公路交通气象观测站网建设暂行技术要求.docx
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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
暂行技术要求
2012年11月
一、总则
1.1编制目的
为加强全国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。
1.2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。
1.3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。
1.4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。
1.5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。
1.6公路交通气象观测站网运行
1.6.1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
交通运输部门与气象部门应遵循谁出资建设、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
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
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。
2.1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）。
2.2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。
2.3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
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
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
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
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。
2.4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。
2.5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2-1传感器的选型
序号
要素名称
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2-2传感器的主要技术要求
传感器
测量范围
分辨力
准确度
能见度
10～2000m；
10～10000m﹡
1m
±10%（≤1500m）
±20%（＞1500m）
气温
-50～+50℃
0.1℃
±0.2℃
相对湿度
5～100％
1%
±3％（≤80％）
±5％（＞80％）
风速
0～60m/s
0.1m/s
±（0.5+0.03V）m/s
风向
0～360°
3°
±5°
降水
0～4mm/min
0.1mm
±0.4mm（≤10mm）
±4％（＞10mm）
路面温度
-50～+80℃
0.1℃
±0.5℃
路基温度（-10cm）
-40～+60℃
0.1℃
±0.4℃
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10～2000m量程即可，普通站的能见度仪兼具能见度预报预警功能，应采用10～10000m量程。
三、观测站技术要求
3.1观测站结构
3.1.1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。
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
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、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＞80μm，立柱外涂层厚度＞120μm，色彩为乳白色。
3.2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，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。
3.3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3-1要素采样频率及计算方法
要 素
采样频率
计算方法
能见度
≥4次/min
等权相加求算术平均值。
气 温
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。
路面温度/路基温度
相对湿度
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10min平均。
降水量
1次/min
计算累计值。
路面状况
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。
天气现象
1次/min
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-m＋1）项。
则第i个和第i＋1个连续m项序列的滑动平均值分别为：
3.4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）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）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等无线网络通信方式，直接建立公路沿线各气象观测站点与数据处理中心的通信网络。
采用无线通信方式时，应确保无线通信信号能覆盖气象观测站点。
3.5供电方式
公路沿线气象观测站点用电负荷等级为二级。
3.5.1供电方式选择
公路沿线气象观测站点供电方式可采用以下四种方式：
（1）常规市电。
（2）太阳能供电。
（3）风力供电。
（4）风光互补供电。
选取兼顾可靠性和经济性的供电方式是确保公路沿线气象观测站点正常工作的必要条件。
选取原则如下：
（1）常规市电是最可靠的供电方式。
在气象观测站点布设位置或附近能够方便就近取电时，应优先市电供电方式。
如果气象观测站点与常规市电取电点距离较远，应综合考虑供电可靠性、电缆铺设费用等因素确定供电方案。
（2）在太阳能或风能资源比较富足的地区，可选择太阳能、风能或者风光互补供电方式。
亦可采用常规市电、太阳能、风能和风光互补等多种组合供电方式。
（3）不管选择何种供电方式，都必须确保气象观测站点供电系统正常持续工作。
3.5.2蓄电池及充放电控制装置
为确保气象观测站点的不间断供电，气象观测站点应配备蓄电池与充放电控制装置。
蓄电池的容量可根据各气象观测站点的实际功耗进行选型、配备。
在出现市电因故障断电无法正常工作的情况下，蓄电池容量应保证气象观测站点能连续工作3天以上；在使用太阳能供电因连阴雨天气无法正常工作的情况下，蓄电池容量应保证气象观测站点能连续工作14天以上。
蓄电池与充放电控制装置的设计使用寿命应不小于5年。
3.6电气安全性要求
公路沿线气象观测站点应满足特定的电气安全性，以确保在各种气候环境下稳定、可靠、安全地工作。
电气安全性能主要包括：
绝缘、接地防雷、介电强度、电源适应性、防雨防尘等性能指标。
3.6.1绝缘电阻
使用市电的公路交通气象观测站，电源初级电路和机壳间绝缘电阻应不小于2MΩ。
使用12V直流电源供电的公路交通气象观测站，电源初级电路和机壳间绝缘电阻应不小于1MΩ。
3.6.2接地电阻
接地主要包括防雷接地和安全接地。
防雷接地的目的是把雷电产生的雷击电流通过避雷针引入到大地，从而保证设备正常运行。
安全接地的目的是把相线（如电线绝缘不良，线路老化等）和设备外壳碰触时产生的故障电流经PE线引入到大地，从而保护人身安全。
（1）防雷接地
气象观测站点主控机箱内部应设有弱电防雷保护系统，气象观测站点顶部需要安装避雷针，并与基础防雷接地系统有效连接。
防雷接地电阻应不大于10。
（2）安全接地
气象观测站点应设安全保护接地端子，接地端子与机壳（包括带电部件的金属外壳）应连接可靠，接地端子与机壳的连接电阻应不大于4。
3.6.3介电强度
气象观测站点强电电源引入端子与机壳之间的耐电压强度应符合交通行业公路机电设备相关标准的规定和要求。
在气象观测站设备电源引入端子与机壳之间施加频率50Hz、有效值1500V的正弦交流电压，历时1分钟，应无闪络或击穿现象。
3.6.4电源适应性
气象观测站点应能适应常规市电供电电网的波动要求，在以下条件下应能可靠工作：
电压：
AC220V（115%），频率：
50Hz2Hz。
3.7环境适应性要求
在不同环境与气候条件影响下，气象观测站会遭受腐蚀、老化、霉烂等不同程度的破坏，从而引起仪器设备性能下降，易引发漏电、短路、甚至完全失效。
因此，对气象观测站的环境适应性进行规范要求，可减少故障次数，提高仪器设备系统长期运行的可靠性。
3.7.1气候条件
在下列气候条件下，气象观测站应能正常工作：
气温：
-40℃~+60℃；
地面温度：
-40℃～+80℃；
相对湿度：
10﹪～100﹪；
降水强度：
6mm/min；
抗风能力：
应满足当地50年一遇的风速条件。
3.7.2生物条件
气象观测站应采取适当的防霉菌措施；应采取适当措施防止动物损坏，如鼠咬、蚁啃等；应采取适当措施防止动物活动对传感器的影响，如蜘蛛结网等。
3.7.3化学活性物质
公路气象观测站应在材料、表面涂覆和工艺上采取相应的措施，使其具有一定的抗化学活性物质侵蚀的能力。
工作在沿海、海
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