基于Logistic回归和神经网络的甘肃省道路结冰预警模型研究

为更好地开展公路交通道路结冰预报预警服务工作,利用甘肃省道路结冰高发区路段（甘肃武威以东）的交通气象站逐小时观测资料,分析道路结冰空间分布特征,探讨道路结冰与气象要素的相关性,采用Logistic回归法和神经网络算法构建道路结冰预警模型。结果表明：甘肃省道路结冰主要集中在冬季（12月至次年2月）,其中00:00—10:00和22:00—23:00（北京时）出现道路结冰的频率较高。Logistic回归模型和神经网络模型对未发生结冰事件的预测准确率较高,分别为91.9%和96.2%;针对发生结冰事件,Logistic回归模型的预测准确率较低,为31.6%,而神经网络模型的预测准确率可达44.6%,说明2种模型对道路结冰预警有一定指示意义,神经网络模型预测效果优于Logistic回归模型。     

陕西省高速公路路面温度特征及预报模型

利用2013年8月至2017年12月陕西高速公路交通气象站的路面温度、气温、相对湿度、风速等资料和全球大气再分析资料云量数据,分析四季不同天空状况下路面温度的分布特征,研究路面温度与气象因子的关系,建立多元回归方程。结果表明:四季路面温度有明显的日变化规律,雪后,00:00—08:00为路面结冰较易发生时段;气温是影响路面温度变化的最重要因子之一;对比路面温度实测值与预报值,回归模型对冬季路面最低温度的拟合效果较优,相关系数在0.94以上,标准差小于1,误差在±2℃的频率为98%。此外,模型对路面0℃低温预报水平较高。     

利用Logistic回归方法的高速桥（路）面结冰风险等级预警模型

为提升湖北省高速公路交通气象预报服务能力,丰富高速公路沿线桥、路面结冰预警预报产品,开展特色专业气象服务,利用武英高速凤凰关交通气象站2009—2011年3年冬季桥、路面温度观测数据,基于Logistic回归模型解析了桥、路面结冰温度条件频率随环境气温的变化规律,建立了道路结冰温度条件风险概率模型,并由此构建了武英高速桥(路)面结冰风险等级预警模型,得到以下结论。武英高速公路桥面先于路面结冰的临界环境气温存在2℃差效应,桥(路)面结冰温度条件的低、中、高风险频率对应环境气温3基点为1℃(-1℃)、-0.6℃(-2.7℃)、-2.2℃(-4.4℃)。环境气温降低到0.3~-1.6℃(-1.7~-3.8℃)是武英高速桥(路)面结冰频率变化的快增期,-0.6℃(-2.7℃)左右是桥(路)面结冰频率变化最敏感基点。研究以等级形式发布武英高速公路桥、路面结冰风险预警产品,用户可根据条件主动选择防范或规避风险。     

河北省高速公路路面温度变化特征及预报模型

利用2010年1月至2011年12月邯长、京秦高速公路涉县、玉田南北2监测站和所在气象站观测资料,统计分析南北2站路面温度与气温的日变化特征及路面最高温度与气象因子的关系,基于多元回归分析方法建立逐月路面温度预报方程,并进行精度检验。结果表明,路面温度的日变化不但与季节、天空状况有关,还与地理位置密切相关。路面最高温度受多种气象因子的影响,与前一日路面最高温度、最高气温、能见度呈显著正相关,与总云量、低云量、相对湿度呈显著负相关,其中与最高气温的相关性最显著;路面最低温度与最低气温呈显著线性相关。基于路面最高温度预报方程的检验精度,玉田站年平均为77.5%,涉县为79.2%,可为今后路面最高温度预报提供参考。     

河北省高速公路路面结冰风险区划研究

基于河北省2011—2015年10月至第二年4月国家气象站数据、交通气象站数据、路面结冰风险普查数据、因路面结冰造成的交通管制和交通事故数据、车流量数据以及地理信息等数据,从致灾因子危险性、孕灾环境脆弱性和承载体敏感性构建了高速公路路面结冰风险区划评价指标,利用层次分析法和GIS技术制定了河北省高速公路路面结冰风险区划。结果表明：河北省北部及邯郸西部山区高速公路为路面结冰高风险路段;张家口东部、承德南部、保定西部和石家庄西部山区和河北省东南部地区部分高速公路为路面结冰较高风险路段;京秦高速迁西支线、京昆、津汕、黄石、邢衡等高速部分路段为路面结冰低风险路段。     

基于C4.5决策树算法的道路结冰预报模型构建及应用

道路结冰是气象上规定的主要灾害性天气之一,准确认识道路结冰发生规律并科学有效地预报是防灾减灾的关键问题。以影响道路结冰的日积雪深度、日最低气温、日降水量等气象要素为主要因子,将是否结冰抽象成二元分类问题,借助数据挖掘中C4.5决策树算法进行分类分析,得到便于预报员使用的预报道路结冰规则集。在实验部分,选取2004—2013年连云港和嘉定为例,用前8 a的连云港(嘉定)地区道路结冰数据样本进行分类规则的学习,从而得到适合连云港(嘉定)地区的4(3)条预报道路结冰规则集,然后用剩下2 a的数据进行检验,准确率高达96.82%(94.87%)。实验表明采用C4.5决策树算法构建的道路结冰预报模型不仅预报准确率高、易解释、方便预报员直接使用,而且预报规则与道路结冰现象的天气过程及理论一致。     

三种下垫面温度对比观测及结冰气象条件分析

利用湖北省恩施和金沙两地2009年冬季1、2月土壤、水泥、沥青三种不同下垫面温度和自动气象站的常规气象要素观测,研究冬季三种不同下垫面温度与气温等气象要素之间的关系,建立相应的多元回归拟合公式,并分析路面结冰的气象条件.结果表明:水泥和土壤路面温度变化幅度小于沥青路面温度,且二者变化趋势非常一致.气温是影响路面温度变化...     

高速公路路面温度极值预报模型研究

应用地表热量平衡方程,在太阳短波辐射、大气和地面长波辐射、感热和潜热等参数化方案的基础上,提出一种用于预报高速公路路面温度极值的数值模型.并利用沪宁高速公路梅村站和仙人山站2006年7月8日-12月31日的逐分钟的各要素实测数据对模型的有效性进行验证,结果表明:模型的平均绝对误差为1.32 ℃,预报误差在±3 ℃以内的频率高达85.23%,且对冬季路面温度低于0 ℃时的预报误差基本在-1～0 ℃,可以运用于冬季高速公路路面溜滑的实际预报中.     

三种统计预报模型在江苏省道路低温预警中的应用

为了更好地开展道路交通低温灾害的预警,减轻道路结冰给车辆行驶造成的危害,本文利用2012—2016年江苏省高速公路网AWMS系统交通气象观测数据,在对路面低温发生规律进行分析的基础上,结合多元线性回归、朴素贝叶斯以及支持向量机3种统计预报方法,开展了路面低温预警的统计建模与预报试验。结果表明:(1)江苏全省高速公路网路面温度出现0℃以下、-2℃以下、-5℃以下的低温频率均呈"北高南低"分布。(2)全省高速公路网路面温度出现0℃以下的低温时次大多在15:00到次日06:00之间。(3)在对京沪高速M9308站的单站建模与预报试验中发现,路面低温预报因子组合中以13:00气温、13:00—18:00气温变温、13:00路面温度、13:00—18:00路面变温、13:00路基温度、13:00—18:00路基变温、18:00相对湿度和18:00风速U分量为自变量组合的预报方程效果最好,3种方法中以朴素贝叶斯模型的预报准确率最高;(4)就全省高速公路网而言,3种统计预报模型的路面低温预报准确率均超过75%,通过对全路网路面低温预报的试验结果对比发现,多元线性回归方法对江苏省北部路网的预报效果最好,预报准确率大多在85%以上;而支持向量机模型对江苏省南部路网的预报效果最好,大部分站点的低温预报准确率达95%以上。     

北京地区高速公路道面结冰特征及气象条件

通过对2007—2010年北京市气象局交通气象监测站所采集的数据进行分析,研究了北京市高速公路道面结冰特征及气象条件。结果表明:北京市的道面结冰主要出现在西北部和城市环线高速公路;结冰次数年际变化显著,且同降水和气温之间关系密切。除此之外,北京地区高速公路内、外车道的结冰时刻均存在显著日变化,80%以上的结冰事件发生在20:00(北京时,下同) 到08:00之间,又以发生在后半夜为主,且前半夜结冰的持续时间明显长于后半夜。发生降雪结冰的气象条件:道面温度和气温均低于0℃,且道面温度略高于气温,环境风速较小,一般低于4 m·s-1。     

沪宁高速公路路面温度变化特征及统计模型

使用2006年7月-2007年6月沪宁高速公路沿线梅村和仙人山站附近的逐分钟路面温度、气温、湿度、风向、风速、降水气象资料, 分析了梅村和仙人山不同季节和不同天气状况下路面温度的日变化特征。结果表明:不同季节路面温度和气温具有明显的日变化;日出至日落时段,路面温度与气温有较大差异。在此基础上,应用逐步回归方法建立了梅村和仙人山最高和最低路面温度统计模型, 得出最低路面温度模型模拟结果与实况的变化趋势接近,误差绝对值不超过2℃, 具有很好的实际应用价值; 而最高路面温度模型在一定程度上模拟结果偏差较大,实际应用中需进行适当修订。     

银川城市道路路面温度变化特征及统计模型

采用人工定点观测路面温度资料,分析了不同天空状况和不同材质道路的路面温度日变化特征。结果表明：路面温度具有明显的日变化特征,晴空或少云时,日出和日落时段路面温度略高于气温,中午前后路面温度变幅最大,且明显高于气温;阴雨天时,路面温度略高于气温,变化相对平缓且与气温保持较好的相关性。由于水泥和沥青不同的物理特征,沥青路面对气温的反应灵敏,水泥路面反应平缓,即水泥路面最高温度多低于沥青路面,最低温度多高于沥青路面。在此基础上应用逐步回归方法建立逐时路面温度预报模型和最高道面温度预报模型,并应用模型模拟的结果与实测路面温度作对比分析,结果表明逐时道面温度预报模型的模拟效果较好,最高道面温度预报模型误差较大,需要进一步修正和改进。     

浙江省高速公路路面温度预报模型性能检验及应用

基于地表能量守恒方程和陆面模式土壤温度计算模块,建立高速公路路面温度预报物理模型。利用2014年6月1日至2015年5月31日8个常规气象观测站和6个交通自动气象监测站逐小时观测资料对模型预报产品进行评估检验,结果表明:预报效果随提前量的减小而提高,常规站(交通站)提前1h和6h预报的平均绝对误差分别为1.64℃(1.82℃)和3.27℃和(3.69℃)。由模型对输入气象要素的敏感性分析得出:模型对2m气温最敏感,其次是相对湿度、总云量,且敏感性随着预报提前量的增加而增强。结合浙江省快速更新同化系统数值预报产品,建立浙江省高速公路路面温度预报系统,为全省提供逐12h更新、12h预报时效的逐小时高速公路路面温度精细化预报,系统提前1h和11h预报常规站(交通站)的平均绝对误差分别为2.81℃(3.23℃)和2.50℃和(2.93℃),系统对极端高(低)温预报具有较高的预报技巧。     

青海省道路结冰变化时空分布特征及其影响等级划分

利用2004—2012年10月至次年4月青海省主要公路沿线自动气象站逐时气象资料,分析了青海省道路结冰的时空分布特征,讨论了道路结冰与地面和气温之间的变化关系,以及积雪深度与地面最高温度的关系。分析表明,青海省道路结冰的空间分布为从东南向西北逐渐减少,结冰时间主要集中在1—4月。由于道路结冰主要取决于气温和积雪深度变化,而地面温度与气温,积雪深度与地面最高温度之间存在显著的线性相关关系,因此分别建立了地温和积雪深度预报模型,从而对道路结冰进行预警。根据道路结冰的持续时间,将道路结冰对交通安全影响程度划分为4个气象等级,分别为极严重、严重、较重和轻度道路结冰。     

陕西省电线积冰区划

采用华山气象站1980—2007年的电线积冰观测资料和陕西省95个气象观测站资料,分析了电线积冰厚度与常规气象资料的相关性,并据此推算出各地距地面10m高度上历年标准的电线积冰厚度,用极值Ⅰ型推断30和50年一遇的最大积冰厚度。结合陕西省电力设计院设计经验、陕西省电网运行现状及历史电网冰灾事故调查情况,对陕西省电网冰区进行了初步划分。结果表明:最大积冰厚度与年雾凇日数、年雨凇日数有较好相关性;将全省分为6个积冰区,并分别绘制出全省不同区域30和50年一遇的1:500000积冰分布图。该结果已作为陕西省电力建设中电线积冰厚度设计的重要依据。     

随机森林回归法在冬季路面温度预报中的应用

基于宁宿徐高速公路三个交通气象站2015—2018年冬季逐10 min实时观测资料,使用随机森林回归模型预报这三个站的未来1h冬季路面温度,分析了该模型在冬季路面温度预报中的可行性和适用性.研究结果表明:随机森林回归法可以被用来预报高速公路冬季路面温度,不同类型的交通气象站点的特征输入方案和参数调试标准存在差异;与简单...     

南四湖湖面大风预警系统的应用

为弥补采用传统预报方法漏报由中小尺度天气系统所产生的南四湖湖面大风的缺陷,充分利用南四湖周围加密自动气象观测站和常规地面自动气象观测站10 min加密观测资料,采用资料实时提取分析、绘制彩色等值线图、图像发布到网站、满足大风预设条件时声音报警等方法,实现了对南四湖周围大风分布进行实时监控,进一步提高湖面大风精细化预报预警准确率。试用表明,该系统人机界面好,移植性强,运行稳定,漏报率低,可在短时临近大风预警预报中发挥作用。