于 冰，陳 亮，李維維

(1.哈爾濱石油學(xué)院;2.黑龍江省交通科學(xué)研究所;3.哈爾濱職業(yè)技術(shù)學(xué)院)

淺談公路風(fēng)吹雪預(yù)警技術(shù)研究及實(shí)現(xiàn)

于 冰1，陳 亮2，李維維3

(1.哈爾濱石油學(xué)院;2.黑龍江省交通科學(xué)研究所;3.哈爾濱職業(yè)技術(shù)學(xué)院)

介紹了公路風(fēng)吹雪預(yù)警指標(biāo)體系和分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，積雪綜合預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)流程以及預(yù)警算法設(shè)計(jì)。

風(fēng)吹雪;預(yù)警技術(shù);研究

1 預(yù)警指標(biāo)體系和分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

結(jié)合預(yù)警模型、實(shí)際路段信息采集和道路養(yǎng)護(hù)與管理部門(mén)的需求，預(yù)警指標(biāo)體系如下。

積雪的厚度(S1):具體可用平均厚度、最大厚度表示。

積雪的位置(S2):具體可用公路的里程樁號(hào)表示。

路阻長(zhǎng)度(S3):具體可用積雪公路堆積的平均長(zhǎng)度、最大長(zhǎng)度表示。

根據(jù)現(xiàn)有預(yù)警模型及精度，結(jié)合我國(guó)最新的公路雪害防治技術(shù)項(xiàng)目中關(guān)于公路風(fēng)吹雪危害程度評(píng)價(jià)建議標(biāo)準(zhǔn)，確定建立的四級(jí)預(yù)警標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1。

表1 公路風(fēng)吹雪雪害分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

2 積雪綜合預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)流程

積雪綜合預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)流程見(jiàn)圖1。

圖1 積雪綜合預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)流程

3 預(yù)警算法設(shè)計(jì)

符號(hào)說(shuō)明:設(shè)定預(yù)測(cè)計(jì)算間隔為ΔT，預(yù)測(cè)周期長(zhǎng)度為T(mén)，路段初始積雪深為S0，第i個(gè)計(jì)算步驟的時(shí)間段為T(mén)i，第i個(gè)計(jì)算步驟的氣象信息為Wi(其中，i時(shí)到j(luò)時(shí)的氣象預(yù)報(bào)信息為，i時(shí)的氣象實(shí)測(cè)信息為 Wri，變氣象點(diǎn)的標(biāo)記為vi(0，代表無(wú)變化，1代表有新的預(yù)報(bào)值，2代表有新的實(shí)測(cè)值))，第i個(gè)計(jì)算步驟的預(yù)測(cè)積雪深為Sai，最終預(yù)測(cè)積雪深為Sp，第i個(gè)計(jì)算步驟時(shí)對(duì)應(yīng)的實(shí)測(cè)積雪深為Sri，第i個(gè)計(jì)算步驟的專家推斷積雪深為Sei，最終專家推斷積雪深為Se，歷史積雪深為Sh(在預(yù)警系統(tǒng)建立初期，某路段無(wú)歷史積雪深時(shí)，可以由仿真條件下的理想積雪深Sr代替)，最大歷史積雪深Smax2，理論最大積雪深Smax1，歷史積雪深匹配系數(shù)為Kh，算法最大允許花費(fèi)時(shí)長(zhǎng)為T(mén)max。

(1)預(yù)警輸入信息有效性檢驗(yàn)。

(2)變量初始化。

氣象信息序列W1，…Wi，…生成。

預(yù)測(cè)參數(shù)A0、α0初始化。

變量 i=1，vi，S0，Sp=S0等的初始化。

(3)搜索專家規(guī)則庫(kù)，若在氣象條件W1，…Wi，…下，該路段存在 Se，則 Sp=Se，停止計(jì)算;否則，Ai=A0、αi= α0，轉(zhuǎn)(4)°

(4)預(yù)測(cè)輸入氣象值序列更新:若在Ti終了時(shí)刻有新的(即v=1)，則使用該新的預(yù)報(bào)值直接替代舊計(jì)算值，i即Wi=;若在 Ti終了時(shí)刻有新的(即 vi＞1)，則使用該新的實(shí)測(cè)值和原預(yù)報(bào)值之和的平均值替代舊計(jì)算值，即Wi=(+Wi)/2。

(5)根據(jù)前一計(jì)算時(shí)刻累計(jì)積雪深Sp和氣象信息Wi，求終了時(shí)刻預(yù)測(cè)積雪深Sai:搜索專家規(guī)則庫(kù)，若在氣象條件Wi下，該路段存在Sei，則 Sai=Sei;否則，采用預(yù)測(cè)模型計(jì)算Sai;轉(zhuǎn)(6)°

(6)Sp=Sp+Sai，i=i+1，Ti=Ti+ ΔT，若 Ti=T，則轉(zhuǎn)(10);若 Ti≥Tmax，則轉(zhuǎn)(12);否則轉(zhuǎn)(7)°

(7)此時(shí)若有路段積雪深實(shí)測(cè)信息Srm(預(yù)測(cè)計(jì)算當(dāng)前時(shí)刻超前實(shí)際積雪發(fā)生時(shí)間，即m＜i)，則開(kāi)始回退計(jì)算，i=m+1，Sp=Srm，判斷Srm性質(zhì)，提出預(yù)測(cè)參數(shù)的修正方向，轉(zhuǎn)(5)°

(9)Ai、αi的修正:若 Sp＞ kcSh時(shí)(kc=1/4，1/3，1/2)，應(yīng)重新計(jì)算 Ai、αi。

(10)若 Sp＜Smax1，Sp＜Smax2或 Sp＜ khSh，則停止計(jì)算;否則，若 Sp＜Smax1，Sp≥Smax2或 S≥khSh，須經(jīng)專家規(guī)則庫(kù)進(jìn)一步判斷、檢驗(yàn)，轉(zhuǎn);但若Sp＜Smax1，則該預(yù)測(cè)值Sp無(wú)效，須重新預(yù)測(cè)計(jì)算，轉(zhuǎn)(1)°

(11)預(yù)測(cè)參數(shù)調(diào)整:大氣氣溫與太陽(yáng)輻射修正系數(shù)β1，植被、地形修正系數(shù)β2，風(fēng)速波動(dòng)修正系數(shù)β1，微細(xì)地貌或結(jié)構(gòu)物修正系數(shù)β3，回查第一個(gè)存在實(shí)測(cè)積雪深的點(diǎn)(記為h)，若存在，i=h，Sp=Sah，轉(zhuǎn)(4);否則，i=1，Sp=S0，轉(zhuǎn)(4)°

(12)此次預(yù)警失敗。

U416.1

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1008-3383(2014)03-0005-01

2013-12-25