高速公路霧災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)預(yù)報(bào)技術(shù)實(shí)現(xiàn)方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種高速公路霧災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)預(yù)報(bào)技術(shù)實(shí)現(xiàn)方法。本發(fā)明是按照氣象災(zāi)害理論的概念，從致災(zāi)因子危險(xiǎn)性、承災(zāi)體暴露性等方面入手，將高速公路霧災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)量化、按照等級(jí)分別賦值，易計(jì)算、易理解，達(dá)到可預(yù)報(bào)性，實(shí)現(xiàn)了逐日、甚至是更短時(shí)效內(nèi)計(jì)算和發(fā)布高速公路沿線相鄰兩個(gè)收費(fèi)站未來(lái)一定時(shí)段內(nèi)霧災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)預(yù)報(bào)，改變了以往氣象預(yù)報(bào)預(yù)警服務(wù)產(chǎn)品僅僅基于氣象條件并且無(wú)法細(xì)分到局部路段的局面。本發(fā)明不僅基于氣象因素，還綜合考慮到了公路路網(wǎng)密度、車流量等因素，所建立的高速公路霧災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算模型，可計(jì)算出高速公路霧災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)預(yù)報(bào)結(jié)果，實(shí)現(xiàn)對(duì)高速公路霧災(zāi)綜合風(fēng)險(xiǎn)的預(yù)報(bào)和預(yù)警。
【專利說(shuō)明】
高速公路霧災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)預(yù)報(bào)技術(shù)實(shí)現(xiàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種應(yīng)用氣象技術(shù)，具體地說(shuō)是一種高速公路霧災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)預(yù)報(bào)技術(shù) 實(shí)現(xiàn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，我國(guó)高速公路的通車?yán)锍虨槭澜缰住＝y(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，高速公路通行受阻（即采 取封閉管制措施)事件有38.3%是因氣象因素(包括霧、路面結(jié)冰、降雨、大風(fēng)等)造成的。其 中W霧造成的封閉事件局達(dá)80.2%，同時(shí)霧造成的通行雙阻時(shí)間也最長(zhǎng)?？梢姡F是對(duì)局速 公路通行影響最為嚴(yán)重的災(zāi)害性天氣。
[0003] 然而，W往的災(zāi)害性天氣預(yù)報(bào)預(yù)警幾乎完全取決于氣象條件，依照氣象行業(yè)的標(biāo) 準(zhǔn)和指標(biāo)，而并沒有考慮到公路交通方面的綜合因素，也沒有實(shí)現(xiàn)基于影響和風(fēng)險(xiǎn)的預(yù)報(bào) 預(yù)警服務(wù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的就是提供一種高速公路霧災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)預(yù)報(bào)技術(shù)實(shí)現(xiàn)方法，W解決高 速公路交通服務(wù)中缺少基于影響和風(fēng)險(xiǎn)的預(yù)報(bào)預(yù)警服務(wù)的問題。
[0005] 本發(fā)明是運(yùn)樣實(shí)現(xiàn)的：一種高速公路霧災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)預(yù)報(bào)技術(shù)實(shí)現(xiàn)方法，包括W下 步驟：
[0006] ①、巧吿霧巧風(fēng)盼預(yù)根橫巧為：
[0007]
[000引其中，R為霧災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)指數(shù)，P代表霧的強(qiáng)度分指標(biāo)(運(yùn)里用能見度最小值Vmin表 示），T代表霧的持續(xù)時(shí)間分指標(biāo)，D代表路網(wǎng)密度分指標(biāo)，N代表單項(xiàng)車流量分指標(biāo);P、t、d、n 分別為各分指標(biāo)對(duì)應(yīng)的權(quán)重系數(shù)；
[0009] ②、按下式確定霧的強(qiáng)度分指標(biāo)P:
[0010]
[00川其中，Vmin為能見度最小值；
[0012] ③、確定霧的持續(xù)時(shí)間分指標(biāo)Tj:為高速公路每個(gè)收費(fèi)站匹配霧的持續(xù)時(shí)間預(yù)報(bào)， W小時(shí)為單位，能見度《50m的持續(xù)時(shí)間記為Tl, 50m<能見度《200m的持續(xù)時(shí)間記為T2,200m <能見度《500m的持續(xù)時(shí)間記為T3;tj分別表示它們的權(quán)重系數(shù)；
[0013] ④、按下式確定路網(wǎng)密度分指標(biāo)D:
[0014]
[001引其中，P為路網(wǎng)密度值，單位為km/km2;
[0016]⑤、按下式確定單項(xiàng)車流量分指標(biāo)N:
[0017]
[001引其中，1為高速公路某收費(fèi)站預(yù)報(bào)時(shí)段內(nèi)單項(xiàng)車流量(含上、下站口和過(guò)路車輛）， 單位為萬(wàn)輛；
[0019] ⑥、各分指標(biāo)按下式進(jìn)行無(wú)量綱化處理后參與計(jì)算：
[0020]
[0021] ⑦、霧災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)報(bào)等級(jí)指數(shù)計(jì)算模型的權(quán)重系數(shù)的確定：
[0022] 對(duì)因子進(jìn)行兩兩比較建立成對(duì)比較矩陣，即每次取兩個(gè)因子Xi和Xj ,Wau表示Xi和 Xj對(duì)某個(gè)指標(biāo)Z的影響大小之比，引用數(shù)字1-9及其倒數(shù)作為影響程度的標(biāo)度：
[0023]
[0024] 建立如下矩陣：
[0025：
[0026] 計(jì)算矩陣A的最大特征值和特征向量，通過(guò)一致性檢驗(yàn)，作為最終的權(quán)重系數(shù)；
[0027] ⑧、霧災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)報(bào)等級(jí)劃分：
[0028] 通過(guò)霧災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)報(bào)模型計(jì)算出R的數(shù)值序列，采用標(biāo)準(zhǔn)差分類法，W霧災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)報(bào) 指數(shù)的平均值n和標(biāo)準(zhǔn)差m為依據(jù)，將霧災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)報(bào)指數(shù)分為W下四個(gè)等級(jí)：
[0029] 當(dāng)3<]1-1]1時(shí)，高速公路霧災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)報(bào)等級(jí)為1級(jí)；
[0030] 當(dāng)n-m《R<^4，高速公路霧災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)報(bào)等級(jí)為2級(jí)；
[0031] 當(dāng)n《R<n+m時(shí)，高速公路霧災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)報(bào)等級(jí)為3級(jí)；
[0032] 當(dāng)3>11+111時(shí)，高速公路霧災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)報(bào)等級(jí)為4級(jí)。
[0033] 本發(fā)明還包括W下步驟：
[0034] ⑨、根據(jù)每條高速公路的各個(gè)收費(fèi)站計(jì)算得出的霧災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)報(bào)指數(shù)等級(jí)，繪制實(shí) 時(shí)的霧災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)預(yù)報(bào)圖。
[0035] 本發(fā)明中的霧災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)報(bào)模型是綜合氣象因素、公路交通因素，從致災(zāi)因子危險(xiǎn) 性和承災(zāi)體的空間脆弱性角度考慮，W霧的強(qiáng)度、持續(xù)時(shí)間（由于霧災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)預(yù)報(bào)是針對(duì) 高速公路沿線某個(gè)收費(fèi)站或氣象站具體點(diǎn)的，因此不需要將霧的空間影響范圍考慮到致災(zāi) 因子危險(xiǎn)性指標(biāo))作為致災(zāi)因子危險(xiǎn)性指標(biāo)，W公路路網(wǎng)密度、逐日車流量作為承載體空間 脆弱性指標(biāo)，因子建立高速公路霧災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)報(bào)模型，計(jì)算出霧災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)報(bào)指數(shù)序列后，再進(jìn) 行霧災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)報(bào)等級(jí)劃分。
[0036] 本發(fā)明是按照氣象災(zāi)害理論的概念，從致災(zāi)因子危險(xiǎn)性、承災(zāi)體暴露性等方面入 手，將高速公路霧災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)量化、按照等級(jí)分別賦值，易計(jì)算、易理解，達(dá)到可預(yù)報(bào)性，實(shí) 現(xiàn)了逐日、甚至是更短時(shí)效內(nèi)計(jì)算和發(fā)布高速公路沿線相鄰兩個(gè)收費(fèi)站未來(lái)一定時(shí)段內(nèi)霧 災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)預(yù)報(bào)，改變了 W往氣象預(yù)報(bào)預(yù)警服務(wù)產(chǎn)品僅僅基于氣象條件并且無(wú)法細(xì)分到局 部路段的局面，解決了高速公路交通服務(wù)中缺少基于影響和風(fēng)險(xiǎn)的預(yù)報(bào)預(yù)警服務(wù)的問題。
[0037] 本發(fā)明高速公路霧災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)預(yù)報(bào)技術(shù)實(shí)現(xiàn)方法不僅基于氣象因素，還綜合考慮 到了公路路網(wǎng)密度、車流量等因素，所建立的高速公路霧災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算模型，根據(jù)模型計(jì)算出 高速公路霧災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)預(yù)報(bào)結(jié)果，實(shí)現(xiàn)了對(duì)高速公路霧災(zāi)綜合風(fēng)險(xiǎn)的預(yù)報(bào)和預(yù)警。
【附圖說(shuō)明】
[0038] 圖1是河北省各高速公路收費(fèi)站的某一時(shí)刻霧災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)圖表。
[0039] 圖2是河北省各高速公路某一時(shí)刻霧災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)預(yù)報(bào)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0040] 本發(fā)明W河北省2013年12月8日的大范圍降霧天為例，進(jìn)行霧災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)預(yù)報(bào)，步 驟如下：
[0041 ]第一步，確定霧災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)報(bào)模型：
[0042]
[0043] 其中，R為霧災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)指數(shù)，P代表霧的強(qiáng)度分指標(biāo)(運(yùn)里用能見度最小值Vmin表 示），T代表霧的持續(xù)時(shí)間分指標(biāo)，D代表路網(wǎng)密度分指標(biāo)，N代表單項(xiàng)車流量分指標(biāo);P、t、d、n 分別為各分指標(biāo)對(duì)應(yīng)的權(quán)重系數(shù)。
[0044] 第二步，確定霧的強(qiáng)度分指標(biāo)P:通過(guò)前一日未來(lái)24小時(shí)內(nèi)能見度預(yù)報(bào)，為高速公 路每個(gè)收費(fèi)站匹配能見度最小值預(yù)報(bào)，能見度最小值Vmin巧Om的賦值為5，50m《 Vmin<200m的 賦值為4，200m《 vmin<500m的賦值為3，500m《 VminCOOOm的賦值為2，Vmin^ 1000m的賦值為1。
[0045] 第=步，確定霧的持續(xù)時(shí)間分指標(biāo)L :為高速公路每個(gè)收費(fèi)站匹配霧的持續(xù)時(shí)間 預(yù)報(bào)，W小時(shí)為單位;能見度《50m的持續(xù)時(shí)間記為Tl,50m<能見度《200m的持續(xù)時(shí)間記為 T2,200m<能見度《500m的持續(xù)時(shí)間記為T3。
[0046] 第四步，確定路網(wǎng)密度分指標(biāo)D:利用Arc gis處理好高速公路各收費(fèi)站處的路網(wǎng) 密度數(shù)值(一定時(shí)段內(nèi)是固定值，單位為km/km2)，對(duì)各收費(fèi)站的路網(wǎng)密度分指標(biāo)進(jìn)行賦值， 路網(wǎng)密度<4.33的賦值為3,4.33《路網(wǎng)密度<11.34的賦值為2,路網(wǎng)密度>11.34的賦值為 Io
[0047] 第五步，確定單項(xiàng)車流量分指標(biāo)N:對(duì)高速公路各收費(fèi)站一天內(nèi)單項(xiàng)車流量(含上、 下站口和過(guò)路車輛)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得出規(guī)律，便于做車流量預(yù)報(bào);利用各收費(fèi)站八日單向 車流量(含上、下站口和過(guò)路車輛，取單向最大值)對(duì)車流量分指標(biāo)進(jìn)行賦值，車流量在2萬(wàn) 輛W上的賦值為3，車流量在0.5-2萬(wàn)輛之間的賦值為2，車流量小于0.5萬(wàn)輛的賦值為1。
[004引 笛六擊.刑田W下公立；
[0049]
[0050] 對(duì)上述四個(gè)分指標(biāo)(P、Tj、D、N)進(jìn)行無(wú)量綱化處理，maxi《i《n{xi}對(duì)于各分指標(biāo)取最 大等級(jí)對(duì)應(yīng)的數(shù)值或取最大值，即霧的強(qiáng)度分指標(biāo)P取5,霧的持續(xù)時(shí)間分指標(biāo)L取24h，路 網(wǎng)密度分指標(biāo)D取3，單向車流量分指標(biāo)N取3。
[0051 ]第屯步，確定權(quán)重系數(shù)：
[0052] 1、確定霧的持續(xù)時(shí)間分指標(biāo)L中的權(quán)重系數(shù)ti，根據(jù)ti對(duì)該分指標(biāo)的貢獻(xiàn)，建立如
下矩r
[0053:
[0化4] 計(jì)算得出該矩陣的最大特征值為3.0649;特征向量為0.6491，0.2790，0.0719; - 致性指標(biāo)為0.0324，平均隨機(jī)一致性指標(biāo)取0.58，計(jì)算得出一致性比例為0.0559<0.1，因此 =個(gè)特征向量可W作為ti的權(quán)重系數(shù)。
[0055] 2、霧災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)報(bào)模型的權(quán)重系數(shù)p、t、d、n，針對(duì)四個(gè)分指標(biāo)對(duì)霧災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的貢 獻(xiàn)，建立如下矩陣：
[0化6]
[0057]計(jì)算得出該矩陣的最大特征值為4.2272;特征向量為0.5255,0.3128,0.1000， 0.0617; -致性指標(biāo)為0.0757，平均隨機(jī)一致性指標(biāo)取0.9，計(jì)算得出一致性比例為0.0848< 0.1，因此四個(gè)特征向量可W作為模型四個(gè)分指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)。
[005引第八步，根據(jù)第一步確定的霧災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)報(bào)模型，計(jì)算出河北省各高速公路收費(fèi)站 的霧災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，并繪制成圖表(見圖1)，河北省全省37條高速公路沿線345個(gè)收費(fèi)站的霧 災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)指數(shù)在0-0.7之間。
[0059]第九步，劃分霧災(zāi)風(fēng)險(xiǎn):利用標(biāo)準(zhǔn)差分類法，W霧災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)報(bào)指數(shù)的平均值n和標(biāo) 準(zhǔn)差111為依據(jù)，當(dāng)1?<]1-1]1，]1-1]1《1?<]1，]1《1?<]1+1]1，1?>]1+1]1時(shí)，高速公路霧災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)報(bào)等級(jí)分 別對(duì)應(yīng)I級(jí)、2級(jí)、3級(jí)、4級(jí)；
[0060]
[DD61」 呆下巧，化化母巧同化公蹄合/ r ^1義巧化TT異巧m的務(wù)火W陶TJM化巧雙寺級(jí)，5會(huì)制 霧災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)預(yù)報(bào)圖（見圖2)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種高速公路霧災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)預(yù)報(bào)技術(shù)實(shí)現(xiàn)方法，其特征是，包括以下步驟： ① 、設(shè)定霧災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)報(bào)模型為：其中，R為霧災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)指數(shù)，P代表霧的強(qiáng)度分指標(biāo)(這里用能見度最小值Vmin表示），τ 代表霧的持續(xù)時(shí)間分指標(biāo)，D代表路網(wǎng)密度分指標(biāo)，Ν代表單項(xiàng)車流量分指標(biāo);p、t、d、n分別 為各分指標(biāo)對(duì)應(yīng)的權(quán)重系數(shù)； ② 、按下式確定霧的強(qiáng)度分指標(biāo)P:其中，Vmin為能見度最小值； ③ 、確定霧的持續(xù)時(shí)間分指標(biāo)為高速公路每個(gè)收費(fèi)站匹配霧的持續(xù)時(shí)間預(yù)報(bào)，以小 時(shí)為單位，能見度彡50m的持續(xù)時(shí)間記為T!，50m〈能見度彡200m的持續(xù)時(shí)間記為T 2，200m〈能 見度<500m的持續(xù)時(shí)間記為T3;tj分別表示它們的權(quán)重系數(shù)； ④ 、按下式確定路網(wǎng)密度分指標(biāo)D:其中，P為路網(wǎng)密度值，單位為km/km2; ⑤ 、按下式確定單項(xiàng)車流量分指標(biāo)N:其中，1為高速公路某收費(fèi)站預(yù)報(bào)時(shí)段內(nèi)單項(xiàng)車流量(含上、下站口和過(guò)路車輛），單位 為萬(wàn)輛； ⑥ 、各分指標(biāo)按下式進(jìn)行無(wú)量綱化處理后參與計(jì)算： ⑦ 、霧災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)報(bào)等級(jí)指數(shù)計(jì)IfT關(guān)乂里 亦:mmjfl用疋： 對(duì)因子進(jìn)行兩兩比較建立成對(duì)比較矩陣，即每次取兩個(gè)因子，以表示xdPxWi 某個(gè)指標(biāo)Z的影響大小之比，引用數(shù)字1-9及其倒數(shù)作為影響程度的標(biāo)度：建立如下矩陣：計(jì)算矩陣A的最大特征值和特征向量，通過(guò)一致性檢驗(yàn)，作為最終的權(quán)重系數(shù)； ⑧ 、霧災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)報(bào)等級(jí)劃分： 通過(guò)霧災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)報(bào)模型計(jì)算出R的數(shù)值序列，采用標(biāo)準(zhǔn)差分類法，以霧災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)報(bào)指數(shù) 的平均值η和標(biāo)準(zhǔn)差m為依據(jù)，將霧災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)報(bào)指數(shù)分為以下四個(gè)等級(jí)： 當(dāng)R<n-m時(shí)，高速公路霧災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)報(bào)等級(jí)為1級(jí)； 當(dāng)n-m彡R<n時(shí)，高速公路霧災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)報(bào)等級(jí)為2級(jí)； 當(dāng)η彡R<n+m時(shí)，高速公路霧災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)報(bào)等級(jí)為3級(jí)； 當(dāng)R>n+m時(shí)，高速公路霧災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)報(bào)等級(jí)為4級(jí)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速公路霧災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)預(yù)報(bào)技術(shù)實(shí)現(xiàn)方法，其特征是，還包括 以下步驟： ⑨ 、根據(jù)每條高速公路計(jì)算得出的霧災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)報(bào)指數(shù)等級(jí)，繪制實(shí)時(shí)的霧災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí) 預(yù)報(bào)圖。
【文檔編號(hào)】G06Q50/26GK105956986SQ201610541921
【公開日】2016年9月21日
【申請(qǐng)日】2016年7月11日
【發(fā)明人】曲曉黎, 張娣, 郭蕊, 趙增保, 武輝芹, 范俊紅, 張成偉
【申請(qǐng)人】河北省氣象服務(wù)中心