宁宿徐高速公路北段冬季路面温度分布特征及预报研究
发布时间：2021-10-17 10:48
冬季路面低温作为路面结冰的先决条件,其监测、预报和研究对道路交通安全具有重要意义。准确预报冬季路面温度,既能提升气象部门的业务技术和服务水平,也能提高道路养护部门的工作效率,更重要的是能提醒司机行车安全,保障人民的生命财产安全。本文使用江苏省高速公路交通气象监测系统（AWMS）中的实时观测资料、相关地理信息资料以及试验观测得到的路面热谱数据,使用机器学习方法（随机森林回归）和地统计插值方法（张力样条插值方法）,分析了宁宿徐高速公路北段路面温度分布特征,建立了宁宿徐高速公路北段路面温度的未来1h预报产品框架,以期为未来江苏省整个高速公路网冬季路面温度和路面结冰的预警预报奠定基础,也为今后使用机器学习方法预报路面温度提供技术支撑,从而为我国交通气象实现精细化、智能化服务提供参考依据。研究得到以下结论:（1）宁宿徐高速公路北段多年平均冬季路面温度高于0℃,夜间路面温度低于白天。北部交通气象站点的路面温度低于南部,靠近服务区交通气象站点的路面温度高于普通路面交通气象站点,更高于靠近桥梁和水体的交通气象站点。（2）随机森林回归法可以用来预报宁宿徐高速公路北段的冬季路面温度,但它的特征输入方案和参...
【文章来源】：南京信息工程大学江苏省
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
中国高速公路总里程（万公里）年度数据
12]，对行车安全间接造成危害。可见，准确预报路面低温，做好高速公路路面低温和路面结冰监测预报，对保障人民生命财产安全，促进社会经济平稳快速发展具有重要意义。1.2国内外研究进展1.2.1路面结冰研究进展路面结冰是影响冬季交通运输安全的主要气象灾害之一[6]。路面结冰会导致路面摩擦系数降低，引起路面湿滑，引起车辆侧翻或打滑，造成严重的交通事故，危害人民生命财产安全[13]。国内外许多学者对形成路面结冰的物理机制和结冰特征、路面结冰时间的预测、路面状态的监测预报以及路面湿滑的分类预警开展了不少研究（图1.2）。图1.2路面结冰研究进展路面结冰是指潮湿的路面在路面温度达到0℃及以下时，路面发生结冰的现象[14-17]。可见，路面潮湿以及路面温度在0℃以下是路面结冰的两个必要条件[18-19]。它一般发生在冬季和早春时期（当年11月到次年4月之间）[20-21]，通常出现在夜间和凌晨，以在后半夜出现居多[22]。由于气温、风速、相对湿度等气象因素[23-25]以及道路建筑及铺设材质等物理因素[26-27]的不同组合，导致不同路段周围的局地气候环境存在差异，路面结冰的空间分布也因此存在显著的差异性。结合多数学者的研究结论[19-22]来看，当路面潮湿，路面温度和气温都小于0℃且路面温度略高于气温，风速较小且保持在4m/s以下，相对湿度较高且通常在80%以上时，路面容易出现结冰现象。此外，杨武杰等[28]基于内蒙古路面结冰现象，首次分析和研究了其对应的天气和环流背景，最终总结出六种可能引起
返穆访嫖露扔捎诘乩?位置、天气条件的不同，会存在明显的空间差异性，相同天气条件下通常桥面温度低于路面温度、更低于普通地面温度[26]。不同材质（水泥、沥青、土壤等）铺设而成的下垫面温度变化趋势基本一致，但由于材质本身比热容的差异，下垫面温度变化量会存在显著的差异[27、102]。路面温度变化特征及其影响因素的研究为路面温度预报提供了重要的理论基础和参考依据。路面温度的研究对象主要包括基于交通气象站的单点预报和基于完整路段的面预报两大类，而路面低温预报的方法可以分为理论分析法和统计分析法两大类（图1.3，表1.1）。图1.3路面低温预报研究的主要框架理论分析法是根据数学物理方程，使用数值模拟来预测路面温度的方法[83]。1957年，美国学者Baber[103]首次使用热传导方程推导出路面温度场的计算公式，为此后使用物理模型预报路面温度的预报奠定了研究基矗Dempsey[104]在Baber的基础上，综合了能量平衡理论和热传导模型，开发了一个可以评价多层路面系统温度效应的传热模型。此后，国外也有其他学者[105-107]借鉴其思路将该模型运用到路面温度预报中来。虽然国内对路面温度预报的研究开始得较晚，但基于热传导或路面能量平衡方程或二者结合建立的理论模型也已在沪宁高速公路[108]及徐州[109]、湖北[101-102]、南昌[110]等地区[111-112]的路面极值预报中使用。随着研究的深入，不少学者[113-115]对该模型中的部分参数进行优化，以
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于随机森林的雨天车辆跟驰风险行为研究[J]. 黄兆国,过秀成,贾亮. 交通信息与安全. 2020(01)
[2]基于随机森林的高寒湿地地区土地覆盖遥感分类方法[J]. 侯蒙京,殷建鹏,葛静,李元春,冯琦胜,梁天刚. 农业机械学报. 2020(07)
[3]基于随机森林模型的超声提取优化红花中两种有效成分工艺研究[J]. 万浩宇,张洋洋,虞立,许守超,许华萍,金伟锋. 中药材. 2020(03)
[4]湖北省高速公路道路结冰预警模型[J]. 舒斯,熊守权,陈英英,何明琼,袁正腾,鲁静,崔杨,唐俊. 气象. 2019(11)
[5]我国公路交通气象灾害风险隐患特征分析[J]. 张晓美,吕明辉,王毅,李筱竹. 灾害学. 2019(04)
[6]浅谈灾害性天气影响下的交通气象服务[J]. 梁燕. 科技风. 2019(25)
[7]基于道路环境因素的公路隧道交通事故预测[J]. 王蕾,邱锋,夏永旭,韩兴博. 隧道建设(中英文). 2019(08)
[8]国外公路交通气象研究进展[J]. 田华,张楠,张楷翊,杨静,张慧辰. 气象与环境学报. 2019(03)
[9]基于气象条件的河北高速公路通行状况综合风险等级预报方法[J]. 曲晓黎,张娣,郭蕊,齐宇超,赵增保,吴丹. 干旱气象. 2019(02)
[10]一种基于温/湿度传感器的桥面结冰预警系统[J]. 马晓东,李晨晨,段肖,陈湘军. 电子技术与软件工程. 2019(07)
硕士论文
[1]路面状态远程监测系统研究[D]. 王勇.华中科技大学 2019
[2]基于贝叶斯网络的高速公路交通事故研究[D]. 李康.北京交通大学 2017
[3]高速公路路面凝冰预警与交通流调度策略研究[D]. 尤谨语.长安大学 2016
[4]高速公路结冰监测预警与抑冰材料应用研究[D]. 资葵.长沙理工大学 2016
[5]辽宁交通气象预报方法研究[D]. 赵淼.兰州大学 2015
[6]冰雪天气下高速公路交通安全预警及处置措施研究[D]. 周士栋.长沙理工大学 2015
[7]基于ARM的高速公路自动气象站的研制[D]. 蒋方胜.哈尔滨工业大学 2011
[8]基于有限元数值模拟的水泥混凝土路面冰冻损伤机理研究[D]. 潘晨.哈尔滨工业大学 2010
[9]远程自动气象数据采集系统[D]. 郭杨.南京信息工程大学 2007
本文编号：3441632
【文章来源】：南京信息工程大学江苏省
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
中国高速公路总里程（万公里）年度数据
12]，对行车安全间接造成危害。可见，准确预报路面低温，做好高速公路路面低温和路面结冰监测预报，对保障人民生命财产安全，促进社会经济平稳快速发展具有重要意义。1.2国内外研究进展1.2.1路面结冰研究进展路面结冰是影响冬季交通运输安全的主要气象灾害之一[6]。路面结冰会导致路面摩擦系数降低，引起路面湿滑，引起车辆侧翻或打滑，造成严重的交通事故，危害人民生命财产安全[13]。国内外许多学者对形成路面结冰的物理机制和结冰特征、路面结冰时间的预测、路面状态的监测预报以及路面湿滑的分类预警开展了不少研究（图1.2）。图1.2路面结冰研究进展路面结冰是指潮湿的路面在路面温度达到0℃及以下时，路面发生结冰的现象[14-17]。可见，路面潮湿以及路面温度在0℃以下是路面结冰的两个必要条件[18-19]。它一般发生在冬季和早春时期（当年11月到次年4月之间）[20-21]，通常出现在夜间和凌晨，以在后半夜出现居多[22]。由于气温、风速、相对湿度等气象因素[23-25]以及道路建筑及铺设材质等物理因素[26-27]的不同组合，导致不同路段周围的局地气候环境存在差异，路面结冰的空间分布也因此存在显著的差异性。结合多数学者的研究结论[19-22]来看，当路面潮湿，路面温度和气温都小于0℃且路面温度略高于气温，风速较小且保持在4m/s以下，相对湿度较高且通常在80%以上时，路面容易出现结冰现象。此外，杨武杰等[28]基于内蒙古路面结冰现象，首次分析和研究了其对应的天气和环流背景，最终总结出六种可能引起
返穆访嫖露扔捎诘乩?位置、天气条件的不同，会存在明显的空间差异性，相同天气条件下通常桥面温度低于路面温度、更低于普通地面温度[26]。不同材质（水泥、沥青、土壤等）铺设而成的下垫面温度变化趋势基本一致，但由于材质本身比热容的差异，下垫面温度变化量会存在显著的差异[27、102]。路面温度变化特征及其影响因素的研究为路面温度预报提供了重要的理论基础和参考依据。路面温度的研究对象主要包括基于交通气象站的单点预报和基于完整路段的面预报两大类，而路面低温预报的方法可以分为理论分析法和统计分析法两大类（图1.3，表1.1）。图1.3路面低温预报研究的主要框架理论分析法是根据数学物理方程，使用数值模拟来预测路面温度的方法[83]。1957年，美国学者Baber[103]首次使用热传导方程推导出路面温度场的计算公式，为此后使用物理模型预报路面温度的预报奠定了研究基矗Dempsey[104]在Baber的基础上，综合了能量平衡理论和热传导模型，开发了一个可以评价多层路面系统温度效应的传热模型。此后，国外也有其他学者[105-107]借鉴其思路将该模型运用到路面温度预报中来。虽然国内对路面温度预报的研究开始得较晚，但基于热传导或路面能量平衡方程或二者结合建立的理论模型也已在沪宁高速公路[108]及徐州[109]、湖北[101-102]、南昌[110]等地区[111-112]的路面极值预报中使用。随着研究的深入，不少学者[113-115]对该模型中的部分参数进行优化，以
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于随机森林的雨天车辆跟驰风险行为研究[J]. 黄兆国,过秀成,贾亮. 交通信息与安全. 2020(01)
[2]基于随机森林的高寒湿地地区土地覆盖遥感分类方法[J]. 侯蒙京,殷建鹏,葛静,李元春,冯琦胜,梁天刚. 农业机械学报. 2020(07)
[3]基于随机森林模型的超声提取优化红花中两种有效成分工艺研究[J]. 万浩宇,张洋洋,虞立,许守超,许华萍,金伟锋. 中药材. 2020(03)
[4]湖北省高速公路道路结冰预警模型[J]. 舒斯,熊守权,陈英英,何明琼,袁正腾,鲁静,崔杨,唐俊. 气象. 2019(11)
[5]我国公路交通气象灾害风险隐患特征分析[J]. 张晓美,吕明辉,王毅,李筱竹. 灾害学. 2019(04)
[6]浅谈灾害性天气影响下的交通气象服务[J]. 梁燕. 科技风. 2019(25)
[7]基于道路环境因素的公路隧道交通事故预测[J]. 王蕾,邱锋,夏永旭,韩兴博. 隧道建设(中英文). 2019(08)
[8]国外公路交通气象研究进展[J]. 田华,张楠,张楷翊,杨静,张慧辰. 气象与环境学报. 2019(03)
[9]基于气象条件的河北高速公路通行状况综合风险等级预报方法[J]. 曲晓黎,张娣,郭蕊,齐宇超,赵增保,吴丹. 干旱气象. 2019(02)
[10]一种基于温/湿度传感器的桥面结冰预警系统[J]. 马晓东,李晨晨,段肖,陈湘军. 电子技术与软件工程. 2019(07)
硕士论文
[1]路面状态远程监测系统研究[D]. 王勇.华中科技大学 2019
[2]基于贝叶斯网络的高速公路交通事故研究[D]. 李康.北京交通大学 2017
[3]高速公路路面凝冰预警与交通流调度策略研究[D]. 尤谨语.长安大学 2016
[4]高速公路结冰监测预警与抑冰材料应用研究[D]. 资葵.长沙理工大学 2016
[5]辽宁交通气象预报方法研究[D]. 赵淼.兰州大学 2015
[6]冰雪天气下高速公路交通安全预警及处置措施研究[D]. 周士栋.长沙理工大学 2015
[7]基于ARM的高速公路自动气象站的研制[D]. 蒋方胜.哈尔滨工业大学 2011
[8]基于有限元数值模拟的水泥混凝土路面冰冻损伤机理研究[D]. 潘晨.哈尔滨工业大学 2010
[9]远程自动气象数据采集系统[D]. 郭杨.南京信息工程大学 2007
本文编号：3441632
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