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环保气象

高速公路冰雪监测方案

一、项目背景与行业痛点

1.1 项目背景

高速公路冰雪路面智能监测与预警方案是一套面向高速公路、跨江跨河桥梁、山区公路、隧道出入口、长下坡、背阴路段及其他易凝冻区域建设的交通气象与路面冰雪状态在线监测系统。方案以路面温度、路面状态、积雪厚度、结冰厚度、水膜厚度以及空气温湿度等参数为核心,综合应用非接触式路面状态检测、埋入式路面传感、自动气象观测、数据采集、物联网通信、冰雪风险预测和交通安全预警技术,实现高速公路冰雪环境的连续监测与辅助决策。

冬季低温、雨雪、冻雨和融冻交替是影响高速公路通行安全的重要气象因素。当路面形成冰层、积雪或冰水混合覆盖时,轮胎与路面的接触状态可能发生变化,车辆制动、转向和行驶稳定性受到影响。

高速公路车辆运行速度较高,路面状态变化可能直接影响制动距离与通行风险。对于桥梁、长下坡、连续弯道和隧道出口等路段,冰雪条件还可能与纵坡、线形、光照、交通流和局地风场共同形成复杂的安全风险。

道路结冰并不完全取决于空气温度。路面通过太阳辐射、长波辐射、对流、降水、地下传热以及车辆运行等过程与环境交换能量,其表面温度可能与附近空气温度存在明显差异。

在部分晴朗而风小的夜间,路面可能因辐射冷却出现温度下降;在桥梁等特殊结构中,由于上下表面与空气进行热交换,其温度变化也可能不同于相邻普通路基路面。

当路面存在水膜、雨水或融雪水且温度下降至相应冻结条件时,可能形成冰层。对于含有融雪剂的路面,水溶液冻结温度可能下降,不能简单以0℃作为所有道路表面结冰的唯一判断条件。

传统高速公路冬季养护主要依赖天气预报、人工巡查、现场观察和除雪车辆作业。天气预报可以提供区域气象背景,但难以准确反映每处桥面、坡道和背阴区域的实时状态。

人工巡查能够发现明显积雪和结冰,但巡查间隔、道路距离、夜间条件及恶劣天气可能限制信息时效。部分薄冰或透明冰层也可能难以通过普通视频直接识别。

本方案通过在重点风险路段布设路面状态传感器、路面温度测量设备和交通气象站,持续记录路面由干燥、潮湿、积水、积雪到结冰的变化过程。

系统可根据实际设备能力获取水膜厚度、冰层厚度和雪层厚度,结合气温、相对湿度、降水类型、风速风向以及路面温度变化,分析凝冻条件和冰雪发展趋势。

在综合管理方面,系统支持与高速公路监控中心、道路视频、可变信息标志、巡查养护系统及除冰融雪设备进行数据联动,形成从监测发现到管理处置的完整闭环。

本方案的核心价值是提前感知和识别道路冰雪风险,辅助道路管理部门开展巡查、除冰融雪、交通提示和安全处置,而不是仅凭单项传感器数据直接决定道路封闭或开放。

1.2 行业主要痛点

1.2.1 路面结冰具有局地性

相邻桥梁、普通路基、背阴区和隧道口的路面温度可能不同,单个气象站难以代表整个路段。

1.2.2 透明薄冰不容易发现

部分透明冰层在普通可见光图像中与潮湿路面较难区分,尤其在夜间和反光条件下。

1.2.3 气温不能代替路温

空气温度与路面表面温度存在差异,不能仅依据气温判断路面是否结冰。

1.2.4 冰雪厚度变化较快

降雪、车辆碾压、融化和再次冻结可能使路面覆盖物状态快速变化。

1.2.5 桥面凝冻风险复杂

桥梁结构、风场、遮阴和热交换条件可能导致桥面与普通路基的温度响应不同。

1.2.6 除冰融雪缺少实时依据

仅按固定时间安排作业可能出现处置不及时或重复作业,需要有效的路面状态信息。

1.2.7 融雪剂使用状态难以掌握

融雪剂残留、稀释、流失和再冻结过程较复杂,需要专门测量或模型支持。

1.2.8 多源数据难以统一管理

气象、路面状态、视频、巡检和养护数据若缺少统一位置与时间信息,难以开展综合分析。

1.2.9 自动预警存在误报风险

雨水、雪泥、霜和薄冰等状态可能存在识别不确定性,需要建立数据质量与复核机制。

1.2.10 极端天气下设备维护困难

低温、积雪、道路扬尘、车辆喷溅以及除雪作业可能影响传感器长期稳定性。

二、建设目标与监测目标

2.1 总体建设目标

建设覆盖高速公路重点凝冻区域的智能冰雪监测网络,实时获取路面温度、干湿状态、积水、积雪、结冰、冰雪厚度及交通气象信息,实现冰雪风险预警、道路养护辅助决策和设备运行管理。

2.2 路面温度监测目标

连续测量道路表面温度,掌握低温、降温、升温及冻融变化过程。

2.3 路面状态监测目标

区分干燥、潮湿、积水、积雪、结冰及适用的混合状态,并记录识别置信度或数据有效性。

2.4 积雪厚度监测目标

根据适用传感器能力测量指定位置的积雪厚度,反映积雪发展过程。

2.5 结冰厚度监测目标

获取代表性测量区域的结冰厚度,并识别薄冰和持续积冰变化。

2.6 水膜厚度监测目标

测量路面积水或薄水膜厚度,为水膜冻结风险分析提供数据。

2.7 空气环境监测目标

获取空气温度、相对湿度、风速和风向,掌握道路周边气象条件。

2.8 降水监测目标

识别降水类型、发生时间及强度,辅助区分雨、雪和雨夹雪过程。

2.9 冰点监测目标

在设备适用时获取路面液体冻结温度或相关估算值,支持含融雪剂路面的凝冻分析。

2.10 风险预警目标

对低温潮湿、疑似冻结、已检出结冰、持续积雪及再次冻结等情况进行分级提示。

2.11 养护联动目标

为人工巡查、除雪清冰、融雪剂使用和交通诱导提供实时监测信息。

三、需求分析

3.1 高速公路普通路基

监测典型路段气象与路面状态,建立区域冬季道路环境背景数据。

3.2 桥梁路段

优先关注连续桥梁、跨河桥梁、山谷高架桥等可能出现特殊热交换和凝冻条件的路段。

3.3 隧道入口

隧道入口可能受到外部雨雪、局地阴影和温度变化影响,需要对入口附近路面状态开展针对性监测。

3.4 隧道出口

隧道出口可能存在突然变化的光照、温度、风和路面状态,应合理设置测点。

3.5 长下坡路段

对连续长下坡路段的积雪、结冰和湿滑风险开展重点监测,为车辆通行安全管理提供依据。

3.6 连续弯道路段

对弯道及弯坡组合区进行冰雪监测,结合道路几何信息开展风险提示。

3.7 背阴路段

对冬季日照不足、冰雪融化较慢的路段加强路面温度和结冰监测。

3.8 高海拔山区高速

针对持续低温、冻雨、降雪和风吹雪等条件设置综合监测设备。

3.9 易发生冻雨的路段

重点识别液态降水、路面温度和冻结状态之间的关系。

3.10 易重复结冰路段

对于白天融化、夜间重新结冰的路段,重点监测水膜残留和温度下降过程。

3.11 交通管理需求

监测信息应支持值守人员开展风险研判,必要时通过已有交通管理系统发布合法合规的提示。

四、总体解决方案

4.1 技术路线

采用“路段风险调查—监测站分级布设—路面状态测量—交通气象监测—多源数据融合—结冰趋势预测—智能预警—养护联动—处置效果复核”的技术路线。

4.2 非接触式监测

采用设置在道路侧方或上方的非接触式路面状态检测设备,对其有效采样区域开展路温、干湿、冰雪和水膜监测。

4.3 埋入式监测

对适宜的重点位置设置埋入式路面状态传感器,监测其有效位置的路面温度、覆盖状态及设备支持的冻结相关参数。

4.4 交通气象监测

配置空气温湿度、风速风向、降水和可选能见度传感器,形成道路气象观测数据。

4.5 智能风险分析

结合路面状态、路面温度、降水和温度变化趋势识别已出现或可能出现的结冰环境。

4.6 预测预警

利用路面热量收支、短时天气预报和历史数据构建经过验证的路面结冰预测模型。

4.7 信息发布联动

将经过审核的异常信息接入监控中心和交通信息发布系统,支持道路运行管理。

4.8 除冰融雪联动

对接人工养护作业、融雪剂喷洒或其他经过验证的除冰设备,形成处置申请、执行和效果复核流程。

五、系统架构设计

5.1 路面感知层

包括路面状态传感器、路面温度检测器和可选冰雪厚度测量设备。

5.2 气象感知层

包括空气温湿度、风速风向、降水类型及强度、可选能见度监测设备。

5.3 视频辅助层

由道路视频摄像机提供可见积雪、车辆通行和养护作业的辅助观察信息。

5.4 数据采集层

利用现场控制终端采集监测数据、状态信息及有效时间戳。

5.5 边缘计算层

执行传感器数据检查、异常过滤、局地预警和断网缓存。

5.6 通信传输层

通过高速公路通信网络、工业网络或适宜无线通信方式传输数据。

5.7 数据服务层

统一管理道路桩号、车道、监测站、气象数据、路面状态和历史事件。

5.8 风险分析层

开展冻结风险识别、积雪发展分析、再冻结判断及道路风险分级。

5.9 管理应用层

提供地图展示、路段预警、设备管理、巡检调度、养护作业记录和报表。

六、监测内容与监测方法

6.1 核心监测参数表

监测参数 单位或状态 测量方式 主要用途
路面温度 ℃ 红外测温或埋入式温度测量 冻结条件分析
路面状态 干燥、潮湿、积水、积雪、结冰等 路面状态检测器 道路冰雪识别
水膜厚度 mm 专用路面状态传感器 潮湿与冻结风险分析
结冰厚度 mm 具备冰厚功能的传感器 积冰发展监测
积雪厚度 mm 专用雪厚或路面状态检测设备 积雪监测
路面冰点温度 ℃ 适宜埋入式传感器或经验证的模型 含融雪剂路面冻结条件
空气温度 ℃ 空气温度传感器 气象环境分析
空气相对湿度 %RH 空气湿度传感器 湿度及结霜环境分析
风速 m/s 风速传感器 道路气象分析
风向 ° 风向传感器 风场变化分析
降水类型 雨、雪、雨夹雪等 天气现象传感器 冰雪发展分析
降水量及强度 mm、mm/h 降水监测设备 降水过程分析
能见度(可选) m 能见度检测器 风雪低能见度风险
融雪剂相关参数(可选) 依仪器标定定义 专用路面传感器 冻结温度与残留状态评价
设备质量状态 有效、可疑、故障、离线 设备自诊断 数据质量管理

6.2 时间同步

不同监测参数应使用统一时间标记,保证降水、路温和结冰状态可以按相同时间段进行分析。

6.3 道路位置标识

每个监测点应记录道路名称、上下行方向、桩号、所属车道或路肩及安装位置。

6.4 状态不确定性

当传感器无法可靠区分冰、雪或水等状态时,应输出未知或低置信度标记,不得强行判定。

七、路面温度监测与结冰机理

7.1 路面温度监测意义

路面温度是分析结冰环境的重要参数,但实际形成冰层还需要考虑水分来源和路面液体冻结温度。

7.2 红外非接触测温

通过红外辐射测温获取指定路面区域的表观温度,实际误差受到发射率、距离、天气和测量角度影响。

7.3 埋入式温度测量

利用与路面结构具有适宜热接触的传感器获取局部温度,应根据安装深度区分表面温度和内部温度。

7.4 路面热量收支

道路表面温度受到太阳辐射、长波辐射、空气对流、降水、传导和相变潜热等因素影响。

7.5 路面与空气温差

可以计算:

ΔT=Troad-Tair

其中,Troad为有效路面温度,Tair为对应空气温度。

7.6 路面温度变化速率

在有效采样间隔内:

R=(T2-T1)/(t2-t1)

可用于分析路面降温或升温趋势。

7.7 结冰条件

当路面存在水分且温度达到对应液体冻结条件时,可能发生冻结;具体还受到成核、融雪剂及热交换影响。

7.8 冻融交替

白天融化与夜间再冻结可能形成反复变化的路面状态,应连续记录水膜和温度。

7.9 技术边界

路面温度处于零下只能说明具有一定结冰环境条件,不能独立证明路面已经存在冰层。

八、路面冰雪相态与状态识别

8.1 路面状态分类

根据实际传感器能力区分干燥、潮湿、积水、结冰、积雪和必要的混合状态。

8.2 非接触光学识别

部分路面状态检测器根据不同物质的光谱反射或吸收特征识别水、冰和雪。

8.3 埋入式识别

部分埋入式传感器利用电学、温度或其他测量原理判断传感器附近的水膜和冻结状态。

8.4 薄冰识别

透明薄冰可能难以通过普通视频判断,应采用能够识别相应状态的专用检测方法。

8.5 雪泥状态

雪泥可能表现出冰、雪和液态水混合特征,系统应明确设备能否识别。

8.6 结霜状态

结霜条件与降雪、结冰不同,应根据传感器能力和现场需要进行分类。

8.7 状态持续性

通过连续观测减少短时噪声及车辆遮挡造成的状态跳变。

8.8 路面状态复核

对于重要或相互矛盾的数据,可结合其他传感器、视频及现场检查。

8.9 数据质量限制

传感器观测点的状态仅直接代表其有效测量区域,不能未经验证延伸到全部车道。

九、积雪厚度与结冰厚度监测

9.1 厚度监测意义

冰雪覆盖厚度反映局部积累与变化,可为除雪和凝冻处置提供参考。

9.2 雪厚测量

采用适宜的非接触测距、光学或专用路面状态测量方法获取雪层厚度。

9.3 冰厚测量

采用具有明确冰厚测量能力的传感器获取局部冰层厚度。

9.4 混合覆盖层

当冰、雪、水共同存在时,应根据仪器能力分别输出或标记无法分离。

9.5 厚度增长率

在有效时间区间内:

Rh=(h2-h1)/(t2-t1)

可用于分析局部积雪或冰层增长速率。

9.6 车辆碾压影响

行车碾压、除雪机械和车辙可能造成冰雪厚度局部差异。

9.7 路肩与行车道差异

路肩、应急车道和实际行车轮迹可能具有不同积雪条件,应在选址时明确代表性。

9.8 厚度测量范围

不能假设所有路面状态检测器均能测量较厚积雪,必须根据仪器有效量程选型。

9.9 测量解释边界

单点冰雪厚度不等于整个车道平均厚度,也不能直接表示车辆实际附着条件。

十、水膜厚度与路面冰点监测

10.1 水膜监测意义

路面存在液态水时,如果温度下降至相应冻结条件,可能出现再次结冰。

10.2 水膜厚度

通过专用路面状态传感器测量指定区域的水膜厚度,单位为mm。

10.3 水膜分布

车辙、路面横坡、排水状态和局部低洼可能造成水膜厚度差异。

10.4 融雪水

积雪融化可能形成水膜,温度下降后存在再冻结可能。

10.5 冻结温度

纯水的冻结温度与含融雪剂溶液的冻结温度不同,应采用适宜方法判断。

10.6 融雪剂影响

融雪剂种类、浓度、稀释及流失可能影响路面液体的冻结温度。

10.7 冰点测量

在仪器实际支持且经过有效标定时,获取路面液体冰点温度或对应估计值。

10.8 再冻结风险

结合水膜存在、路温变化和有效冰点信息,识别可能的再冻结过程。

10.9 技术限制

融雪剂浓度、溶液冰点和路面附着性能不属于同一个物理量,不能未经验证直接互换。

十一、交通气象环境综合监测

11.1 气温

获取道路附近空气温度,辅助分析低温天气及路面热交换背景。

11.2 相对湿度

记录空气水汽状态,为结霜、降水与环境分析提供数据。

11.3 风速

分析道路附近风速及其对降温、风吹雪和局地天气的影响。

11.4 风向

识别风吹雪和局地风场的主要方向。

11.5 降水类型

区分雨、雪、雨夹雪及传感器能够可靠识别的其他类型。

11.6 降水强度

测量或估计对应时间区间的降水强度,并保留数据来源。

11.7 能见度

在风雪、浓雾等需要低能见度监测的路段,可增设符合相应技术要求的能见度检测器。

11.8 辐射辅助

对于研究路面热量收支的项目,可选配太阳辐射监测。

11.9 气象关联分析

统一关联降水、气温、风和路面状态,解释冰雪事件发生与发展过程。

十二、冰雪风险预测模型与数据分析

12.1 预测目标

在直接监测的基础上,对未来短时间内可能形成的路面结冰和再冻结风险进行辅助预测。

12.2 路面温度预测

通过历史路温、气象预报、辐射和路面热交换特征建立路温变化模型。

12.3 冻结风险分析

结合水膜状态、路面温度、冻结温度及温度变化趋势分析结冰可能性。

12.4 降雪积累分析

综合降雪数据和历史积雪厚度研究局部积雪增长趋势。

12.5 再冻结预测

识别雨雪结束或融雪后存在水膜且气温、路温继续下降的情况。

12.6 桥面专项模型

桥梁可以根据实际结构和热响应建立相应模型,不应将普通路基路温模型直接套用。

12.7 风险综合模型

可根据现场验证资料建立:

Risk=f(RoadState,Troad,WaterFilm,SnowDepth,IceDepth,FreezingPoint,Precipitation,Forecast,RoadGeometry)

其中,Risk为经过验证的辅助道路冰雪风险指标。

12.8 交通运行因素

道路坡度、弯道、限速和实际交通状态可以作为业务风险分析变量,但不改变传感器对冰雪状态的测量定义。

12.9 模型验证

使用独立的冬季监测和现场核查数据评价误报、漏报及预测时间误差。

12.10 模型适用边界

预测结果具有不确定性,应明确预测时段、适用路段和数据有效性,不应作为唯一交通管制依据。

十三、冰雪预警机制与决策支撑

13.1 预警原则

按照监测状态、结冰风险、交通安全条件和管理权限设置分级提示。

13.2 低温关注

当路面温度持续下降并接近相应冻结条件时,生成低温关注提示。

13.3 潮湿冻结风险

当路面有水膜且存在冻结条件时,提升结冰风险关注程度。

13.4 已检出结冰

当专用路面状态检测器有效识别结冰时,记录检测事件并进入相应核查处置流程。

13.5 积雪预警

当积雪厚度和持续时间达到项目经过确认的管理条件时,生成积雪事件。

13.6 再冻结预警

对融雪后水膜残留并伴随降温的路段生成再冻结风险提示。

13.7 桥梁重点预警

对重点桥梁和事故风险较高路段采用更加针对性的现场监测及核查策略。

13.8 预警分级表

事件级别 主要识别条件 建议响应
正常 路面状态有效,未检出明显冰雪风险 持续监测
低温关注 路温接近对应冻结条件 加强趋势监测
结冰风险 路面潮湿或有水膜,且存在冻结条件 安排重点巡查
已检出冰雪 专用检测器识别到积雪或结冰 启动核查与养护处置程序
严重道路风险 持续冰雪覆盖并伴随不利线形或交通条件 按规定执行交通管理与应急措施
监测故障 传感器失效或数据质量不足 安排检修和人工复测

13.9 预警发布管理

监测系统内部风险报警不能自动等同于有权限部门发布的交通管制指令。

13.10 人工核查

重要预警应按业务要求结合视频、现场巡查及其他可靠信息进行复核。

十四、除冰融雪作业联动控制

14.1 联动目标

为人工除雪、撒布融雪剂、机械清冰及其他合规作业提供及时准确的路面数据。

14.2 养护作业建议

根据实际路面状态和天气趋势形成需要巡查或处置的候选路段。

14.3 除雪车辆调度

将已核查的积雪路段和积雪程度提供给养护调度人员。

14.4 融雪剂作业

结合路面温度、冻结条件、实际积雪和运营要求辅助制定使用策略。

14.5 自动喷洒装置

对已安装的自动喷洒设备,可在授权条件下接入控制系统,并配置现场独立安全联锁和执行反馈。

14.6 防止过量作业

合理的监测与处置记录有助于评价融雪剂作业,但实际用量应按道路养护规范和环境要求确定。

14.7 作业状态反馈

记录开始时间、结束时间、实际作业范围及设备运行状态。

14.8 作业效果验证

比较处置前后路面状态、冰雪厚度和温度,并结合现场检查判断效果。

14.9 安全控制边界

自动控制不得越过道路管理权限和设备安全保护,也不能因传感器数据缺失自动认定路面安全。

十五、项目实施方案

15.1 路段调查

收集历史冰雪事件、事故风险、道路桩号、桥梁、隧道、坡度和养护记录。

15.2 风险区域划分

将路段划分为桥梁、隧道口、背阴路段、长下坡和一般路基等不同监测类型。

15.3 监测站选址

根据风险点、交通环境及路面代表性确定实际安装位置。

15.4 非接触传感器安装

在符合道路设施安全要求的位置安装传感器,确保其有效采样区覆盖目标路面。

15.5 埋入式传感器安装

需要切割和修复路面时,应执行相应施工组织、交通安全和路面结构恢复要求。

15.6 气象设备安装

按照适宜气象观测方法布设温湿度、风速风向和降水设备。

15.7 电源与通信

优先利用已有高速公路供电通信设施,必要时配置适宜后备电源。

15.8 数据接口调试

验证路面状态、温度、厚度及气象数据的单位和时间对应关系。

15.9 路面状态现场比对

在安全和允许条件下,用相应现场检查方法核验路面干湿及冰雪状态。

15.10 冬季专项校验

对实际结冰、积雪、雨夹雪和融雪过程开展数据检查和模型验证。

15.11 预警联调

验证路面异常报警、人工确认、任务生成及处置结果记录。

15.12 试运行

统计设备在线率、数据有效率、异常事件、误报及漏报情况。

15.13 项目验收

验收设备性能、测点位置、路面状态识别、通信、报警及业务联动功能。

十六、运维服务保障

16.1 运维总体目标

保障交通冰雪监测设备在低温、雨雪、车辆通行和道路养护环境下长期稳定运行。

16.2 非接触传感器维护

检查光学窗口、测量角度、镜头污染及采样区域遮挡。

16.3 埋入式传感器维护

检查路面接缝、密封、结构完整性和传感器测量状态。

16.4 温度监测校验

定期检查温度数据偏差及异常固定值。

16.5 雨雪监测设备维护

检查积雪覆盖、结冰、排水及传感器的适用工作状态。

16.6 风速风向维护

检查机械部件、结冰或其他环境造成的测量异常。

16.7 视频设备维护

检查镜头污染、安装稳定性及图像有效性。

16.8 通信维护

检查设备在线率、数据中断和断网补传。

16.9 数据质量审核

对路面状态与温度矛盾、厚度突变、超量程和设备离线等情况进行标记和复核。

16.10 养护作业保护

除雪车、清扫车和道路施工可能影响监测设备,应在养护过程中做好保护。

16.11 运行安全

所有现场维护应遵守高速公路养护作业、交通组织和人员安全规定。

十七、应用场景

17.1 高速公路桥梁凝冻监测

监测桥面温度、水膜、冰雪状态及降温变化。

17.2 跨河跨江桥梁

关注桥梁局地温湿环境和结构热交换差异。

17.3 高海拔山区高速

开展持续低温、降雪及覆冰综合监测。

17.4 隧道入口

监测隧道外部入口路面温度与冰雪变化。

17.5 隧道出口

监测隧道内外转换区域的路面状态。

17.6 连续长下坡

为坡道路段冰雪通行风险评估提供实时数据。

17.7 背阴路段

重点识别低日照环境中的持续积冰与再冻结过程。

17.8 连续弯道路段

将冰雪监测数据与路段线形信息关联开展风险提示。

17.9 冻雨多发路段

结合降水类型、水膜和路面温度分析凝冻状态。

17.10 高速公路互通与匝道

在实际风险较高的匝道、弯坡组合及其他重要节点布设监测。

十八、效益分析

18.1 冰雪状态感知效益

连续获取重点路段的真实路面状态,弥补区域天气预报和低频人工巡查的部分不足。

18.2 交通风险辅助预警价值

通过直接监测与趋势预测,为道路风险提示提供数据依据。

18.3 养护作业支持价值

辅助确定重点巡查和除冰融雪路段,提高任务安排的针对性。

18.4 再冻结监测价值

通过水膜与路温数据,观察融雪后的重复结冰风险。

18.5 监测网络价值

通过多测点数据识别不同道路结构和微环境的温度及冰雪差异。

18.6 数据管理价值

建立冰雪事件、道路状态、养护作业和异常处置档案。

18.7 运维效率价值

远程设备管理和数据质量监控有助于安排设备检修。

18.8 效益评价指标

评价方向 建议指标 评价方法
路面状态识别 分类正确率、漏报率、误报率 有效现场样本核验
路面温度监测 测温偏差、有效数据率 现场比对与校准
冰雪厚度 测量偏差、超量程情况 有效参考测量
预警能力 报警及时性、事件复核结果 预警记录
设备运行 在线率、故障处置时间 运维日志
养护应用 任务响应、作业效果记录 养护业务资料

18.9 效益边界

系统能够为冰雪交通风险管理提供数据支持,但不能在缺乏实际项目运行数据时承诺固定的事故减少比例、道路封闭时间缩短比例或经济收益。

十九、标准规范与政策依据

19.1 标准应用原则

高速公路冰雪监测涉及交通气象监测设施、道路状态传感器、能见度测量、交通信息发布和道路养护等多个领域,实际项目应根据设备类型和业务场景采用适用标准。

19.2 主要技术标准

标准编号 标准名称 适用内容
GB/T 33697—2017 公路交通气象监测设施技术要求 公路交通气象监测设施的技术参考
JT/T 715—2022 道路交通气象环境 埋入式路面状况检测器 埋入式路面状态设备设计与检测
JT/T 714—2025 道路交通气象环境 能见度检测器 能见度检测器扩展选型
T/CITSA 21—2022 高速公路交通气象系统架构及技术规范 高速公路交通气象系统架构和应用参考
GB/T 26764—2024 多功能路况快速检测设备 移动式道路状况检测扩展参考

19.3 公路交通气象设施要求

GB/T 33697—2017《公路交通气象监测设施技术要求》为现行国家推荐性标准,可作为高速公路交通气象监测设施设计及参数选择的技术依据。

19.4 埋入式路面检测

JT/T 715—2022《道路交通气象环境 埋入式路面状况检测器》为现行交通运输行业标准,可作为适用埋入式路面状态检测设备的技术依据。

19.5 能见度检测

JT/T 714—2025《道路交通气象环境 能见度检测器》于2025年5月1日实施,可用于相关能见度检测设备选型和测试参考。

19.6 交通气象系统

T/CITSA 21—2022《高速公路交通气象系统架构及技术规范》属于团体标准,可作为交通气象业务系统建设的参考。使用时应确认项目的采用要求。

19.7 标准适用边界

设备符合某项测量标准不代表能够自动完成所有道路冰雪风险判断。不同传感器对冰、雪、水膜、融雪剂及路面摩擦状况的支持能力应逐项确认。

二十、典型应用设计示例

20.1 示例性质

以下为假设工程设计示例,用于说明高速公路冰雪监测系统的配置方法,不代表实际已经实施或完成验收的项目。

20.2 项目概况

假设某山区高速公路具有跨谷桥梁、隧道出口、背阴路段、长下坡及一般路基等不同道路环境,需要开展冬季冰雪监测。

20.3 监测目标

对重点路段的路面温度、干湿状态、结冰、积雪、水膜及气象条件开展连续监测,支持管理人员开展冰雪预警和养护调度。

20.4 站点规划

示例设置6处监测站,分别选择2处桥梁、1处隧道出口、1处背阴路段、1处长下坡和1处普通路基代表位置。

20.5 监测设备配置

设备名称 示例数量 配置说明
非接触式路面状态检测器 6套 每站1套,按测量能力选择冰雪及水膜参数
路面温度监测单元 6套 可与路面状态设备集成
埋入式路面状态检测器 2套,可选 重点桥面作为补充监测
空气温湿度传感器 6套 每站1套
风速风向传感器 6套 按气象代表性安装
降水类型与强度监测装置 6套 按项目需要设置
能见度检测器 2套,可选 布设在风雪影响较大的路段
道路视频监控 按需配置 优先复用已有设施
工业数据采集终端 6套 每站1套
通信终端 6套 对接高速公路通信网络
电源及后备电源 6组 按现场供电条件配置
安装与防护组件 6组 满足路侧设施安全要求
冰雪智能监测平台 1套 统一监测、预警和养护管理

20.6 监测站设计

在桥梁、隧道口及其他代表性位置分别配置路面状态与交通气象测量,记录站点桩号、方向及有效采样区。

20.7 结冰预警流程

当路温下降且路面存在水分时,系统生成潜在冻结风险;当专用检测器确认结冰时,生成已检出结冰事件,并进入相应业务核查和处置流程。

20.8 积雪处置流程

当积雪状态和厚度满足相应管理条件时,向养护人员生成巡查及除雪任务建议。

20.9 再冻结识别

对于已经融雪但仍存在水膜的路段,持续分析路温和有效冻结条件,识别夜间再次结冰的可能性。

20.10 养护效果验证

对除冰融雪前后的路面状态开展比对,并结合现场检查记录处置结果。

20.11 项目验收

建议重点验收路面状态识别、路温测量、冰雪厚度、数据通信、异常预警、设备在线率和管理平台功能。

20.12 示例说明

6处监测站仅为初步工程设计举例,并不表示足以覆盖全部山区高速公路。实际站点数量应通过历史凝冻调查、道路结构、微气象差异和运行管理需求确定。

二十一、参考文献

21.1 国家标准

(1)GB/T 33697—2017《公路交通气象监测设施技术要求》。

国家标准信息查询:

https://openstd.samr.gov.cn/bzgk/std/newGbInfo?hcno=922155E8EE12732021E4CCA193C8CF3B

21.2 交通运输行业标准

(2)JT/T 715—2022《道路交通气象环境 埋入式路面状况检测器》。

标准查询:

https://std.samr.gov.cn/hb/search/stdHBDetailedCNF?id=E3D422193A676ACDE05397BE0A0A1120

(3)JT/T 714—2025《道路交通气象环境 能见度检测器》。

标准查询:

https://std.samr.gov.cn/hb/search/stdHBDetailed?id=2F0759D621C7B156E06397BE0A0A1737

21.3 团体标准

(4)T/CITSA 21—2022《高速公路交通气象系统架构及技术规范》。

标准信息:

https://www.its-china.org.cn/ds/231262e187.html

21.4 路况检测技术参考

(5)GB/T 26764—2024《多功能路况快速检测设备》。

标准查询:

https://openstd.samr.gov.cn/bzgk/std/newGbInfo?hcno=9E986752ACD65E78927DFD306135C19C

21.5 地方技术应用参考

(6)贵州省高速公路应急性凝冻处置相关技术指南,可作为适用地区凝冻监测、路面状态检测及应急处置系统设计的参考,不应直接作为全国统一布点要求。

21.6 技术扩展方向

在基础路面温度、路面状态、冰雪厚度和交通气象监测系统稳定运行后,可增加路面冰点测量、融雪剂状态监测、短时结冰预测、能见度检测、视频分析及自动化除冰融雪控制。

对于桥梁、山区隧道口和易重复结冰路段,可研究多测点路面热响应差异,优化凝冻风险分析模型。

对于需要更高可靠性的交通业务,可将现场路面状态、天气预报、道路视频、养护作业和事故风险信息进行融合分析。

21.7 技术应用边界

路面温度低于0℃不代表一定存在冰层。

路面检测器测得的结冰状态只代表其有效检测区域,不能未经验证代表全部车道。

积雪厚度、冰层厚度和水膜厚度分别属于不同参数,不应混合输出。

空气温度不能直接替代路面温度。

路面冰点温度与路面当前实际温度不同,需要分开记录。

检测到冰雪不等于直接测得轮胎—路面摩擦系数;实际摩擦性能还与轮胎、速度、路面材料和其他因素有关。

非接触路面状态检测器并不必然具备高精度厚雪测量能力,应按产品有效范围核查。

视频能够辅助观察积雪和交通状态,但不应在缺乏验证时替代透明薄冰检测。

内部风险预警不能代替道路管理部门依法作出的交通管制与应急处置决定。

21.8 方案总结

高速公路冰雪路面智能监测方案通过路面温度、路面状态、水膜、积雪厚度、结冰厚度及交通气象参数的联合监测,建立面向重点凝冻路段的道路环境感知体系。

系统采用非接触式路面检测与可选埋入式传感相结合的方式,识别干燥、潮湿、积水、积雪和结冰等状态,并通过连续数据反映道路冰雪发展过程。

通过路温变化、降水、路面水膜和有效冻结条件分析,可辅助识别结冰与再冻结风险。

通过监测站、数据通信、智能预警、道路地图及养护业务联动,可以将路面异常监测结果用于重点巡查、除冰融雪、交通提示和处置效果复核。

通过规范传感器选型、道路风险分区、现场比对、数据质量控制和冬季专项运维,可以提升监测系统的可靠性和长期运行能力。

在明确监测点代表范围、传感器测量能力及交通管理权限的前提下,本方案能够为高速公路桥梁、山区高速、隧道口、背阴路段、长下坡和其他重点易凝冻区域提供冰雪监测、风险预警及智能辅助决策技术支持。

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