交通气象站RWIS路面实况监测方案

项目背景与行业痛点

道路天气信息系统RWIS（Road Weather Information System）是面向高速公路、国省干线、山区道路、桥梁、隧道出入口、城市快速路等交通场景建设的道路气象与路面实况综合监测系统。

传统气象观测主要反映一定区域范围内的大气环境状态，而道路交通安全更直接受到路面温度、路面干湿状态、积水、积雪、结冰、能见度、降水类型以及局地风场等因素影响。同一条道路不同路段因海拔、坡度、阴阳坡、桥梁结构、隧道环境和周边地形不同，实际道路气象条件可能存在明显差异。

特别是在桥梁、背阴坡、山区急弯、长大纵坡、隧道出入口、临水路段和风口等位置，道路可能比周边区域更早出现降温、结霜、积雪或结冰。单纯依据区域天气预报或空气温度，难以准确反映道路实际通行条件。

当前道路气象管理通常存在以下问题：

• 区域天气预报空间尺度较大，难以反映具体道路桩号的微气象条件。
• 气温不能直接代表路面温度，无法仅依据气温判断道路是否结冰。
• 人工巡查受到时间、天气、交通条件和人员数量限制，难以全天候连续监测。
• 薄冰、黑冰、夜间结冰等风险肉眼难以及时发现。
• 降雪、冻雨、低能见度、大风和道路结冰等风险往往同时出现，需要多参数综合研判。
• 道路气象、养护、交警、应急等系统之间数据相对独立。
• 缺少连续的道路气象历史数据库，难以形成易结冰路段和高影响天气风险模型。

因此，需要建设以道路实际状态为核心的RWIS交通气象监测系统，对道路环境、路面状态及交通高影响天气进行连续在线监测，为道路养护、交通诱导、恶劣天气预警、除雪除冰和应急调度提供数据依据。

建设目标与监测目标

建设交通气象站RWIS路面实况监测系统，实现道路气象环境、路面状态和高影响天气的连续在线感知，建立从现场监测、边缘计算、网络传输、平台分析到预警应用的完整技术体系。

主要建设目标包括：

• 实时掌握道路表面干燥、潮湿、积水、积雪、结冰等实际状态。
• 连续监测路表温度及路表温度变化趋势。
• 监测空气温度、湿度、气压、风速、风向等道路气象参数。
• 监测降雨、降雪、雨夹雪等降水现象及降水强度。
• 实时监测道路能见度变化。
• 识别薄冰、黑冰、低温湿滑及道路结冰风险。
• 形成道路天气风险等级和交通气象预警。
• 建立道路气象实时地图和历史数据库。
• 为除雪、除冰、融雪剂撒布和道路养护提供决策依据。
• 支持与高速公路监控平台、可变情报板、交警和应急平台进行数据对接。

需求分析

道路实况监测需求

系统需要直接监测道路表面实际状态，而不是仅根据环境气象参数推测路面情况。应能够持续识别干燥、潮湿、积水、积雪和结冰等道路状态，并同步获取路表温度。

交通气象综合监测需求

除道路表面状态外，还需要同步监测影响道路交通安全的温度、湿度、气压、降水、风速、风向和能见度等参数，形成完整交通气象观测数据。

道路结冰风险监测需求

道路是否结冰不能简单采用空气温度低于0℃作为判断依据，应综合路表温度、水膜状态、降水、空气湿度、露点及道路历史状态进行联合分析。

局地微气象监测需求

桥梁、山区道路、背阴坡、隧道口、风口等位置具有明显局地气象特征，需要按照风险点位布设交通气象站，而不能完全依赖区域气象站数据。

无人值守需求

系统应支持7×24小时连续运行，具备远程状态监控、本地数据缓存、断网补传、远程参数配置和设备异常诊断能力。

系统联网需求

多个RWIS站点需要统一联网，形成高速公路或区域道路气象监测网络，实现地图化管理、风险分布分析和跨路段联动。

总体解决方案

系统采用“道路感知层、气象感知层、边缘计算层、通信传输层、平台应用层、业务联动层”六层架构。

道路感知层重点监测路面温度、干湿状态、积水、积雪和结冰；气象感知层监测空气温湿度、气压、风速风向、降水和能见度；边缘计算设备完成多源数据采集、状态识别、风险计算和现场缓存；通信系统将数据上传至SIYB®交通气象监测平台。

平台对各站点数据进行实时展示、趋势分析、地图展示、风险分级和交通气象预警，并可向道路养护、交通监控、可变情报板和第三方管理平台提供标准接口。

系统整体技术路线为：

道路实况监测 → 道路气象监测 → 边缘数据采集 → 多参数融合分析 → 道路风险判识 → 数据上传 → GIS地图展示 → 交通气象预警 → 养护与交通管理联动。

系统架构设计

现场道路感知设备：

非接触路面状况传感器 + 路表温度传感器 + 可选埋入式路况传感器

道路气象监测设备：

空气温湿度 + 大气压力 + 风速风向 + 降水 + 能见度

现场边缘计算：

多参数采集 + 数据预处理 + 数据质量控制 + 状态识别 + 风险计算 + 本地存储

通信网络：

Ethernet / 光纤 / 4G / 5G / RS485

平台应用：

实时地图 + 道路实况 + 趋势分析 + 风险预警 + 历史数据 + 报表 + 运维管理

业务联动：

养护系统 + 高速公路监控平台 + 可变情报板 + 交警系统 + 应急平台 + 第三方数据平台

监测内容与监测方法

技术原理与算法模型

非接触路况识别原理

非接触道路状况传感器向目标路面发射特定波段光信号，并接收道路表面的反射光。干燥路面、水膜、冰层和积雪具有不同的光谱反射和吸收特征，通过多波段光谱信息、反射强度和标定模型，可以对道路表面状态进行分类识别。

通过与路表温度、空气温湿度和降水信息组合，可进一步判断道路状态变化过程，例如干燥转潮湿、潮湿转积水、积水向结冰转变，以及积雪融化后重新冻结等过程。

道路结冰风险模型

系统采用多参数联合分析，不使用单一气温阈值作为道路结冰判断条件。

综合风险可表示为：

R = F（路表温度、道路水分、降水状态、空气湿度、露点、路表温度变化率、当前路面状态、历史道路特征）

其中R表示道路结冰风险指数。

当道路存在自由水，同时路表温度持续下降并接近道路有效冰点时，风险等级逐步提高；如果传感器已经直接识别到冰层，则进入结冰状态报警。

露点与结霜分析

通过空气温度和相对湿度计算露点温度。当路表温度接近或低于露点，并处于低温条件时，可分析道路结露和结霜风险。

路表温度趋势分析

平台不仅分析当前路表温度，还分析一定时间窗口内的温度变化速率。持续快速降温通常比单个瞬时温度值更具有预警价值。

低能见度分析

结合能见度、湿度、降水和现场视频，可识别雾、强降雪等造成的低能见度交通风险。

风吹雪分析

山区、高原、桥梁及开阔道路可以结合风速、风向、降雪和路面积雪状态，对风吹雪和道路二次积雪风险进行辅助判断。

系统功能设计

道路实况监测

实时展示路面干燥、潮湿、积水、积雪、结冰及冰雪混合状态。

路面温度监测

实时显示路表温度，并记录最高温度、最低温度和温度变化趋势。

道路气象监测

集中显示温度、湿度、气压、风速、风向、降水和能见度等交通气象参数。

道路结冰预警

根据路面状态、路表温度和气象条件综合计算道路结冰风险。

低能见度预警

当能见度下降至设定等级时自动生成低能见度事件。

降雪监测

识别降雪过程，并与路面积雪状态联合分析。

恶劣天气综合预警

对道路结冰、积雪、低能见度、强降水、大风等交通高影响天气进行统一管理。

地图化管理

在GIS地图上显示各交通气象站位置、实时状态和风险等级。

历史数据查询

支持按站点、时间和监测参数查询历史数据。

事件管理

自动记录预警开始时间、峰值、持续时间和解除时间。

设备运维

实时监测设备供电、通信、传感器状态和数据完整率。

硬件组成与配置方案

核心设备参数

道路积雪结冰监测单元

环境温湿度

能见度监测

风速风向

以上参数为交通气象站方案设计参考。正式项目应依据道路等级、所在地气候条件、项目技术要求和设备最终选型确定。

软件平台与数据展示

SIYB®交通气象监测平台对多个RWIS站点进行集中管理，并以GIS地图方式展示道路气象和路面实况。

数据分析与智能应用

道路结冰风险分析

对路表温度、水膜、降水、湿度和道路状态进行综合分析，形成道路结冰风险指数。

易结冰路段识别

长期统计各站点结冰发生频率、持续时间及最低路表温度，形成道路易结冰路段数据库。

道路微气候分析

对同一路线不同站点进行横向比较，可分析山区、桥梁、背阴坡及隧道口等局地微气候差异。

路面温度变化分析

结合昼夜周期、天气条件和道路结构分析不同道路的升温和降温规律。

交通高影响天气分析

综合结冰、积雪、降水、能见度和风环境，形成不同类型的交通高影响天气事件。

道路气象数据画像

通过长期数据积累，可为每一个RWIS站点建立道路气象特征档案，包括最低温度、结冰频率、降雪频率、低能见度频率和大风频率等。

预警机制与决策支撑

系统可根据道路管理单位的业务规则，将风险信息发送至高速公路监控中心、养护部门、交警部门、应急管理系统或可变情报板。

项目实施方案

现场调查

调查道路等级、桩号、地形、坡度、桥梁、隧道、阴阳坡、历史结冰点、气象特点、供电条件和通信条件。

站点选址

优先选择桥梁、长大纵坡、背阴路段、山区弯道、风口、隧道出入口、临水区域以及历史易结冰和事故易发位置。

设备安装

道路状况传感器可安装于路侧立杆、门架或既有交通设施，保证监测视场覆盖具有代表性的道路区域。

路表温度监测区域应尽量与路面状态监测区域一致，避免不同日照条件造成数据代表性差异。

温湿度传感器应安装防辐射罩；风速风向、降水和能见度设备应尽量避免建筑物、树木和大型交通设施的明显干扰。

设备接入

完成传感器、边缘采集主机、通信网络和平台的数据接入及协议配置。

现场标定

投运前建议针对干燥、潮湿、积水、积雪和结冰等典型道路状态进行人工观测比对。

系统联调

验证实时数据、历史数据、报警、设备状态、断网补传和第三方接口。

试运行

经过完整天气过程运行后，根据现场实际数据对告警阈值和风险模型进行优化。

安装部署原则

• 优先覆盖道路高影响天气风险点，而不是简单按照固定距离平均布站。
• 道路状态传感器应选择具有代表性的车道路面作为监测区域。
• 避免护栏、标志牌或长期停车车辆遮挡传感器视场。
• 避免强光、道路照明和镜面反射直接影响光学路况设备。
• 路表温度与路况状态尽量监测同一区域。
• 山区站点需考虑雷电、防风和低温环境。
• 沿海或盐雾区域应考虑结构件和设备防腐。
• 太阳能供电系统应按照冬季低日照和连续阴雨雪天气进行容量设计。
• 所有户外线缆、接插件及机箱应满足长期道路环境使用要求。

运维服务保障

RWIS交通气象站属于长期无人值守道路监测设备，应建立常态化运维机制。

• 定期检查非接触路况传感器光学窗口是否存在灰尘、泥污、积雪或结霜。
• 定期检查温湿度传感器防辐射罩。
• 检查能见度传感器发射和接收窗口。
• 检查降水设备是否存在积雪、堵塞或异常。
• 检查风传感器结构件和安装方向。
• 检查立杆、横臂和设备安装结构是否松动。
• 检查通信模块、网络和天线状态。
• 检查防雷、接地和供电系统。
• 太阳能系统定期检查太阳能板、电池和充电控制器。
• 定期进行道路实况人工比对和传感器数据校核。
• 平台持续监测设备在线率、数据完整率和异常数据。

项目优势与方案价值

道路实际状态直接监测

系统以道路表面实际状态为核心，不再仅通过空气温度间接推测道路情况。

多参数融合

将路面状态、路表温度、空气温湿度、降水、能见度和风环境统一进行综合分析。

局地微气象监测

适合桥梁、山区、背阴坡、隧道口等传统区域气象数据难以准确代表的场景。

全天候无人值守

实现道路气象24小时连续监测，特别适合夜间、偏远山区和恶劣天气环境。

过程化监测

完整记录道路由干燥到潮湿、积水、降雪、结冰以及后续融化全过程。

多站点联网

多个交通气象站组成道路监测网络后，可形成整条高速公路或区域路网的道路气象风险地图。

开放系统接口

支持与道路养护、交通监控、可变情报板、交警和第三方平台进行数据互联。

长期数据资产

持续积累道路气象历史数据，为道路设计、冬季养护、风险治理和交通安全管理提供数据基础。

应用场景

效益分析

标准规范与技术依据

交通气象站RWIS系统设计、设备选型、安装和项目验收可结合现行国家标准、行业标准以及项目所在地道路管理单位技术要求执行。

成功案例

当前资料未提供可公开核验的具体SIYB® RWIS交通气象站已交付项目，因此不虚构具体客户名称和项目运行数据。以下作为典型应用配置参考。

参考文献

1. GB/T 33697-2017《公路交通气象监测设施技术要求》。
2. JT/T 715-2022《道路交通气象环境 埋入式路面状况检测器》。
3. GA/T 1494-2018《路面结冰监测系统通用技术条件》。
4. GB/T 46252-2025《道路结冰高影响路段排查规范》。
5. GB/T 4208-2017《外壳防护等级（IP代码）》。
6. GB/T 17626系列《电磁兼容 试验和测量技术》。
7. 道路交通气象、路面能量平衡、冰雪路况识别、低能见度监测及道路气象信息系统相关公开技术资料。

本方案属于交通气象站RWIS路面实况监测系统前期技术设计方案。实际项目中的监测参数、设备数量、布站距离、安装高度、通信方式、供电方式、数据更新周期、预警阈值及平台接口，应根据现场勘察、道路等级、气候条件和项目技术要求最终确定。