规程》(The Road Weather Management Program)记录了交通管理人员所需要的44种不同类型的天气信息和需要作出的423种决策。为了协助管理人员迅速做出正确的决策,根据《道路天气管理工作规程》的相关规定,美国联邦公路管理局开展了《天气影响地面运输的决策支撑条件(Surface Transportation Weather Decision Support Requirements,STWDSR)》项目,研究如何在获得各种信息后让管理人员迅速做出正确决策。交通管理人员结合STWDSR数据与交通流量、人口以及地形等其他交通相关数据,可以评估天气对道路交通的影响程度,并做出相应决策。交通管理人员在决策过程中使用及时、准确、具体路线的有效数据,可及时应对由于天气变化造成的拥堵和延误,降低发生交通事故的可能性,同时也可向道路使用者传递相关信息。此外,道路保养决策支持系统(MDSS)可为冬季道路保养人员进行道路作业提供相应对策;天气反应系统(WRS)可为运输管理部门提供天气预报和雷达数据,以辅助道路交通运营决策。


美国部分州的交通管理中心(TMC)利用高级交通管理系统(ATMS),将环境数据与交通监控和控制软件相结合。交通管理人员可以以此查询道路天气数据,对道路使用者发出警告信息,并采取交通控制措施,例如限制交通流量,调节道路通行容量等。自适应交通信号控制系统可根据路面状况,改变交通信号配时,调整与天气变化相关的信号配时、改变信号周期长度以及相位,以适应车流量变化,交通管理人员也可以通过可变限速(VSL)标志和动态信息标志(DMS)降低限速。当洪水、龙卷风、飓风或火灾影响道路安全时,交通和应急管理人员可以限制车辆进入受影响的桥梁、特定车道或整个路段,也可以限制指定车辆类型(例如高轮廓车辆),同时,还可使用匝道、车道使用控制标志、闪光警示灯等控制车辆运行。交通管理人员通过公路咨询电台(HAR)和动态信息板(DMS)提醒驾驶人恶劣天气情况和通行限制信息。


马里兰州交通厅为卡车驾驶人提供了临时停车场地。在恶劣天气条件下,特别是当天气预报有超过6英寸(约15厘米)的大雪时,卡车驾驶人通常会寻找临时停车场进行停车。马里兰州交通厅与卡车协会合作,在繁忙的都市周边增设6处卡车临时停车场地。在降雪期间,通过互联网站和手机Apps为卡车驾驶人提供停车位信息,引导其就近停车。


图3:马里兰州增设卡车停靠站


宾夕法尼亚州交通厅在冬季冰雪期间实施洲际公路临时管制措施,降低可能发生的事故。交通厅根据各段洲际公路的具体情况,制定合理管制措施预案,包括临时管制的决策权限和程序、降低的限速值、迂回路线等;利用现有的智能交通系统发布临时限制指令,使用可变信息板、511公路信息广播电台、地方媒体、推特网、电子邮件和智能手机等通信手段通知道路使用者。同时,交通厅还根据降雪程度和天气情况决定采取何种管制措施,包括警告道路使用者注意天气变化和道路行驶状况;降低限制速度,在限制区段内利用固定的和临时设置的显示器公布降低限制速度等消息;限制某些种类车辆进入洲际公路,如大型卡车;在极端恶劣的天气封闭洲际公路。


清除冰雪作业,减少冰雪天气对道路的影响


清除道路冰雪作业是为减少或消除冰雪天气对交通的影响,最常见的处理方式是下雪前的预处理,下雪时在路面上撒沙子、盐或防冰剂,从而增加道路的摩擦力,防止路面结冰。在平时用于维修施工的车辆上安装雪铲、化学品储存罐、喷雾喷嘴和盐撒播机,以清除道路上的冰雪。


科罗拉多州交通厅采用“一铲”作业。在铲雪作业中,使用更宽的雪铲和牵引雪铲,减少人力和设备的投入,降低成本,提高铲雪效率。包括:使用14英尺宽的雪铲(约4.3米),一次清理12英尺宽的车道(约3.7米)上的积雪;使用牵引雪铲,一次铲雪宽度可达24英尺(约7.3米),牵引车最高时速可达50 英里/小时(约80km/h)。




图4:科罗拉多州交通厅采用“一铲”作业


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