江苏省高速路网道路低温时空分布及预警模型对比研究

发布时间：2020-08-25 10:00

【摘要】：为了更好地提供道路交通低温灾害的预警,减轻道路结冰给车辆行驶造成的危害,本文对2013-2016年冬季江苏省高速公路网路面低温开展研究,得到基本结论如下:1.分析江苏省近4a冬季路面低温的时空分布特征后发现:(1)全省高速公路路面最低温度分别小于0℃、-2℃和-5℃的出现频率均呈“北高南低”分布,0℃以下路面低温的发生频率从北部70%递减到南部的20%,全省各路段都存在着一定低温导致道路结冰的风险。(2)冬季3个月中,1月路面低温频率最高,近4a冬季中,路面平均温度呈逐年上升趋势,0℃低温的发生频率相应的呈逐年下降趋势,而-2℃和-5℃低温从2013到2015年下降之后在2016年又有回升。(3)在“三纵两横”的5个主要路段中,沪宁高速的低温出现频率最小,而5个主要路段的气温、路面温度和路基温度的平均日变化分布曲线基本一致。0℃以下低温出现的时次比较分散,在下午18时到次日凌晨05时都有一定频率的分布,而0℃低温消失的时次则集中在早上06-07时。2.在分析3个典型寒潮个例影响道路低温时发现:(1)寒潮天气导致路面低温发生的范围存在差异,强烈的冷空气输送可使江苏全省几乎都产生-5℃以下的路面低温。虽然南部的路面温度多数时间要高于北部,但南部的路面温度变化的剧烈程度大于北部。(2)在5个主要路段中,沪宁高速受寒潮影响产生低温的幅度最小、持续时间最短。在3次寒潮个例中,宁宿徐高速的M9355站、宿淮盐高速的M9318站、沿海高速的M9328站均有2次成为所在路段路面温度最低的站点。(3)虽然3个个例中道路低温产生的宏观天气背景都是冷空气南下,但能量收支的时间变化及其空间差异却是不同路段路面温度出现时空差异的重要原因。3.利用多元线性回归、朴素贝叶斯和支持向量机,开展了路面低温预警的统计建模与预报试验。研究结果表明:(1)在对京沪高速M9308站的单站建模与预报试验中发现,路面低温预报因子组合中以13时气温、13-18时气温变温、13时路面温度、13-18时路面变温、13时路基温度、13-18时路基变温、18时相对湿度和18时风速U分量为自变量组合的预报方程效果最好。(2)就全省高速公路网而言,3种统计预报模型的路面低温预报准确率均超过75%,通过对全路网路面低温预报的试验结果对比发现,多元线性回归方法对江苏省北部路网的预报效果最好,预报准确率大多在85%以上;而支持向量机模型对江苏省南部路网的预报效果最好,大部分站点的低温预报准确率达95%以上。
【学位授予单位】：南京信息工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U492.8
【图文】：

高速公路,高速公路网,江苏省,地理环境

本文研究区域为江苏省境内的高速公路全路网，江苏省地处我国东部沿海的平原地逡逑带，水系分布密集，长江横穿江苏省南部，且江苏省内有太湖、洪泽湖、高邮湖、骆马逡逑湖等四大胡泊，其研究区地理环境和ＡＷＭＳ系统的交通气象监测站点分布见图２－ｌａ。江逡逑苏省高速公路布网较为发达，截至２０１６年，高速公路通车里程达到４６００千米，密度达逡逑４．邋４３千米／百平方千米，２１个与外省相通的高速公路接口，双向６车道以上的高速公路逡逑达到４３％，全省高速公路县级节点全覆盖，在５年一次的全国公路养护管理检查中，江逡逑苏高速公路和普通公路总分蝉联全国第一，高速公路通达程度、密度、服务能力均居全逡逑国领先水平［５６＿５７］。当前具有１９条主骨架高速路网和７座跨江高速公路大桥（长江二桥、逡逑三桥、四桥和苏通大桥、润扬大桥、泰州大桥、江阴大桥）的路网规模，本文选取宁宿逡逑徐高速、京沪高速、沿海高速、宿淮盐高速、沪宁高速构成江苏省内“三纵两横”的主逡逑干道布局作为重点研究，其主要高速公路路段分布如图２－ｌｂ，主干高速概况见表２－１。逡逑ｉｉ８°ｏ，ｏｎ东逦１２0。0

监测站,气象,道面,实景

２．邋２资料来源及质量控制逡逑本研究米用江苏省气象局布设在全省高速公路网的ＡＷＭＳ邋（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ邋Ｗｅａｔｈｅｒ逡逑Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ邋Ｓｙｓｔｅｍ）系统１６５个交通气象监测站（见图２－２）的逐分钟监测数据，截取逡逑２０１２年１２月１日００时至２０１６年２月２９日２３时的４ａ冬季各交通气象站相关气象要素逡逑观测数据，依据气象学对冬季的定义，将上年１２月首至次年２月底作为该年的冬季，逡逑例如２０１３年冬季分别由２０１２年１２月，２０１３年１月和２０１３年２月的３个月组成，以此逡逑类推，共获得２０１３，邋２０１４，邋２０１５，邋２０１６年的４年冬季交通气象数据。其数据要素包括每分逡逑钟监测一次的３ｍ气温、００ｃｍ路面温度、－１０ｃｍ路基温度、相对湿度、风向、风速、降逡逑雨量、能见度等

分布图,低温频率,高速公路网,江苏省

南部有半数站点也可超过３０％，而２月的低温发生频率是冬季３个月中相对最少的，逡逑北部在５０％上下，南部部分站点小于２０％，２月低温频率相对１２月和１月偏少可能与临逡逑近春季平均气温回暖有关。而－２°Ｃ和－５°Ｃ两个低温阈值下（图３－３、图３－４）也有类似逡逑的１月最多、２月最少的特点。１月往往又是春运高峰，因此，业务上相关部门对高速逡逑公路在冬季１月份的道面各程度低温发生频率时空变化规律的掌握和预报预警显得尤为逡逑重要。逡逑总体上，江苏全省的大部分交通气象站点的路面在４ａ冬季中都会出现低于－５°Ｃ的逡逑道面极端低温，其中沿海高速东北端的部分站点在１月出现了接近３０％的道面极端低温，逡逑是全江苏省冬季低温道路结冰风险最高的局部路段站点。但南部地区有不出现强低温的逡逑站点甚至路段，江苏省东南端少部分站点４ａ冬季３个月都没有出现强低温，其中在冬逡逑季２月份，江苏省东南端与沿海高速的南段大部分站点路面都不会出现低于－５°Ｃ的道面逡逑极端低温。逡逑１８逡逑

【参考文献】