高原山区公路交通气象灾害防灾减灾技术.pdf
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1、高原山区公路交通气象灾害防灾减灾技术与工程实践房锐 FANG Rui,杨文臣 YANG Wenchen陆地交通气象灾害防治技术国家工程实验室National Engineering Laboratory for Surface Transportation Weather Impacts Prevention2019.06.14The Prevention and Mitigation of Adverse Weather Events Impacts to Plateau Mountainous Highways:Application and Rethinking in Yunnan Pr
2、ovince2019世界交通运输大会道路交通安全主动防控与发展论坛|北京引言:国家工程实验室Introduction:NEL气象灾害对陆地交通的影响因素风沙风雪强风冰雪暴雨大雾雷电路基边坡破坏路面性能降低交通安全隐患监测信息处理技术落后气象灾害路基边坡毁坏防治技术气象灾害路面功能性改善技术气象灾害交通安全保障技术气象灾害监测信息处理技术陆地交通气象灾害防治技术国家工程实验室技术研究基地现场试验基地气象灾害路基边坡毁坏防治实验中心气象灾害路面功能性改善实验中心气象灾害交通安全保障实验中心气象灾害监测信息处理中心现场试验系统现场监测系统外场交通气象监测实验示范基地四大突出问题四大研究方向其他两两个
3、研究基地引言:国家工程实验室Introduction:NEL 重点开展气象灾害条件下公路路面、边坡、安全“主动防控、灾害处置、综合决策”等相关方向关键技术研究,并开展工程化应用和技术转化。围绕路基边坡、路面功能性改善、高原山区交通安全、智能信息处理等研发与应用需求,建设了12个专业实验平台。12个研发实验平台R&d experimental platform of NEL 基地拥有得天独厚的“交通原位现场”实验条件:全长16.7km、具有高填深挖、长下坡、急弯坡陡、桥梁隧道等高原山区典型路况。羊老哨外场实验基地Field test base in YANG Laoshao目录 Contents
4、解决方案与工程实践Solutions and Application2 23 3认识与思考Rethinking当下问题The present problems1 1当下的问题The Present problems010100002000030000400005000060000700008000020082009201020112012201320142015美国日本英国法国德国意大利加拿大韩国新加坡中国道路交通安全总体形势Road safety in China20092010201120122013201420152016020406080100120140010020030040050
5、0600700800201020112012201320142015轻微伤人数(万人)简易事故起数(万起)事故起数轻微伤人数我国机动化发展快,道路交通事故受伤率、致死率等指标均显著高于发达国家,道路交通安全形势严峻。交通事故死亡人数稳中有降,适用简易程序处理的道路交通事故逐年上升,总量巨大,同比上升10%左右。面临新的安全问题:车辆种类多、安全意识弱、不利天气、驾驶习惯差,安全设施适用性。2018年全国大部分地区交通运营不利天气日数有1555天,我国高速公路上发生的交通事故有20%发生在恶劣天气里;在雨、雾、冰、雪等不利天气下,交通事故致死率(人/百起)是正常天气下的1.28倍,交通安全形势严
6、峻。晴65%阴15%雨14%雪2%雾、大风、沙尘4%晴阴雨雪雾、大风、沙尘晴,57.66阴,56.16雨,50雪,57.64雾、大风、沙尘,73.84晴阴雨雪雾、大风、沙尘不利天气条件下交通事故占比不利天气条件下百起事故致死率数据来源:2004-2015中华人民共和国道路交通事故统计年报不利天气下交通事故形势Traffic accidents in adverse weathers不利天气下交通拥堵形势 不利天气是高速公路交通拥堵及阻断事件的重要影响因素,占比达35.6%。不利天气条件下公路行车条件提升及交通安全综合保障具有重大现实需求。37.30%35.60%12.40%8.50%3.50%
7、1.80%0.40%0.10%道路阻断受影响的因素施工养护施工养护恶劣天气恶劣天气事故灾害事故灾害自然灾害自然灾害其他(突发性)其他(突发性)其他(计划性)其他(计划性)69%23%8%0%10%20%30%40%50%60%70%80%雾雨雪其他道路阻断的恶劣天气占比数据来源:交通运输部.交通运输行业发展统计公报Traffic congestion in adverse weathers不利天气下公路设施损毁形势数据来源:交通运输部.交通运输行业发展统计公报 持续强降雨、台风等恶劣天气易诱发洪水、泥石流等地质灾害,直接毁坏公路、桥梁等基础设施,诱发交通安全事故的潜在因素!32.650.055
8、8.53895.44107.7195.29101.18112.850401002003004005006002001200220032004200520062007200820092010金额(亿元)金额(亿元)2001-2010年汛期全国公路水毁损失金额年汛期全国公路水毁损失金额统计统计Traffic infrastructure damage in adverse weathers高原山区交通气象灾害Adverse weather hazards in plateau mountainous highway 云南属于亚热代高原季风气候,集低纬气候、季风气候、山原气候的特点。能见度50-20
9、0m累计频次降雨量25mm的累计频次冬季道路结冰累计频次 立体气候条件(垂直维度:湿、雾、冰)区域性差异显著(水平维度:滇东北冰、滇南雨雾)局地小气候显著:十里不同天隔山/转弯不同天高原山区交通气象灾害 云南是我国公路交通气象灾害影响严重的重点区域,高原山区交通气象灾害的防治技术具有其特殊性和复杂性。气象灾害类型多道路条件复杂驾驶习惯差等常规安全设施数据来源:2018年中国气候公报,中国气象局路网密度低Adverse weather hazards in plateau mountainous highway 在不利天气和复杂道路条件下,交通事故表现出较明显聚集特征,具体表现在具有局地小气候的
10、高危路段(连续弯坡、特长纵坡、桥隧密集区等)上,交通事故率高。05000100001500020000250002010201120122013不利天气交通交通事故总体情况其他正常天气不良天气0.00%5.00%10.00%15.00%20.00%25.00%30.00%35.00%40.00%2010201120122013不同天气条件下高速公路交通事故分布雨雾雪阴大风沙尘其他 近五年,约有35%的交通事故发生在雨雾冰雪的不利天气里;路面湿滑条件下(路面积水、积雪结冰)交通事故率占比22%,雾天占比3.5%。高原山区交通气象灾害Adverse weather hazards in plate
11、au mountainous highway加快开展高原山区公路交通气象灾害防灾减灾技术与工程实践建设意义重要且显著 在自然灾害“天灾”不可避免条件下,如何减轻或避免人祸?高速公路交通量和山区高速公路建设规模持续增加,不利气象条件对行车安全和通行效率的威胁进一步扩大!公路交通气象业务历程Development process in road weather business 初步形成集公路交通气象灾害“风险评估、动态监测、预报警报、辅助决策与公共服务”的公路交通气象技术体系,推进相关业务落地服务。公路交通气象服务能力建设Services capabilities of present road
12、 weathers 公路交通气象观测数据文件传输格式规范(试行)公路交通气象观测数据文件传输格式规范(试行)公路交通气象观测数据省级传输方案公路交通气象观测数据省级传输方案公路交通气象监测服务产品技术规范(试行)公路交通气象监测服务产品技术规范(试行)公路交通气象监测服务产品数据文件传输规范公路交通气象监测服务产品数据文件传输规范公路交通气象灾害短临预报产品共享技术规范公路交通气象灾害短临预报产品共享技术规范 一流程实现实现全国公路交通实况信息、分析指导产品共享业务流程全国公路交通实况信息、分析指导产品共享业务流程 五规范 二平台研发“三维交通气象监测服务业务平台”及“交通预报研发“三维交通气
13、象监测服务业务平台”及“交通预报业务平台业务平台”一产品研发全国研发全国公路交通气象基本监测服务公路交通气象基本监测服务产品,产品,全国下发指导产品全国下发指导产品交通部、中国气象局交通部、中国气象局公路交通气象观测站网建设暂行技术要求公路交通气象观测站网建设暂行技术要求全国公路交通气象监测网Monitoring network of national road weather stations 预报范围全国(公路路段)覆盖路网高速路网、主要国道空间分辨率乡镇级路段,5公里时间分辨率逐小时间隔预报要素降水量、能见度、气温、风速、天气现象道路分段技术ArcGis空间分析区域自动站交通气象观测站国
14、家基本站智能化网格实况数据数据组网融合技术基于智能化网格的公路交通气象精细化预报技术Intelligent grid based refined road weather forecasting基于风险评估的公路交通气象灾害影响分析预警技术Risk assessment based analysis and early warning of road weather traffic impact 考虑高速公路承灾体的弹性或可恢复性,应用气象灾害风险评估模型,分析高速公路交通运行的潜在影响,开展预报试验,向影响预报方向延伸 专业气象部门制作生成产品,公路部门发送;传统天气预报服务基于位置服务(L
15、BS)与天气的深度融合每日公路交通气象预报节假日公路交通气象预报汛期公路交通气象预警公路交通气象预报与决策服务Road Weather Forecasting and service 新建高速公路规划建设公路交通气象观测站,动态采集天气要素数据;三大机电系统集成公路交通气象监测预警业务,实现数据汇接存储、动态监测预警。基于交通气象站的公路交通气象信息系统Road Weather Information System(RWIS)公路交通气象预报与决策服务重大天气:灾害性天气、高影响天气重点地区:灾害多发区、隐患点关键时段:影响时段、突发事件公路交通气象监测、预报与服务业务平台(中国气象局、省市级
16、局)大范围趋势预报时效24h静态预报发布方式单一预报要素单一表达方式难以应用缺少交互验证实现天气条件动态监测预警信息化建设水平与信息分析与知识挖掘能力普遍不相匹配停留在信息化集成“看数据”阶段基于交通气象站的公路交通气象信息系统(高速公路运营单位)不能为公路用户提供直接及精细化的决策支持信息,缺少灾害处置技术要求公路交通气象灾害信息化向精细化、智能化、综合化方向发展解决方案与工程实践Solutions and Application02Part 1 Part 1 高原山区公路交通气象监测预警与服务系统The monitoring and service system of road weath
17、er in Plateau Mountainous Highways 麻昭高速公路:G85,105.7Km、18套交通气象站、11交通流检测器 香丽高速公路:G0613,124km、14套交通气象站、8套交通流检测器05001000150020002500051015202530354012:5513:0113:0713:1313:1913:2513:3113:3713:4313:4913:5614:0214:0814:1416:3716:4316:4916:5517:0317:0917:1517:2117:2717:3317:3917:4517:5117:5718:0318:0918:151
18、8:21能见度(m)降雨强度(mm/h)时间降雨强度能见度高原山区交通气象观测实验基地建设Building practice bases of road weather observation in PHM 科学、合理、规范的交通气象站网布局和选址是“交通气象灾害智能监测预警与服务决策支持”的基准前提。第一阶段:等公里间距布设公路交通气象站,缺乏科学依据第二阶段:历史公路气象灾害资料整理分析、移动交通气象采集,低温结冰等风险谱图第三阶段:综合考虑道路条件、交通流运行特性、气象灾害资料、特殊结构物等灾害风险评估高原山区交通气象观测站网规划与选址方法Planning and design meth
19、od of road weather station in PHM 开展新型“低成本、高精度、高可靠”的传感采集设备技术研发,联合推进技术成果的产品转化:气象六要素、能见度仪、路面状态(遥感、嵌入)、移动智能车辆采集 交通部公路科学研究院、凯顿洛阳智能科技有限公司气象要素测量范围分辨率测量精度能见度10m10000m1m10%路面状况辨出路面干、湿、潮、雪、冰、冰水混合物等表面状态,积水深度、冰层和积雪层厚度,以及路面的湿滑系数温度-50C+50C0.1C0.2C湿度5100RH13(80)5(80)风向036035风速060m/s0.1m/s(0.5+0.03V)m/s路面温度50800.1
20、0.5电源太阳能和市电双供电系统,市电和太阳能供电自动切换传输方式标准RS232接口,可通过功能模块扩展为GPRS/CDMA、RJ45等通讯接口新型公路交通气象一体化监测设备研发New integrated equipment of road weather station不利天气对道路交通安全影响研究降雨降雪大雾大风高温/低温交通事故率交通事故严重度交通事故风险指标变量指标变量(因变量因变量)特征变量特征变量(自变量自变量)研究方法指标定义及比较统计建模分析方法随机概率建模方法机器学习/数据挖掘建模方法变量虚拟分类量化应用领域交通流基本图(单断面参数关系)不利天气对道路交通流参数影响(影响因
21、素及作用强度)中微观应用交通量参数直观分析:描述性统计、统计分析参数关系建模:经典模型修正、拟合模型速度密度/占有率降雨降雪大雾温度行程时间估计事故影响预测交通流波动现象宏观应用参数直观分析:路网/干线宏观基本图参数关系建模:宏观基本图参数关系路网容量估计控制小区划分事故影响评价通行能力宏观基本图(公路/路网参数关系)集计统计分析(年、月、日、时)关系模型历史数据实证分析研究不利天气事件与交通安全的关系具有明显地域异质性,使成果移植应用更加复杂;不利天气事件影响通行能力、行驶速度和交通需求,增加交通系统的不确定性;研判不利天气对交通流影响,提取主动交通安全管理的重要决策参数。交通运行道路条件交
22、通流参数交通事故雨雾冰平纵横不利天气高原山区公路交通气象交通运行影响分析The effect analysis of adverse Weather on traffic safety and efficiency in PHM交通流运行影响交通影响态势时空演化事故风险研判与分级可视化 不利天气对公路行车条件、交通事故风险、交通流运行效率影响分析、研判和预警高原山区公路交通气象交通运行影响研判The effect analysis of adverse Weather on traffic safety and efficiency in PHM综合数据监测、路面状态预警养护处置决策、应急预案
23、管理适合时机、适当方式进行科学养护 冬季养护决策支持技术与系统(MDSS)区段划分、区段基本处置策略、区段精细化方案库、智能匹配推荐应急管理对策方案 突发天气事件应急管理高原山区公路交通气象智能决策支持技术Intelligent decision support to mitigate the effect of road adverse weather in PHM 开发了“层次化”的公路气象灾害监测预警系统第1阶段:气象要素动态监测第2阶段:气象灾害监测预警第3阶段:动态预警与智能决策支持高原山区公路交通气象监测预警系统研发Development of road Weather monit
24、oring and service system 业务功能:交通路网+气象要素叠加分析、行车气象指数计算、实况显示、小时级预警、趋势预报、高危路段视频接入;部署于云南省交通运输厅路网监控中心。云南交通气象一张图One map of Yunnan road weather 参与制定3项国家标准雾天高速公路交通安全控制条件、雾天公路通行条件预警分级和冰雪天气公路通行条件预警分级,已于2015年发布并实施;编制高原山区公路交通气象监测设施技术要求(地方标准)。联合制定标准规范Development of Standard and specification in road weatherPart 2
25、 Part 2 高原山区公路交通气象灾害主动防控技术The proactive prevention and Mitigation of Adverse Weather Events Impacts on PHMWeather eventsImpacts on transportationITS applicationsLimitations/issuesRainreduce pavement friction,reduce visibility,reduce travel speed,reduce roadway capacity,increase trip distance(detours
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