1、公路交通气象观测站网建设暂行技术要求doc公路交通气象观测站网建设暂行技术要求 公路交通气象观测站网建设公路交通气象观测站网建设 暂行技术要求暂行技术要求 20122012 年年 1111 月月 目目 录录 一、总则 一、总则1 1.1 编制目的.1 1.2 编制依据.1 1.3 适用范围.1 1.4 公路交通气象观测站网规划 .2 1.5 公路交通气象观测站网建设 .2 1.6 公路交通气象观测站网运行 .2 1.6.1合作模式.2 1.6.2运维机制.3 1.6.3信息交互共享.3 二、观测项目设置 二、观测项目设置.3 2.1 能见度观测.4 2.2 路面气象条件观测.4 2.2.1路温
2、.4 2.2.2路面状况.5 2.2.3冰点温度.5 2.2.4融雪剂浓度.5 2.3 气象环境观测.5 2.3.1气温.5 2.3.2相对湿度.6 2.3.3风速风向.6 2.3.4降水.6 2.3.5天气现象.7 2.4 视频实景观测.7 2.5 传感器选型及技术要求.8 三、观测站技术要求 三、观测站技术要求 .9 3.1 观测站结构 9 3.1.1结构组成.9 3.1.2结构设计要求.10 3.2 观测站功能.10 3.3 数据采集与处理.11 3.4 通信方式 12 3.5 供电方式 13 3.5.1 供电方式选择13 3.5.2 蓄电池及充放电控制装置13 3.6 电气安全性要求.
3、14 3.6.1绝缘电阻.14 3.6.2接地电阻.14 3.6.3介电强度.15 3.6.4电源适应性.15 3.7 环境适应性要求.15 3.7.1气候条件.15 3.7.2生物条件.15 3.7.3化学活性物质.16 3.7.4机械条件.16 四、观测站点布设与安装 四、观测站点布设与安装16 4.1 站点分类.16 4.1.1局地站.17 4.1.2普通站.17 4.2 站点布局要求.18 4.2.1局地站.18 4.2.2普通站.20 4.3 站点选址原则.20 4.4 安装要求.22 4.4.1 设备安装要求22 4.4.2 基础平台安装要求22 4.5 传感器布局.24 五、观测
4、站网运行与监控 五、观测站网运行与监控25 5.1 观测站网监控功能要求.25 5.2 数据格式与传输.26 5.3 数据质量控制.26 5.3.1采集处理部分.26 5.3.2通信传输部分.26 5.3.3监控管理部分.27 六、安装质量与运行维护 六、安装质量与运行维护28 6.1 产品及安装质量.28 6.2 运行维护 28 6.3 核查及校准.28 6.4 试验室检定.29 附录数据格式规定附录数据格式规定 .30 1. 文件名 30 2. 文件内容 30 3. 数据记录单位和特殊说明.32 4. 中心站上传数据格式.32 一、总则 一、总则 1.11.1 编制目的编制目的 为加强全国
5、干线公路网运行监测与科学管理，提升公路网安全性能和服务 质量，提高应急处置能力和公共服务能力，实现覆盖全国干线公路的气象监测 网络和预报预警服务体系的发展目标，为人民群众提供安全、畅通、便捷、绿 色的公路出行服务，编制公路交通气象观测站网建设暂行技术要求（以下 简称技术要求），以指导和规范我国公路交通气象观测站网的建设、运行 与管理。 1.21.2 编制依据编制依据 依据公路工程技术标准公路网运行监测与服务暂行技术要求高 速公路监控技术要求公路交通工程及沿线设施设计通用规范公路工程 质量检验评定标准道路交通气象环境 埋入式路面状况检测器 道路交通 气象环境 能见度检测器 公路交通气象观测站网建
6、设指南地面气象观测 规范自动气象站检定规程自动气象站现场校准方法等相关技术标准 规范制定本技术要求。 1.31.3 适用范围适用范围 本技术要求适用于交通运输部门和气象部门在高速公路沿线建设和管理的， 以服务公路安全运行和公众出行为主要目的的公路交通气象观测站网。 国省干 线公路沿线的公路交通气象观测站网的建设和管理可参考本技术要求。 本技术要求定义的公路交通气象观测站网建设内容包括公路交通气象观测 外场设施（以下简称“公路交通气象观测站”）、公路交通气象服务系统，以 及相关的软硬件支撑条件。 1.41.4 公路交通气象观测站网规划公路交通气象观测站网规划 公路交通气象观测站网是国家公路网运行
7、监测与服务系统的重要组成部分， 也是国家气象监测网络系统的重要补充，其规划应当遵循“统筹规划、总体设 计、分步实施、逐步完善”的原则，满足公路网运行监测管理与公众出行信息 服务的需求，符合公路交通气象观测、预报、预警，以及信息服务技术的发展 状况与趋势。 交通运输主管部门联合气象主管机构制定公路交通气象观测站网的发展目 标，编制公路交通气象观测站网与服务系统的总体规划。 1.51.5 公路交通气象观测站网建设公路交通气象观测站网建设 各级交通运输主管部门和各级气象主管机构应以“优势互补、合作共赢” 为原则，结合本辖区内公路管理和相关体制机制实际，推动公路交通气象观测 站网的建设和完善，将公路交
8、通气象服务系统建设与管理、交通运输部门与气 象部门间公路交通气象观测和服务信息的交互共享纳入到各级公路网运行监测 与应急处置的工作中。 对于新建高速公路项目，公路建设单位要根据公路沿线气象状况及对公路 交通的潜在影响，将交通气象观测设施建设纳入工程设计与项目概算中，同步 建设。 对于已建公路需增加气象观测设施的，由两部门共同协商，多方式筹措 建设资金。 交通运输部门与气象部门应加强公路交通气象观测站点的联网监控和公路 交通气象服务系统的建设，整合交通运输部门和气象部门的相关设施与资源， 在实现站网联网监控管理与数据资料交互共享的基础上，逐步实现精细化的公 路交通气象预报预警服务。 1.61.6
9、 公路交通气象观测站网运行公路交通气象观测站网运行 1.6.1 合作模式合作模式 各地交通运输部门与气象部门要根据各地特点和需求，探索建立以面向公 益性公众出行服务为基础的多样化合作模式。 交通运输部门应为公路交通气象观测设施的选址、安装、供电、通信等提 供便利条件。 气象部门应无偿提供与公路交通气象观测站网布设密度相匹配的， 面向公众的灾害性天气预报预警与实况监测信息，并逐步增强和完善公路交通 气象专业预报预警服务；对于相关部门和单位提出的个性化公路气象服务需求， 可由气象部门或其他第三方部门按照有关规定通过协议方式予以提供。 1.6.2 运维机制运维机制 交通运输部门与气象部门应遵循谁出资
10、建设、谁拥有产权、谁负责运维的 原则，对公路交通气象观测站网与服务系统进行长期运维管理。 交通运输部门与气象部门共同建设的公路交通气象观测设施和服务系统， 根据责权对等原则，双方友好协商共同确定长效运维机制与办法。 观测站网的 运行监控、维护保障所需经费由各级公路交通主管部门和各级气象主管机构共 同承担，各部门投入的专业技术和管理人员由本部门调配。 交通运输部门和气象部门要加强对已建成公路气象设施的维护，确保其处 于良好运行状态。 1.6.3 信息交互共享信息交互共享 交通运输部门与气象部门应建立有关公路交通气象观测与服务信息的交互 共享机制，开发公路交通气象服务系统的信息交互共享功能，实现公
11、路交通气 象有关信息的及时高效共享。 公路交通气象观测数据的传输与存储格式及质量 控制应符合本技术要求的相关规定。 交通运输部门与气象部门间的信息交互共享途径应根据两部门间的具体合 作方式确定，交通运输部门应将公路交通气象观测信息提供给气象部门，气象 部门应将公路交通气象预报预警等服务信息提供给交通运输部门。 二、观测项目设置 二、观测项目设置 公路交通气象观测主要包括能见度观测、路面气象条件观测、气象环境观 测、视频实景观测四个主要方面。 2.12.1 能见度观测能见度观测 能见度的自动观测主要通过能见度仪实现。 依据能见度的观测原理，能见 度仪主要有散射式能见度仪、透射式能见度仪，以及视频
12、能见度仪等多种类型。 当前，散射式能见度仪在公路交通气象领域中应用最为广泛；透射式能见度仪 由于其价格相对较高，在公路交通气象观测中很少应用；视频能见度仪由于其 更接近人眼观测原理、更符合能见度基本定义的优势，在公路交通气象能见度 观测中有着广阔的前景，特别是在公路视频监控设施比较完善的公路上。 如不作特别说明，本技术要求中的能见度自动观测设备指前向散射式能见 度仪或当前天气现象传感器（含散射式能见度观测功能） 。 2.22.2 路面气象条件观测路面气象条件观测 路面气象条件观测内容主要包括路温、路面状况、冰点温度，以及融雪剂 浓度等方面。 路面气象条件的自动观测通常利用路面传感器实现。 根据
13、是否带有冰点温度观测功能，可将路面传感器分为主动式传感器和被 动式传感器。 主动式传感器具有冷却装置，通过冷却表面液体直至凝固来确定 公路表面液体的实际冰点温度，被动式传感器一般不具备路面冰点温度观测功 能。 主动式传感器功耗较高，在供电敏感（如采取太阳能供电方式）的条件下 需要慎重选择。 主动式与被动式传感器的区分是相对的，当前也出现主动与被 动一体式传感器，可实现包括冰点温度在内的大部分路面观测内容。 根据传感器的观测原理或安装方式，分为埋入式路面传感器和非接触式路 面传感器。 埋入式传感器安装时需要切割路面，将传感器埋入路面并使其表面 与公路表面齐平；非接触式传感器一般安装于路侧杆柱的适
14、当高度，不具有冰 点温度和融雪剂浓度观测功能。 2.2.1 路温路温 路温观测包括公路表面温度和公路表面以下 10cm 处的温度，路温对于预测 路面温度及路面状态至关重要。 进行路面气象条件观测时，路面传感器必须具 有路温观测功能。 2.2.2 路面状况路面状况 路面状况泛指路面处于干燥、 （潮）湿、积水、积雪（霜） 、结冰等状态， 也包括水层、雪层、冰层的厚度情况。 一般通过路面传感器和（或）专用传感 器进行观测。 进行路面气象条件观测时，路面传感器必须具有路面状况观测功 能。 2.2.3 冰点温度冰点温度 冰点温度是指在公路表面的液态水（含有或不含融雪剂）开始结冰的温度。 由于公路表面通常
15、含有各种杂质，有时也含有一定量的融雪剂，使得路面结冰 的真实温度不一定是 0。 路面冰点温度的观测对于优化融雪剂的使用，提高 冬季防结冰与铲冰除雪养护作业具有重要意义。 2.2.4 融雪剂浓度融雪剂浓度 融雪剂浓度通常是指路面积水中融雪剂的百分比含量。 由于车辆碾压、车 轮甩溅、排水渗漏等作用，撒布在公路表面的融雪剂溶度是不断变化的，一般 难以进行人工准确估算，需要利用路面传感器进行观测。 观测融雪剂浓度可为 优化融雪剂的使用提供重要参考。 2.32.3 气象环境观测气象环境观测 公路气象环境观测主要包括气温、相对湿度、风速、风向、降水、天气现象 等项目，这些项目的观测有助于提高公路交通气象预
16、报的精度与时效，能见度 和路面状态的预报都需要上述观测项目的支持。 2.3.1 气温气温 在公路交通气象观测中，温度与相对湿度的观测通常是由一个集成式传感 器来完成的。 为降低太阳辐射对传感器采样值的影响，通常将温湿度传感器放 置在防辐射罩内。 2.3.2 相对湿度相对湿度 衡量湿度的物理量有水汽压、相对湿度、露点温度等，在公路交通气象观 测中的湿度如不作特别说明，是指空气的相对湿度。 2.3.3 风速风向风速风向 公路交通气象观测中的风是指二维矢量（水平运动）风，用风速和风向表 示。 风速单位为米/秒（m/s） ，在实际应用中可以转换为风力等级表示。 风向是 指风的来向，单位为度，在实际应用
17、中可以转换为 16 方位表示。 风速风向观测一般采用风速风向传感器，根据工作原理可分为转轴式风传感 器和超声波风传感器。 转轴式风传感器由风速（风杯）传感器和风向（风向标） 传感器组成，风速传感器和风向传感器可以是独立的，也可以是一体化的。 与 转轴式风传感器相比，超声波风传感器具有维护工作量小、平均无故障时间长 的优点，在北方冬季降雪量大、气温低，或是沙尘、冻雨天气较多地区，可采 用超声波风传感器。 2.3.4 降水降水 降水是指从天空降落到地面上的液态或固态的水汽凝结物，包括雨、雪、 雨夹雪、冰雹等。 降水是影响路面状况和能见度的重要因素。 对降水的观测通常包括降水量、降水强度和降水类型三
18、个指标。 降水量通 常是指累计降水量，单位为毫米（mm） 。 降水强度指单位时间的降水量，通常 用分钟降水量表示，单位为毫米/分钟（mm/min） 。 降水类型主要有液态降水和 固态降水。 公路交通气象观测中的降水是指液态降水，对于固态降水（雪、雨夹雪） 目前只通过天气现象传感器实现定性观测。 降水通常用翻斗式雨量计或天气现 象（也称为当前天气）传感器来实现自动观测。 翻斗式雨量计可以精确观测降 水量，但不能够确定降水类型；天气现象传感器能够确定降水类型，但降水量 观测不够精确。 翻斗式雨量计安装要求较高、维护工作量较大，在公路沿线相对严酷的工 作条件下，其应用存在较大局限性，一般用于强降雨多
19、发且强降雨天气对交通 运行安全和公路基础设施损毁风险较大的地区；其他情况下，一般不建议安装 翻斗式雨量计，经过分析确有必要进行降水观测的，可以采用天气现象传感器 替代翻斗式雨量计，既可以区分降水类型，也可以获得分级降水强度。 2.3.5 天气现象天气现象 在公路交通气象观测中，天气现象观测主要指自动观测并判别有/无降水， 降水类型雨、雨夹雪、雪等，降水强度小、中、大等，以及雾、霾、沙尘等 天气现象。 天气现象通常由天气现象传感器实现自动观测。 当前应用的天气现象传感器 多采用一体化设计，同时具备能见度和天气现象两方面的观测功能。 天气现象传感器多数情况下具备能见度观测功能，因此，在需要配置能见
20、度 仪的公路交通气象观测站点，在满足能见度观测要求的前提下，可以采用天气 现象传感器，在建设资金投入增加不多的情况下，同时实现对天气现象的观测。 2.42.4 视频实景观测视频实景观测 公路沿线视频实景气象观测是交通气象观测的重点内容之一，视频实景观 测具有直观、临场感强的突出优势，可用于确认实时交通气象条件，也可用于 后期对交通气象预报结果的评估。 视频实景观测一般通过公路气象站处或附近 的监控摄像机实现。 高速公路上具有完善的交通监控系统，包括沿线交通路况的视频监控，因 此，公路气象视频实景观测宜充分利用交通运输部门现有设施，一般不需要单 独设置视频实景观测点。 对于视频监控设施比较缺乏的
21、路段，可以在交通气象 观测站中设置视频摄像机来实现交通气象实景观测。 设置视频实景观测时，宜 考虑公路视频事件检测技术的应用，以实现交通、气象等事件的自动检测。 视频传输对通信传输系统要求较高，需要结合公路沿线的通信条件及具体 观测需求选择合适的通信方式以及图像质量规格。 对于新增的交通气象实景观 测，为提高全天候条件下的观测能力，宜采用带有红外功能或透雾能力强的视 频监控设备。 2.52.5 传感器选型及技术要求传感器选型及技术要求 公路交通气象观测站点配置的各种传感器应符合相关国家或行业标准。 传感器的选型要充分考虑以下因素交通气象观测功能需求；传感器的维 护需求；传感器的功耗；传感器技术
22、的成熟性、可靠性、经济性等。 公路交通 气象观测所采用的传感器推荐选型如表 2-1 所示。 表表 2-1 传感器的选型传感器的选型 序号序号要素名称要素名称传感器类型传感器类型 1能见度前向散射式能见度仪 2气温 集成数字式温（湿）度传感器； 或铂电阻温度传感器 3相对湿度 集成数字式（温）湿度传感器； 或湿敏电容湿度传感器 4风速 超声风传感器；或风杯风速传感器；或螺旋桨式风 传感器 5风向 超声风传感器；或单翼风向传感器；或螺旋桨式风 传感器 6降水天气现象传感器；或翻斗式雨量传感器 7天气现象天气现象传感器 8路面温度/路基温度 铂电阻温度传感器；或满足要求的其它直接或间接 测量路温的传
23、感器 9 路面状况 路面传感器 10冰点温度路面传感器 11融雪剂浓度路面传感器 备注气温、相对湿度、风速、风向等要素的观测也可采用满足相应技术要求的多功能紧 凑型气象传感器，此类传感器集成气温、相对湿度、风向、风速等要素观测于一体，具有 集成度高、体积小、安装方便等优点。 传感器的技术指标和性能要符合开展公路交通气象观测、预报、服务、科 研等需要（见表 2-2） 。 表表 2-2 传感器的主要技术要求传感器的主要技术要求 传感器传感器测量范围测量范围分辨力分辨力准确度准确度 101500m 能见度 102000m； 1010000m 1m 201500m 气温-5050 0.10.2 3（8
24、0） 相对湿度51001 5（80） 风速060m/s0.1m/s0.50.03Vm/s 风向036035 0.4mm（10mm） 降水04mm/min0.1mm 4（10mm） 路面温度-5080 0.10.5 路基温度（-10cm）-4060 0.10.4 路面状况应准确区分干燥、潮湿、积水、积雪/结霜、结冰等路面状态。 天气现象 应识别有/无降水，降水类型雨、雪、雨夹雪 ，降水强度微量、 小、中、大、特大等；可识别雾、霾、沙尘等视程障碍现象；能够 对各种天气状况下的能见度进行观测，观测性能同本表能见度仪的 技术要求。 局地站的能见度仪测量范围选用 102000m 量程即可，普通站的能见
25、度仪兼具能见度预报预警功能，应采用 1010000m 量程。 三、观测站技术要求 三、观测站技术要求 3.13.1 观测站结构观测站结构 3.1.1 结构组成结构组成 公路交通气象观测站由主控系统、传感器、机箱、支架、避雷针等部分组 成。 主控系统由控制单元、采集单元、处理单元、通信单元、防雷单元、供电 单元及其它辅助单元组成，主控系统置于机箱内。 机箱用于安装主控系统，各个功能模块布局合理，符合电气安全要求，散 热性能良好。 机箱具有良好的密封性，防护等级要求达到 IP65，具有安全防盗、 防辐射等性能。 支架主要用于装配各类传感器、通信装置等设备。 支架需根据传感器布局 要求进行设计和制作
26、。 避雷针的长度（接闪器的高度）需达到观测站上端布设的各类传感器所需 要的保护范围的要求，避雷针的制作材料、直径、接闪器材料、固定连接装置、 引下线和接地等应达到相关防雷的技术规范要求。 公路交通气象观测站安装在基础平台上，基础平台具备综合防雷接地系统。 3.1.2 结构设计要求结构设计要求 公路交通气象观测站的结构设计除应符合公路部门相关标准规范的技术要 求外，还应满足以下要求 应考虑防盗问题，各部件之间的连接要牢固，使用常规工具不能轻易拆 除。 应考虑后期设备的维护问题，有利于维护保障工作快捷、简便和安全地 进行。 应在支架、立杆、机箱内部或穿线管内部布线，达到隐蔽、保护、美观、 防盗割、
27、防雷电等效果。 除传感器可保持原外观色彩外，其它部分的外表均应做好防锈蚀与外涂 层工艺处理，机箱外涂层厚度80m，立柱外涂层厚度120m，色彩 为乳白色。 3.23.2 观测站功能观测站功能 公路交通气象观测站由主控系统提供通信接口，按照约定的通信协议与监 控中心建立双向通信，实现指令下达和数据上传等功能，满足公路交通气象观 测站自动组网的功能要求。 公路交通气象观测站应具备以下功能要求 （1）自动采集和预处理 公路交通气象观测站自动采集各观测要素，对采集的数据进行预处理并进 行相关统计和存储。 通过硬件开关或控制中心指令，可打开或关闭各观测要素 的采集和处理功能。 （2）智能化存储管理 自动
28、管理采集器内置的存储器，具有内存自动清除、循环管理、纠错、采 集时间记忆、未测和缺测标记等功能。 公路交通气象观测站存储器需保存 1 个 月的各观测要素的逐分钟数据，以及公路交通气象观测站工作参数和最新工作 状态信息。 （3）自动上传数据 各公路交通气象观测站按照特定时间间隔（常规设置 1 分钟，选择设置 10 分钟）自动上传观测数据，每小时上传一次公路交通气象观测站的工作状态信 息。 （4）遗漏资料补传 接收监控管理中心指令，可补传公路交通气象观测站中存储的历史气象数 据。 （5）时钟校准 接收监控中心系统下达的控制指令，对公路交通气象观测站的日期和时间 进行定期校准，并反馈和验证校准信息，
29、确保公路交通气象观测站时钟的月累 计误差15s。 6观测站工作状态监测 每小时上传一次观测站工作状态参数集，包括AC220V 供电状态或太阳能 供电状态、蓄电池工作电压、机箱内温度、无线通信在线状态、主要传感器工 作状态参数等，并随时接收监控中心下达的指令上传观测站当前工作状态参数 集。 3.33.3 数据采集与处理数据采集与处理 根据约定的算法，对获取的各观测要素采样值计算出逐分钟各观测要素值 或瞬时值。 在算法实现和数据处理过程中需要对数据进行检查，对异常数据进 行特殊处理并标记。 各要素的采样频率及计算方法如下表 表表3-1 要素采样频率及计算方法要素采样频率及计算方法 要要 素素采样频
30、率采样频率计算方法计算方法 能见度4 次/min等权相加求算术平均值。 气 温 路面温度/ 路基温度 相对湿度 6 次/min 或 30 次/min 通过数据质量控制后等权相加求算术平均值。 风 速4 次/s 以 0.25s 为步长求 3s 滑动平均值，即瞬时风速；以 1s 为步长（取整秒时的瞬时值）计算每分钟的 1min、2min 算术平均，即 1min、2min 平均风速； 以 1min 为步长（取 1min 平均值）计算每分钟的 10min 滑动平均，即 10min 平均风速。 风 向1 次/s 求 1min、2min 平均；以 1min 为步长（取 1min 平 均值）计算每分钟的 1
31、0min 平均。 降水量1 次/min计算累计值。 路面状况1 次/ min 天气现象1 次/min 由传感器观测的数据，按照算法和时间间隔输出。 或由综合观测资料，按照算法自动计算并输出。 滑动平均仍属于算术平均的范畴，它是按一种特定的方式变形之后的算术 平均。 若有 n 个风速观测值 y1，y2，yi，yn，以该时间序列来计算多个 连续 m 项序列的算术平均值。 其中第 1 个连续 m 项序列的第 1 项，是原来 n 序 列的第 1 项；第 2 个连续 m 项序列的第 1 项是原来 n 序列的第 2 项；最 后一个 m 项序列的第 1 项是原来 n 序列的第（n-m1）项。 则第 i 个和
32、第 i1 个连续 m 项序列的滑动平均值分别为 1 11 miiii yyy m V 1 1 imii iyy m VV 3.43.4 通信方式通信方式 公路沿线气象观测站通信可采用有线通信或无线通信两种方式，选取原则 如下 （1 1）有线通信方式）有线通信方式 在气象观测站点布设位置具备有线通信条件的公路沿线，应尽量利用公路 现有通信设施（光纤、交换机等） ，组建各气象观测站点与数据处理中心的通信 网络。 有线通信方式与无线通信方式相比更加可靠，且不需要支付通信费用， 在具备条件时应优先考虑。 （2 2）无线通信方式）无线通信方式 在不具备有线通信方式的一般等级公路（如国省干线公路） ，应采用无线通 信方式。 选择 GPRS、CDMA、3G 等无线网络通信方
