高速公路交通气象灾害风险评价技术研究

高速公路交通气象灾害风险评价技术研究

【项目编号】GYHY201406029

【研究周期】2014年01月—2016年12月

【国拨经费】260万元

【项目负责人】潘进军

【项目骨干成员】柳艳香、田华、吴昊、李迅、王琳、汤筠筠、焦圣明、李蔼恂、戴至修、杨静、宋建洋、廖文洲、钱伟、甘璐、陈文兵、朱承瑛、闵晶晶、丰德恩、王宏斌

【项目承担单位】中国气象局公共气象服务中心

【项目协作单位】1、北京市气象服务中心；2、交通运输部公路科学研究所；3、南京信息工程大学；4、江苏省气象科学研究所

【主要研究成果】

项目以高速公路为主要对象，研究雨、雪、冰冻、大雾、大风等交通气象灾害风险指标体系，基于层次分析法（AHP）研发了一套全国公路交通气象风险评估模型，并分别根据华东、华北、东北公路交通特征建立了区域公路交通气象风险评估模型，两级模型技术框架统一、指标体系独立，互为补充。以国家级公路交通气象灾害风险评估数据库为基础，模型完成了全国（区域）公路交通全年各类气象灾害气候分布特征分析，同时将气象要素量值预报转化为气象条件影响预警，为交通部门的防灾减灾、安全运行管理工作提供多层次的技术支撑。

（1）高速公路气象灾害风险评价指标体系

天气现象、地质和地理状况等自然条件，和路网密度、公路负荷及地方经济水平等社会要素共同影响灾害风险和受灾程度，以上高速公路致灾相关影响因子被划归为致灾因子的危险性、高速公路交通的脆弱性和暴露性、公路周边环境的敏感性以及当地的防灾减灾能力等五项准则层，组织各区域多领域专家打分，由此将驳杂抽象的主观行业经验梳理成清晰明确的客观物理关系，首次从国家级交通灾害管理层面上完成针对高速公路上包括降雨、低能见度、冰冻雨雪、大风等气象灾害的综合风险评价指标体系的构建。另一方面，充分发挥各地区有差异性的交通特色数据优势，从区域实际情况出发，提高指标精度、丰富指标内容，并补充了地区风险隐患点的时空分布数据，是风险评估模型本地化样例的基础。

（2）公路交通气象灾害风险评估数据库

按指标体系框架将搜集的历史数据整理入库；其中，各类高影响天气的危险性下属指标包括特定气象要素的强度、出现频率及持续时间，环境敏感性下属指标包括道路坡度、坡向、土壤岩性、河网分布、植被覆盖率、海拔高度等，公路交通的暴露性下属指标包括人口密度、车流量、路网密度、车辆保有量密度、高速公路里程密度等，承载体的脆弱性下属指标包括高速公路历史阻断和灾情信息等，防灾减灾能力则按人均／地均GDP、地方财政预算等估算。该数据库的建立获得了交通部、公安部、中国气象局等多家部委的支持，为公路交通气象决策服务产品的服务效果提供了坚实保障。

（3）高速公路气象灾害风险评估模型

模型开发灵活运用了多种灾害风险评估方法，将灰色关联度与熵权法等客观方法引入危险性指标度权重计算，以专家打分权重整合各项准则层指标，计算风险值与地理信息叠合，结合灾损情况将气象要素强度与灾害风险等级相对应。

高影响天气危险性对于高速公路的气象灾害有驱动意义，以气候数据导入风险评估模型获得高速公路各类气象灾害的气候分布特征，与要素气候分布特征总体一致，按指标体系内涵能进一步评估气象要素对高速公路的气候影响；以预报数据导入风险评估模型获得高速公路各类气象灾害预警，从气象对高速公路交通影响角度挖掘气象预报的内涵，提升交通气象决策服务效果。

（4）全国高速公路交通气象风险分布

基于高速公路交通气象灾害风险评估模型，分别获得全国主要公路全年发生降雨、低能见度、冰冻雨雪和大风等气象灾害的风险空间分布特征（参见图1），其中，我国主要公路路网选取了所有国家高速和部分国道/路段，中东部地区以国家高速为主，西部省份加入国道。

（5）全国高速公路交通气象灾害风险预警系统

针对高速公路交通气象灾害风险评估的业务需求，采用C/S和B/S相结合的体系架构设计全国（及区域）高速公路交通气象灾害风险预警系统，将气象实况监测告警、灾害风险预警分析、数据支持与综合显示等功能并入服务产品交互制作系统，重点针对影响高速公路交通运行的低能见度、冰冻雨雪、大风、强降水四类主要恶劣气象灾害，为道路养护、交通运营管理以及公众出行提供准确实时的交通气象风险预警信息。

利用本地文件系统组织和管理四种高影响天气的暴露度、防灾减灾能力、敏感性和承载风险信息；对接CIMSS服务器和MICAPS服务器将既有气象资料并入系统；综合利用泰森多边形、缓冲区分析、叠置分析等多种方法，实现道路的反演；对数据进行聚类分析，根据灾害风险标准进行分类；综合利用透视和色彩学原理，使最终产品既符合地图出版的要求，又能够讲究美观性。

2016年1-6月，模型结果与气象预报和公路阻断数据对照分析，通过个例验证完成模型调试；2016年6月，高速公路交通气象灾害风险评估系统建成并试运行，系统可实现全国高速公路气象灾害风险分析预警、产品订正、图形加工、产品分发等功能；2016年7-10月，进行雨、大雾、大风模块的调试和系统参数的调整；2016年11月，完成冰冻雨雪模块的调整。预警图形产品一日制作两次（08/20时）；降雨预警时效为未来3天，逐6小时成图；冰冻雨雪预警时效为未来10天，逐10日成图；低能见度预警时效为未来1天，逐日成图；大风预警时效为未来3天，逐日成图。

2016年1月起，全国高速公路气象灾害预警产品多次在全国早间气象会商、交通气象国省两级联合研判中亮相，应用于G20峰会等重大活动和节假日气象服务保障、台风“尼伯特”等重大公路气象预警服务中，获得一致好评。自2016年汛期起，华东区域气象灾害预警产品陆续向江苏省气象服务中心、江苏省高速公路联网营运管理中心推广，预警效果良好；华北区域气象灾害预警产品为北京市交通委运输协调、北京城市管理委员会环卫处冬季的扫雪铲冰、北京路政局道路养护、北京市排水集团城区内涝防御提供决策支撑。此外，基于东北区域风险评估模型获得的辽宁省高速公路气象灾害风险分布也为当地道路运营单位的道路交通管理决策提供了有益保障。

在成果应用过程中也发现了一些尚待解决的问题，比如：（1）受限于当前观测数据条件，西部地区气象预报能力和公路阻断记录样本均尚不足以开展模型的有效调试，对部分西部地区气象灾害预警效果不明显；（2）作为部际应急联动的终端服务产品，预警的指导性需要通过部门间长期合作才能落实，预警的效果还需要长期跟进才能得到体现。