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美國如何運用科技手段緩解暴雪等惡劣天氣對道路交通的影響?

文字:[大][中][小] 手機頁面二維碼 2019-10-12     瀏覽次數:    

為制定道路天氣管理對策,道路管理部門必須連續對氣象變化進行監測,并整合分析氣象數據,制定科學有效的道路交通安全管理對策,以減輕氣象變化對道路交通安全造成的影響。


運用天氣觀測系統預測天氣


目前,美國道路管理部門主要通過固定的氣候傳感站(ESS)、移動傳感設施和遙感系統等天氣觀測系統預測氣象變化,為管理決策提供可靠信息。

 

天氣預報的基礎信息來自氣象觀測數據分析。大范圍的氣候變化預報信息作為公共資源,由國家海洋和大氣管理局(NOAA)的氣象服務處和颶風中心,以及地方氣象預報服務部門等對公眾發布。此外,部分氣候觀測數據也可以從環境觀測網絡數據中獲得,如農業、洪水監測和航空網絡數據。美國國家海洋和大氣管理局的氣象同化數據攝取系統(MADIS),是一個氣象觀測數據庫和數據傳輸系統,可以提供覆蓋全球的氣象觀測資料。MADIS從NOAA數據源和非NOAA提供的數據源(如地面監測系統、水文監測網絡、氣球運載儀器、多普勒雷達、飛機傳感器等數據資源)中提取數據,對數據進行解碼轉換,再整合地面交通氣象觀測、預報以及數據管理系統所收集的數據,從而為道路管理部門、社區以及各類道路使用者提供道路天氣預報。




圖1:氣象同化數據攝取系統 (MADIS:meteorological assimilation data ingest system)


氣候傳感站(ESS)


氣候傳感站(ESS)是沿著主要干線公路設置的固定感測器,用于測量大氣、路面和水位數據情況。大氣數據包括氣溫和濕度,能見度,風速和風向,降水類型和速率,暴雨,雷電,風暴的位置和軌跡,以及空氣質量; 路面數據包括路面的溫度,冰點,化學劑濃度和地下條件(如土壤溫度)等;水位數據包括潮汐水位,道路附近的小溪水位,河流和湖泊水位等。


相互聯通的氣候傳感站可提供更多信息。道路天氣信息系統(RWIS)由多個氣候傳感站(ESS)、數據傳輸通信系統以及從氣候傳感站(ESS)收集現場數據的中央系統組成。如美國國家氣候傳感站(ESS)地圖所示,聯邦運輸機構擁有近2500個氣候傳感站(ESS),其中2000多個設置在道路天氣信息系統(RWIS)內,用于支持冬季道路維護作業,其他氣候傳感站用于交通管理、洪水監測和航空等項目。 


道路天氣信息系統(RWIS)包括集中控制的硬件和軟件,收集來自各個氣候傳感站的大量現場數據,處理后的數據支持各種應用程序的操作,并轉換為天氣環境數據。



圖2:美國國家氣候傳感站(ESS)地圖


移動傳感器


移動傳感器安裝在不同類型的機動車上,在運行中感測環境數據。移動傳感器利用車載傳感器系統、車輛自動定位(AVL)和全球定位系統(GPS)技術傳送溫度、地面摩擦系數等路面情況和空氣溫度等大氣情況。移動傳感器應用的重點是繪制路段的溫度圖,提供路面溫度分布情況和道路天氣預測的溫度數據。


隨著高科技和智能化的不斷發展,美國交通部還開發了智能交通的V2V通信技術(Vehicle-to-Vehicle Communication,簡單說,V2V就是車和車的通訊交流)從車與車的通訊中收集路面和天氣情況數據。《道路天氣管理工作規程》(The Road Weather Management Program)中關于VII技術的研究(VII技術,即車輛和基礎設施一體化技術,也就是V2V技術和V2I技術的一體化;V2I技術即Vehicle-to-Infrastructure,簡單說就是車和基礎設施的通訊交流),推動了與天氣有關的應用技術的進步,如冬季道路維護作業、旅客出行天氣通告和天氣預報的優化。冬季道路維護作業利用傳統的道路天氣數據與裝備了VII技術(車輛和基礎設施一體化技術)的車輛傳感器數據相結合而傳達出的處理信息,來更好地應對天氣變化。旅客出行天氣通告是利用裝備了VII技術(車輛和基礎設施一體化技術)的車輛收集天氣信息并轉換為探測數據,將探測數據分析整合后與傳統的天氣數據結合,對特定行駛路線的天氣進行預報,并通過裝備了VII技術的車輛將信息傳播到受影響的地區。天氣預報優化則側重于使用探測數據來優化天氣預報過程。


遙感系統


遙感系統是遠距離設置的傳感器。遙感傳感器既可以安裝在無人機上,也可以安裝在用于監測氣象和海洋狀況的雷達或衛星系統上。遙感傳感器的圖像和觀測資料可用于當地乃至全球范圍內的天氣監測和預報。遙感傳感器定量測量大氣溫度和風向、監測大氣層、風暴、水的成像以及預測冰雪融化和洪水可能帶來的潛在危害。


多渠道傳播天氣信息


道路管理部門和媒體向道路使用者傳播道路天氣信息,為其出行選擇提供幫助,如幫助道路使用者選擇出行模式、路線、出發時間、車輛類型和設備(如輪胎鏈)、駕駛行為(如降低速度,增加車輛間距等)以及旅程延誤情況。道路管理部門還通過其他信息技術手段為道路使用者提供天氣變化咨詢服務。此外,在道路管理控制上,道路管理部門通過開啟閃爍警示標志,在動態消息標志(DMS)上顯示道路天氣警告信息,以及通過交通資訊電臺(HAR)廣播消息,告知道路使用者天氣信息。


州政府網站和電話錄音信息系統向道路使用者提供特定道路的路況信息和出行預報,其中還包括全國公路交通信息電話號碼。此外,智能手機短信、車載信息設備和休息區的信息公告等也是傳播道路天氣信息的重要途徑。


愛荷華州交通廳通過互聯網站及時發布最新的道路和天氣狀況,并在網站的地圖上標出各條公路的實時路況和天氣情況,同時顯示實時監控影像、當前運行速度。互聯網站專門交通廳道路保養部門,提供天氣信息、鏟雪車輛位置和路面數據以及天氣變化趨勢。


堪薩斯州交通廳建立了511電話和511網站出行服務系統,為道路使用者提供天氣和道路信息。在511網站上的路網地圖,以不同顏色標識當前道路信息,同時,還顯示實時道路影像、動態信息、道路天氣狀況、與出行相關的預警預告信息,以及其他相關網站鏈接。交通廳有專門的科室負責該系統數據的更新,工作人員將更新數據輸入系統后,大約5分鐘內出行服務系統就會更新完畢。


  科學決策、控制和處理作業  


評估天氣對道路的影響,進行科學決策


美國聯邦公路管理局《道路天氣管理工作規程》(The Road Weather Management Program)記錄了交通管理人員所需要的44種不同類型的天氣信息和需要作出的423種決策。為了協助管理人員迅速做出正確的決策,根據《道路天氣管理工作規程》的相關規定,美國聯邦公路管理局開展了《天氣影響地面運輸的決策支撐條件(Surface Transportation Weather Decision Support Requirements,STWDSR)》項目,研究如何在獲得各種信息后讓管理人員迅速做出正確決策。交通管理人員結合STWDSR數據與交通流量、人口以及地形等其他交通相關數據,可以評估天氣對道路交通的影響程度,并做出相應決策。交通管理人員在決策過程中使用及時、準確、具體路線的有效數據,可及時應對由于天氣變化造成的擁堵和延誤,降低發生交通事故的可能性,同時也可向道路使用者傳遞相關信息。此外,道路保養決策支持系統(MDSS)可為冬季道路保養人員進行道路作業提供相應對策;天氣反應系統(WRS)可為運輸管理部門提供天氣預報和雷達數據,以輔助道路交通運營決策。


美國部分州的交通管理中心(TMC)利用高級交通管理系統(ATMS),將環境數據與交通監控和控制軟件相結合。交通管理人員可以以此查詢道路天氣數據,對道路使用者發出警告信息,并采取交通控制措施,例如限制交通流量,調節道路通行容量等。自適應交通信號控制系統可根據路面狀況,改變交通信號配時,調整與天氣變化相關的信號配時、改變信號周期長度以及相位,以適應車流量變化,交通管理人員也可以通過可變限速(VSL)標志和動態信息標志(DMS)降低限速。當洪水、龍卷風、颶風或火災影響道路安全時,交通和應急管理人員可以限制車輛進入受影響的橋梁、特定車道或整個路段,也可以限制指定車輛類型(例如高輪廓車輛),同時,還可使用匝道、車道使用控制標志、閃光警示燈等控制車輛運行。交通管理人員通過公路咨詢電臺(HAR)和動態信息板(DMS)提醒駕駛人惡劣天氣情況和通行限制信息。


馬里蘭州交通廳為卡車駕駛人提供了臨時停車場地。在惡劣天氣條件下,特別是當天氣預報有超過6英寸(約15厘米)的大雪時,卡車駕駛人通常會尋找臨時停車場進行停車。馬里蘭州交通廳與卡車協會合作,在繁忙的都市周邊增設6處卡車臨時停車場地。在降雪期間,通過互聯網站和手機Apps為卡車駕駛人提供停車位信息,引導其就近停車。


圖3:馬里蘭州增設卡車停靠站


賓夕法尼亞州交通廳在冬季冰雪期間實施洲際公路臨時管制措施,降低可能發生的事故。交通廳根據各段洲際公路的具體情況,制定合理管制措施預案,包括臨時管制的決策權限和程序、降低的限速值、迂回路線等;利用現有的智能交通系統發布臨時限制指令,使用可變信息板、511公路信息廣播電臺、地方媒體、推特網、電子郵件和智能手機等通信手段通知道路使用者。同時,交通廳還根據降雪程度和天氣情況決定采取何種管制措施,包括警告道路使用者注意天氣變化和道路行駛狀況;降低限制速度,在限制區段內利用固定的和臨時設置的顯示器公布降低限制速度等消息;限制某些種類車輛進入洲際公路,如大型卡車;在極端惡劣的天氣封閉洲際公路。


清除冰雪作業,減少冰雪天氣對道路的影響


清除道路冰雪作業是為減少或消除冰雪天氣對交通的影響,最常見的處理方式是下雪前的預處理,下雪時在路面上撒沙子、鹽或防冰劑,從而增加道路的摩擦力,防止路面結冰。在平時用于維修施工的車輛上安裝雪鏟、化學品儲存罐、噴霧噴嘴和鹽撒播機,以清除道路上的冰雪。


科羅拉多州交通廳采用“一鏟”作業。在鏟雪作業中,使用更寬的雪鏟和牽引雪鏟,減少人力和設備的投入,降低成本,提高鏟雪效率。包括:使用14英尺寬的雪鏟(約4.3米),一次清理12英尺寬的車道(約3.7米)上的積雪;使用牽引雪鏟,一次鏟雪寬度可達24英尺(約7.3米),牽引車最高時速可達50 英里/小時(約80km/h)。




圖4:科羅拉多州交通廳采用“一鏟”作業


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