福州地区高速公路雾区监控预警系统的探讨*

2011-11-07王敏

长沙大学学报 2011年5期

关键词：能见度预警系统气象

王敏

(福建船政交通职业学院信息技术与工程系，福建福州 350007)

福州地区高速公路雾区监控预警系统的探讨*

王敏

(福建船政交通职业学院信息技术与工程系，福建福州 350007)

高速公路雾区的交通安全是一个世界性的问题，每年由雾引发的交通事故导致的经济损失十分巨大.因此，提高雾天低能见度条件下高速公路的交通安全水平并保证公路交通的畅通与安全，具有十分重要的社会和经济意义.对福州地区高速公路雾区监控预警系统的设计进行探讨.

高速公路;雾;监控;能见度;GPRS

近年来，我国高速公路的发展十分迅速.高速公路是国民经济和社会发展中的重要基础设施，是一个国家现代化水平的重要标志之一，同时，高速公路以其高效、快捷、便捷等优点，在我国交通运输领域发挥着举足轻重的作用.但交通运输会受到气象条件的影响和制约，在突发性的气象灾害条件下，高速公路上极易发生交通事故.在我国，大雾是造成高速公路交通事故最严重的灾害性天气之一.高速公路车速快、车流量大、全封闭，车辆不得任意减速和停车，一旦因雾导致能见度下降，驾驶员猝不及防，容易发生判断和操作失误，造成多车连环追尾等灾难性交通事故，危及人身安全，并带来巨大的经济损失.随着中国高速公路里程的不断增加，因雾导致的交通事故越来越多，如何减少浓雾对高速公路运营的影响并提高安全行车能力，已经成为中国高速公路建设中必须解决的问题.

1 高速公路浓雾监测预警的必要性

根据《福州市干线公路网规划(2008—2020)》，至2020年末，福州高速公路里程将达765公里，较2010年榕计划实现全市在建和通车高速公路里程达378公里的目标，翻了一番还多.届时，将形成能有效支撑“一区两翼双轴”的市域城镇体系和产业空间格局，引导福州“东扩南进，沿江向海”跨越式发展，构建起高速便捷的集疏港干线公路系统，把福州市建设成为海西地区重要交通枢纽.

中国近海是西太平洋多雾区之一，主要雾区在北部湾、粤、闽、浙沿岸直至黄海，连成多雾带.雾是飘浮在贴近地面气层内的大量小水滴或冰晶，能造成低层空间透光性能降低，形成低能见度恶劣天气，从而对高速公路行车造成严重影响［1］.大雾常常导致高速公路关闭或车辆限速行驶，延误行车时间，造成巨大经济损失，对海西发展极为不利.为了确保高速公路安全畅通，特别是在突发性的气象灾害条件下能发挥作用，尽量减少主观判别，就需要加强必要的科学预警措施.为此，交管部门需要获取基本的气象信息，其中应包括雾况信息，这是浓雾天气下高速公路应急指挥方案的基础.

雾区高速公路为线形结构物，沿线所经地区的地形、地貌、水文和气候环境有较大变化，而雾的形成和发展过程与上述因素息息相关，因此高速公路沿线的雾况也会不断地变化.此外，只有高速公路沿线一定宽度范围内的雾才会对高速公路的交通安全产生影响.鉴于以上两个因素，公共气象部门提供的大尺度和中尺度雾况预报不能满足高速公路交通安全系统的要求，这就要求高速公路建立自己的雾观测体系.

由于大雾对高速公路交通安全的严重影响，而通过路政巡查等人工监测很难及时、完整地了解高速公路各分路段的能见度情况，尤其是很难对局部地区团雾进行检测.因此，提高高速公路在雾天低能见度条件下的交通安全水平，保证运输的畅通和安全，其中一个重要的方面就是必须建立高速公路雾区监控预警系统［2］，目的是为了实时快速检测高速公路沿线路段雾情，尤其是局部地区的团雾，从而降低事故率，减少高速公路因雾关闭时间，降低经济损失.

2 通用分组无线业务技术

由于雾的突发性和波动性，高速公路防雾预警系统检测模块采集到的信息必须及时准确地传送到数据中心，以便实时地对雾情进行检测预警.在本系统我们选用了公网的通用分组无线业务 (General Packet Radio Service，GPRS)，通过移动通信网络实现信息的传递.

GPRS是通用分组无线业务的简称，它是第2.5代移动通信系统，是在现有GSM系统上发展出来的一种新的承载业务，为GSM用户提供分组形式的数据业务，能兼容GSM网络并在网络上更加有效地传输高速数据和指令［3］.GPRS是在GSM系统基础上引入新的部件而构成的无线数据传输系统，它的基本功能是在移动终端和Internet网络的路由器之间传输分组数据.

GPRS与GSM电路交换相比，非常重要的优点是引入了分组交换能力.利用GPRS进行数据传输具有∶“永远在线”、“按流量计费”、“快捷登录”、“高速传输”、“自如切换”等优点.GPRS克服了电路交换型数据传输速率低、资源利用率差的缺陷，也不像短消息USSD那样无法适应大量数据应用而仅适合于少量突发数据应用.

3 高速公路雾区监测预警系统总体设计

本系统设计方案为在高速公路沿线布设气象自动站，利用气象传感器采集雾浓度等气象要素，利用GPRS无线传输方式，将气象数据采集到计算机终端，经监控中心的计算机系统分析、处理及人工决策，得到雾况信息.系统同时把雾况信息传递给交管部门，由交管部门根据实际情况制定适当的管理控制方案，然后通过信息发布系统传递至出行者，从而建立高速公路雾区监控预警系统来保障行车安全.

根据高速公路沿线的地理条件和雾多发地段分布情况，根据国家气象局的建议，需要在高速公路沿线每5公里设置一个的防雾预警检测点，实时掌握局部地段能见度的变化，通过分析和处理，才有可能实现高速公路全路段的雾情实时监测和预警.

本系统由控制中心站与防雾预警检测点两部分组成.防雾预警检测点即雾区浓度观测站，系统结构如图1所示.

图1 系统结构图

控制中心站通过固定的公网口与防雾预警检测点通信，实现数据的无线远程实时传输，并对采集信息进行统计、分析等整编处理，得到雾况信息，提供给当地交管部门作出决策.

雾区浓度观测站是指分布于高速公路沿线的观测站点，观测站点采集终端上的气象要素(能见度)传感器能够实现能见度的采集、计算、存储，并可通过GPRS模块与控制中心站进行双向通信，接收中心站的命令并自动将观测数据等信息定时或实时地传送到中心站，由中心站进行加工、分析等整编处理.

4 雾区浓度观测站信息采集

雾区浓度观测站也叫做自动站数据采集终端，它不需要人工观测，气象数据(能见度)的获取主要通过气象传感器自动采集实现.

本系统中雾区能见度数据的采集采用的是ZQZ－A型自动气象站.它是对地面气象数据进行实时采集、计算处理、数据存贮和传输的自动天气观测系统［4］.

ZQZ－A型自动站由传感器、数据采集器、后备电源、通信机和电缆等组成，如图2所示.

图2 ZQZ－A型自动站基本结构示意图

ZQZ－A型自动站有风向、风速、雨量、气温、湿度、气压六要素，在某些特定区域需要测量能见度数据，即采集能见度要素，也称为七要素自动站.

高速公路雾区监控预警系统中，最主要的气象信息就是雾的浓度，即是能见度要素，因此，在ZQZ－A型自动站中，只需保留能见度传感器即可.能见度传感器将单位雾浓度的变化转换成电量的相应变化.这种变化由单片机控制的数据采集器所采集，经过预处理后得出能见度的实时值，然后通过通信机传输到控制中心站的微机上.控制中心站的微机对观测数据进行处理，得到高速公路各路段的雾况信息.