福建省高速公路交通气象风险管控服务系统的设计与应用论文

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摘   要：为满足福建省高速公路交通气象灾害风险预报预警业务需求，面向交警部门提供高速公路交通精准管控决策依 据，设计了福建省高速公路交通气象风险管控服务系统。系统采用 B/S 体系设计，综合运用 Html5 Canvas、WebGIS 和实时 融合等技术，实现了交通气象风险的实时监测告警、精细化预报预警、能见度识别与风险告警、交通气象风险信息分析与应用 和服务产品制作与应急发布等功能。同时，系统建立了适用于福建省高速公路交通气象灾害风险分级指标，实现了交通气象预 报预警服务从传统的定点预报预警到风险分级预报预警的转变。系统投入交通气象服务业务运行结果表明，气象风险告警预警 准确及时，服务产品针对性强、受众面广，具有较好的业务应用前景。

关键词：风险管控系统 ；气象服务 ；高速公路 ；交通工程
      【Abstract】： In order to meet the needs of Fujian province highway traffic meteorological disaster risk forecasting and early warning services, and provide traffic police departments with the basis of highway traffic precise management and control decision-making, the Fujian province highway traffic meteorological risk management and control service system was designed. The system adopts B/S system design and comprehensively uses technologies such as Html5 Canvas, WebGIS and real-time fusion to realize real-time monitoring and warning of traffic meteorological risks, refined forecast and early warning, visibility recognition and risk warning, traffic meteorological risk information analysis and application and services product production and emergency release functions. At the same time, the system establishes risk classification indicators suitable for traffic meteorological disasters on highways in Fujian province, and realizes the transformation of traffic meteorological forecasting and early warning services from traditional fixed-point forecasting and early warning to risk grading forecasting and early warning. The operation results of the system in traffic meteorological service show that the weather risk warning is accurate and timely, the service products have strong pertinence and wide audience, so it has a good business application prospect.
      【Key words】： risk control system;meteorological aervice;highway;traffic engineering

0 引言
                                                                     
      随着交通运输业的高速发展，高速公路作为交通运输体系的重要载体，其重要性益发显著。高速公路的出行安全是包括公众、气象部门和公安交警等社会各界共同关注的话题。然而，恶劣气象条件造成的交通事故频 发，对交通运输的有序运营和人民生命财产安全造成严 重影响 [1]。公安部发布的交通事故数据统计结果显示， 2013-2017 年全国高速公路因低能见度、道路积水、路 面高温、横风和道路结冰等气象灾害造成的交通事故占 比始终维持在 20% 左右 [2]。因此，急需建立针对精细 化高速公路交通路网，具备交通气象灾害实时监测告警 和预报预警功能的交通风险管控服务系统 [3]。


       本文基于 Html5 Canvas 技术调用 WebGIS 地 图 引擎构建福建省高速公路交通气象风险管控服务系统， 建立了适用于福建地区的高速公路交通气象灾害风险分 级指标和监测预警预报方法，同时针对交通部门的需求 提供定制的交通气象服务产品，可为交警部门对恶劣天 气下高速公路风险精准管控提供决策依据。

1 系统功能设计及关键技术

1.1 系统架构设计

      福建省高速公路交通气象风险管控服务系统遵循实用 性、先进性、智能性、开放性和共享性设计原则，采用自 上而下、分层设计的思路，在系统架构上按照 Browser/ Server（浏览器 / 服务器，B/S）体系设计，利用最新的 Html5 Canvas 技术结合 JavaScript 语言调用 WebGIS 地图引擎，综合考虑 PC 平台和移动平台的兼容性和实 用性。系统由网络硬件层、数据库层、服务层和应用层 3 部分组成。其中，应用层为用户提供了可视化界面的 客户端，主要包括交管气象一张图、风险告警、能见度 识别、应急管理、信息发布和用户管理等子系统。

1.2 系统功能

      为满足交通部门对恶劣天气下高速公路风险精准管 控的需求，本系统实现气象风险智能研判、低能见度图 像智能识别、气象风险信息分析与应用、定制化服务产 品制作与应急发布等功能，为用户提供了实时监测告警、精细化预报预警、能见度识别与风险告警、气象风 险信息分析、服务产品制作与应急发布、历史产品查询 和告警阈值管理等服务，具体功能框架如图 1 所示。

1.2.1 气象风险智能研判

      交通气象风险智能研判主要包括交通气象高影响因 子实时监测告警和智能预报预警两部分。实时监测告警 功能是基于交通气象风险指标中各交通气象高影响因子 阈值，对影响因子的实况监测值进行自动运算，得到高速公路各条路段气象风险影响等级，统计近 1 小时实况 告警路段信息，并基于 GIS 地图的可视化交互界面，以 交通气象风险等级一张图的形式显示。智能预报预警功 能是基于福建气象局 2.5km×2.5km 精细化网格预报 产品，逐一计算高速路网站点逐 1 小时、6 小时和 12 小时降水、路面高低温、能见度和风场预报值，基于交 通气象风险指标得到高速公路路网的预警等级，同时发 布高速公路气象预警。同时，系统还支持按照区域、高 速路段、站点和等级等查询条件，对实况监测告警和预 报预警信息进行查询和统计。

1.2.2 低能见度图像智能识别

      低能见度的图像智能识别功能是综合应用图像智能 识别技术、精细化网格预报技术、数据传输与终端展示 技术，运用机器学习和数据挖掘领域工具，提取室外光 学图像的信息特征，通过学习训练对低能见度的天气图 像进行自动识别并量化出能见度值，根据量化出的能见 度值统计高速公路低能见度天气的频次，计算得到高速 公路低能见度天气的分布热力图，并以列表形式显示各 路段的低能见度频次，系统同时还提供高速公路当前能 见度最低路段的实景。

1.2.3 气象风险信息分析与应用

      采用空间自相关分析和回归分析模型，对地理数据 进行栅格图层叠加分析，同时结合交通数据，对重点交通网络进行地理分析和模型化，将历史气象数据、地理 数据、交通数据及应急管理数据进行空间融合叠加，得 到能见度、降雨量、大风、高温、低温等气象灾害的时 空分布特征和等级分布特征，用于高速公路交通气象风 险信息的分析。

1.2.4 定制化服务产品制作与应急发布

      根据告警和预警计算结果，系统提供基于交通气象 风险告警预警服务产品模板的定制化服务产品制作功能，支持用户可根据需求编辑修改包括交通气象风险等 级分布图、告警预警短信等不同服务产品内容，同时还 提供交通气象风险阈值的管理功能，用户可根据行业和 地区的差异对风险阈值进行修改，从而得到适用不同行 业或不同地区的交通气象风险服务产品。

      系统的发布功能是通过设计统一的接口 API 实现 系统与各发布渠道的互联互通以及外部系统的接入，通 过气象部门专网对接福建省气象服务中心的短信发布接 口，以消息形式向省公安厅交警总队的短信系统发布短 信类服务信息，通过警务通短信渠道向不同路段的警务 人员发布所负责辖区内的气象风险影响服务信息，实现 交管天气风险管控信息面向交通、公安、气象和公众的 定向一键式发布。

1.3 关键技术

1.3.1 基于 WebGIS 的可视化技术

      WebGIS 是由多主机、多数据库与多台终端的在线 地理信息系统，通过 B/S 架构组成，WebGIS 用户可以 直接通过 Web 浏览器获得所需的数据，不需要专业培 训即可进行，简单易用。目前 WebGIS 技术大多使用 Flex 或 JavaScript 的 GIS 组件库和瓦片地图服务来实 现，存在内在占用大，交互体验效果差的缺点 [4]。本文 利用 Html5 Canvas 技术调用 WebGIS 地图引擎， 结 合图形渲染技术，叠加气象数据在地形底图展示、影像 底图动态展示，进行坐标格网等地图整饰，提高了系统 可视化效果。

1.3.2 实时融合技术

      利用实时融合技术将气象信息、交通信息和地理信 息等多源信息融合集成，实现多源数据的实时融合，融 合后仍保留了原有信息的特征，实时融合技术提高了信息的显示效果，为系统的可视化提供基础的多源底图。

2 业务运用

      2019 年 9 月，福建省高速公路交通气象风险管控 服务系统开始投入业务试运行。在此期间为气象部门的 监测预警服务和交通部门的风险管控提供了服务产品， 取得了初步的应用效果。系统通过普通用户、高级用户 和超级用户三种身份用户的权限设置，实现了省市县三 级设计与管理，同时系统还落实了气象、交管多部门协 同会商工作机制，实现气象数据、地理数据、交通数据和应急管理数据的共建、共享、共用，为交通管理部门 道路、车辆管理实时决策提供辅助工具。

3 结语

      本文对福建省高速公路交通气象风险管控服务系统 的总体架构设计、系统功能、关键技术以及业务应用 情况等内容进行了详细的阐述。系统综合运用最新的 Html5 Canvas 技术调用 WebGIS 地图引擎，实现了交 通气象风险的实时监测告警、精细化智能预报预警、能 见度识别与风险告警、交通气象风险信息分析与应用和 服务产品制作与应急发布等功能，实现了基于 WebGIS 的可视化技术和实时融合技术的在交通气象服务平台的 应用，具有较好的实用性和共享性。系统建立了气象数 据、地理数据、交通数据和应急管理数据融合的交管气 象大数据集，实现了交通气象信息的接入、解析、质 控、存储和管理。同时系统还建立了适用于福建省高速 公路交通气象灾害风险分级指标，完成了交通气象监测 预警服务从传统的定点监测预报到风险分级预报预警的 转变，为交通管理部门提供更加准确、及时、精细的交 通气象风险信息，从而提升了交通气象服务能力。

参考文献

[1] 刘聪,卞光辉,黎健,等.交通气象灾害[M].北京:气象出版社, 2009.
[2] Call D A.The effect of snow on traffic counts in western New York State[J].Weather Climate and Society,2011,3 (2):71-75.
[3] 丰德恩,唐卫,柳艳香,等.中国高速公路交通气象灾害风险预 警业务系统设计与应用[J].气象科技,2018,46(4):822-828.
[4] 刘俊,谭建军,邵长高.基于Flex的WebGIS框架设计与实现    [J].计算机工程,2010,36(10):242-244.

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