CN111985080A - 一种动态地综合判断路面结冰的方法 - Google Patents

一种动态地综合判断路面结冰的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种动态地综合判断路面结冰的方法，属于大气探测和气象要素大数据分析技术领域，这种动态地综合判断路面结冰的方法先按照一定规则，对特定的气象数据分别进行评估，得到情况评定等级；再对这些现象进行综合评估，每次结冰会有一种或多种原因，每种原因会有一定的严重等级，不同结冰原因分别有不同的权重，综合每次结冰所有原因的等级和权重，评估本次路面结冰严重情况的等级；综合评估时还要考虑在结冰过程中，气温、湿度、持续时间、降水量的累积、风力等，这些都是参与整个过程、影响不同气象灾害评估的重要因素。该方法能够适用于实际复杂天气状况下的道路结冰判断，为道路安全相关决策机构的科学决策提供依据，实用性强。

Description

一种动态地综合判断路面结冰的方法
技术领域
本发明涉及大气探测和气象要素大数据分析技术领域，具体为一种动态地综合判断路面结冰的方法。
背景技术
公路运输属于气象高度敏感行业，气象灾害对公路基础设施造成不同程度的损毁，同时严重影响车辆的安全行驶。其中路面结冰作为一种常见的冬季气象灾害已经成为交通事故的主要诱因之一，如何及时准确地感知路面的湿滑状态，提前采取有效措施预防路面结冰，对于保障车辆冬季行驶安全具有重要意义。
现有研究手段主要包括数据统计、理论分析及数据挖掘等方法，其中数据挖掘方法由于其数据选择的兼容性、模型构建的准确性、参数设置的便捷性等优势，在气象预报方面得到广泛应用。神经网络、支持向量机、决策树是三种具有代表性的数据挖掘方法。
当前数据挖掘方法在道路结冰模型构建方面的应用较为广泛，多数研究都只是构建的单一预测模型，实现对某一类天气状况的预报，但由于其局限性，无法真正适用于实际复杂天气状况下的道路结冰判断体系，无法为道路安全相关决策机构的科学决策提供依据，因此在道路安全决策的指导方面不具备适用性，导致当前预测模型构建的实用性不强，如何实现不同天气条件下的道路行车安全评价体系，提升道路安全决策的科学性，将是一个把气象观测研究与道路安全紧密结合的切入点。
发明内容
本发明的目的在于克服上述背景技术困难，提供一种动态地综合判断路面结冰的方法。
为达到上述目的，采用的技术方案为：一种动态地综合判断路面结冰的方法,利用发布或采集的气象数据，包括降雨量、降雪量、气温、湿度、风力等级以及持续时间，对路面结冰的情况进行等级评定，包括以下步骤：
S1、从低到高设置蓝、黄、橙、红、紫五种等级预警，对常见的导致路面结冰的气象条件等级进行预警判定，包括：霜冻、降雨、凝冻、雨夹雪和降雪；再根据气象条件等级对路面结冰等级进行判定，路面结冰等级与出现的气象条件最高的等级一致，同时发生两个同等级预警，则结冰预警上调一级；具体判定规则如下表：
Figure BDA0002585234280000011
Figure BDA0002585234280000021
S2、凝冻等级判定：地表温度小于0度，且有降雨无降雪，即为凝冻现象；根据凝冻值和持续时间对凝冻等级进行判定，具体判定规则如下表：
Figure BDA0002585234280000022
其中当地表温度在-1—0℃之间，每小时降雨量大于1mm时，凝冻值为1；地表温度在-1—0℃之间，每小时降雨量小于1mm时，凝冻值为2；地表温度小于-1℃，每小时降雨量大于1mm时，凝冻值为2；地表温度小于-1℃，每小时降雨量小于1mm时，凝冻值为3；
S3、霜冻等级判定：每小时降雨量小于1mm，空气中相对湿度高于90％，气温在0.5℃以下，容易出现霜冻现象；根据气温、湿度、持续时间和风力对霜冻等级进行判定，具体判定规则如下表：
Figure BDA0002585234280000023
Figure BDA0002585234280000031
S4、降雨等级判定：降雨量大于1mm，气温低于2℃，路面易结冰，根据气温、降雨量和持续时间对降雨等级进行判定；具体判定规则如下表：
Figure BDA0002585234280000032
S5、雨夹雪等级判定：气象数据中同时出现降雨和降雪的数据，可判断为雨夹雪现象，且地表温度低于0.5℃，即可判定路面会结冰；根据气温、累计降雨量和降雪量、持续时间对雨夹雪等级进行判定，具体判定规则如下表：
Figure BDA0002585234280000033
Figure BDA0002585234280000041
S6、降雪等级判定：气象数据中出现降雪的数据，且地表环境温度低于2℃，此时路面易结冰；根据气温、3小时降雪量和6小时降雪量对降雪等级进行判定，具体判定规则如下表：
Figure BDA0002585234280000042
Figure BDA0002585234280000051
进一步，所述雨夹雪气象条件的判断分为两种情况：降雨量大于0.5mm且降雪量大于0mm；降雨量大于0.5mm，气温小于1.5℃。
进一步，所述降雪气象条件的判断分为两种情况：降雨量为0mm,降雪量大于0mm；气温小于0.5℃时，降雨量数值均转化成降雪量数值，累计为降雪量。
进一步，所述步骤S6中降雪时间超过12小时判定为暴雪。
采用上述方案的有益效果为：这种动态地综合判断路面结冰的方法先按照一定规则，对凝冻、霜冻、低温降雨、雨夹雪、降雪以及12小时暴雪的气象数据分别进行评估，得到情况评定等级；再对这些现象进行综合评估，每次结冰会有一种或多种原因，每种原因会有一定的严重等级，不同结冰原因分别有不同的权重，综合每次结冰所有原因的等级和权重，评估本次路面结冰严重情况的等级；综合评估时还要考虑在结冰过程中，气温、湿度、持续时间、降水量的累积、风力等，这些都是参与整个过程、影响不同气象灾害评估的重要因素。该方法能够适用于实际复杂天气状况下的道路结冰判断，为道路安全相关决策机构的科学决策提供依据，实用性强。
附图说明
图1为本发明一种基于动态方法预报道路结冰的方法的实例图。
图2为本发明一种基于动态方法预报道路结冰的方法的实例图。
图3为本发明一种基于动态方法预报道路结冰的方法的实例图。
图4为本发明一种基于动态方法预报道路结冰的方法的实例图。
图5为本发明一种基于动态方法预报道路结冰的方法的实例图。
图6为本发明一种基于动态方法预报道路结冰的方法的实例图。
具体实施方式
下面结合本发明的具体实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。若涉及附图，附图中的相同数字表示相同或同种要素。所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
道路结冰，通常受到霜冻、降雨、凝冻、雨夹雪、降雪等气象条件的影响。利用发布或采集的气象数据，包括降雨量、降雪量、气温、湿度、风力等级以及持续时间，对路面结冰的情况进行等级评定，包括以下步骤：
S1、从低到高设置蓝、黄、橙、红、紫五种等级预警，对常见的导致路面结冰的气象条件等级进行预警判定，包括：霜冻、降雨、凝冻、雨夹雪和降雪等气象条件；
以下是预警等级和等级判定详细规则：
Figure BDA0002585234280000061
此外，如果同时发生两个同等级预警，则结冰预警上调一级。如：发生两个黄色预警，则道路结冰预警等级为红色；同时发生两个黄色预警、一个红色预警，则道路结冰预警等级为紫色。
关于霜冻、降雨、雨夹雪、降雪(h)这几种气象现象，在不同的条件下会发生互相转化的情况，转化关系表格如下：
Figure BDA0002585234280000062
其中，针对雨夹雪气象条件的判断，会有两种情况：
情况1:降雨量大于0.5mm且降雪量大于0；
情况2:降雨量大于0.5mm,虽然降雪量等于0，但气温小于1.5℃，因此判断实际发生了雨夹雪现象。
针对降雪的判断，也会有两种情况：
情况1:降雨量为0,降雪量大于0；
情况2:气温小于0.5℃，不论有无降雪量，降雨量数值均要转化成降雪量数值，累加到降雪量上。
S2、凝冻等级判定：
凝冻(即冻雨)：西南地区特殊的现象，发生在冬天。从喜马拉雅山方向形成中空暖空气过境，高空和低空气温小于0℃；暖流中水分形成降雨，经过低空低温区域，降落到地面，形成小于0℃的过冷水，迅速结冰。
判断：地表温度小于0℃，且有降雨无降雪，即为凝冻现象。黄色预警为33.3％发生概率；橙色预警为66.7发生概率；红色为100％发生概率。
持续时间：凝冻持续时间较长，要等中空暖湿气流过境结束，一般会持续十几个小时。6个小时为中等灾害，12个小时以上为严重灾害。
其中当地表温度在-1—0℃之间，每小时降雨量大于1mm时，凝冻值为1；地表温度在-1—0℃之间，每小时降雨量小于1mm时，凝冻值为2；地表温度小于-1℃，每小时降雨量大于1mm时，凝冻值为2；地表温度小于-1℃，每小时降雨量小于1mm时，凝冻值为3；
Figure BDA0002585234280000071
S3、霜冻等级判定：
每小时降雨量小于1mm，空气中相对湿度高于90％(目前的数字是相对湿度，将来会直接预报空气中含水量数值)，气温在0.5℃以下，容易出现霜冻。气温在0.5～3℃之间，根据所处位置判断，西南山区的高架桥路段，更容易产生；如果高架桥下面是江河湖泊，更易产生霜冻。霜冻产生后，风速对霜冻影响比较大，风力越大，持续时间越长，霜冻强度越大。
对于霜冻的预警，可分为蓝黄橙红四级，对应霜冻的产生和危害等级预警，详细见下面表格：
Figure BDA0002585234280000081
S4、降雨等级判定：降雨量大于1mm，气温小于2℃，在个别地段会形成结冰。结冰的形成与持续时间关系较大，与降水量关系不大。降水量越大，越不容易形成结冰。对于降雨结冰的预警，可分为蓝黄橙红四级。
Figure BDA0002585234280000082
Figure BDA0002585234280000091
S5、雨夹雪等级判定：高空中降雪，低空气温在2～3℃，降雪在低空融化，变成了降雨。气象模型中会同时给出降雨和降雪的数据，即可判断出现了雨夹雪。在这种气象情况下，地表温度低于0.5℃，即可认为路面会产生结冰；0.5～3℃的状态难以判断，一般设定在西南山区，高架桥，结冰可能性大。气温越低，降雪量会增加。在此把降雨量和降雪量相加，结合气温、持续时间等进行判断，详见下面表格:
Figure BDA0002585234280000092
S6、降雪等级判定：地表温度小于2℃的降雪导致，跟持续时间有关。在前面列出的降雪(h)结冰中，气温小于0.5℃且降雨量大于0，应将降雨量数值增加在降雪量上，一并判断，详见表格：
Figure BDA0002585234280000101
实施例1
2018年12月27日预测2018年12月29日全天贵阳绕城大部分路段发生道路结冰情况，预测图示见图1，实际值如下表：
Figure BDA0002585234280000102
实施例2
2018年12月27日预测2018年12月29日全天贵阳绕城大部分路段发生道路结冰情况，预测图示见图2，实际值如下表：
Figure BDA0002585234280000111
实施例3
2018年12月6日预测2018年12月8日下午至晚上贵阳绕城小部分路段发生道路结冰情况，预测图示见图3，实际值如下表：
时间 气象站 结冰厚度(mm)
2018-12-08 16:31:14.0 白云2桥气象站 5.140
2018-12-08 19:44:54.0 白云2桥气象站 5.040
2018-12-08 20:02:52.0 白云2桥气象站 5.050
2018-12-08 20:57:46.0 白云2桥气象站 5.000
2018-12-08 21:57:40.0 白云2桥气象站 5.010
2018-12-08 22:57:35.0 白云2桥气象站 5.020
2018-12-08 23:57:28.0 白云2桥气象站 5.010
实施例4
2018年12月7日预测2018年12月9日凌晨至早上贵阳绕城小部分路段发生道路结冰情况，预测图示见图4，实际值如下表：
时间 气象站 结冰厚度(mm)
2018-12-09 00:57:23.0 白云2桥气象站 5.010
2018-12-09 01:57:17.0 白云2桥气象站 5.000
2018-12-09 02:58:11.0 白云2桥气象站 4.990
2018-12-09 03:58:05.0 白云2桥气象站 4.990
2018-12-09 04:57:59.0 白云2桥气象站 4.980
2018-12-09 05:57:54.0 白云2桥气象站 4.990
2018-12-09 06:57:47.0 白云2桥气象站 4.980
实施例5
2018年12月8日预测2018年12月10日凌晨至早上贵阳绕城小部分路段发生道路结冰情况，预测图示见图5，实际值如下表：
时间 气象站 结冰厚度(mm)
2018-12-10 00:58:02.0 白云2桥气象站 5.030
2018-12-10 01:57:57.0 白云2桥气象站 5.020
2018-12-10 02:57:51.0 白云2桥气象站 4.980
2018-12-10 03:57:45.0 白云2桥气象站 4.970
2018-12-10 04:57:39.0 白云2桥气象站 4.960
2018-12-10 05:57:33.0 白云2桥气象站 4.800
2018-12-10 06:57:27.0 白云2桥气象站 4.990
2018-12-10 07:57:22.0 白云2桥气象站 4.990
2018-12-10 08:57:15.0 白云2桥气象站 5.060
实施例6
2018年12月10日预测2018年12月12日凌晨至早上贵阳绕城小部分路段发生道路结冰情况，预测图示见图6，实际值如下表：
时间 气象站 结冰厚度(mm)
2018-12-12 00:43:24.0 白云2桥气象站 5.060
2018-12-12 01:02:22.0 白云2桥气象站 5.060
2018-12-12 01:57:16.0 白云2桥气象站 5.050
2018-12-12 02:58:10.0 白云2桥气象站 4.300
2018-12-12 03:58:04.0 白云2桥气象站 3.090
2018-12-12 04:57:58.0 白云2桥气象站 2.590
2018-12-12 05:57:53.0 白云2桥气象站 4.200
2018-12-12 06:57:46.0 白云2桥气象站 4.740
2018-12-12 07:57:41.0 白云2桥气象站 4.870
2018-12-12 08:57:35.0 白云2桥气象站 5.030
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (4)

1.一种动态地综合判断路面结冰的方法，其特征是：利用发布或采集到的气象数据，包括降雨量、降雪量、气温、湿度、风力等级以及持续时间，对路面结冰的情况进行等级评定，包括以下步骤：
S1、从低到高设置蓝、黄、橙、红、紫五种等级预警，对常见的导致路面结冰的气象条件等级进行预警判定，包括：霜冻、降雨、凝冻、雨夹雪和降雪；再根据气象条件等级对路面结冰等级进行判定，路面结冰等级与出现的气象条件最高的等级一致，同时发生两个同等级预警，则结冰预警上调一级；具体判定规则如下表：
Figure FDA0002585234270000011
S2、凝冻等级判定：地表温度小于0度，且有降雨无降雪，即为凝冻现象；根据凝冻值和持续时间对凝冻等级进行判定，具体判定规则如下表：
Figure FDA0002585234270000012
其中当地表温度在-1—0℃之间，每小时降雨量大于1mm时，凝冻值为1；地表温度在-1—0℃之间，每小时降雨量小于1mm时，凝冻值为2；地表温度小于-1℃，每小时降雨量大于1mm时，凝冻值为2；地表温度小于-1℃，每小时降雨量小于1mm时，凝冻值为3；
S3、霜冻等级判定：每小时降雨量小于1mm，空气中相对湿度高于90％，气温在0.5℃以下，容易出现霜冻现象；根据气温、湿度、持续时间和风力对霜冻等级进行判定，具体判定规则如下表：
Figure FDA0002585234270000021
S4、降雨等级判定：降雨量大于1mm，气温小于2℃，路面易结冰，根据气温、降雨量和持续时间对降雨等级进行判定；具体判定规则如下表：
Figure FDA0002585234270000022
Figure FDA0002585234270000031
S5、雨夹雪等级判定：气象数据中同时出现降雨和降雪的数据，可判断为雨夹雪现象，且地表温度小于0.5℃，即可判定路面会结冰；根据气温、累计降雨量和降雪量、持续时间对雨夹雪等级进行判定，具体判定规则如下表：
Figure FDA0002585234270000032
S6、降雪等级判定：气象数据中出现降雪的数据，且地表环境温度小于2℃，此时路面易结冰；根据气温、3小时降雪量和6小时降雪量对降雪等级进行判定，具体判定规则如下表：
Figure FDA0002585234270000033
Figure FDA0002585234270000041
2.根据权利要求1所述的动态地综合判断路面结冰的方法，其特征是：所述雨夹雪气象条件的判断分为两种情况：降雨量大于0.5mm且降雪量大于0mm；降雨量大于0.5mm，气温小于1.5℃。
3.根据权利要求1所述的动态地综合判断路面结冰的方法，其特征是：所述降雪气象条件的判断分为两种情况：降雨量为0mm,降雪量大于0mm；气温小于0.5℃时，降雨量数值均转化成降雪量数值，累计为降雪量。
4.根据权利要求1所述的动态地综合判断路面结冰的方法，其特征是：所述步骤S6中降雪时间超过12小时判定为暴雪。
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