[發明專利]一種基于氣象大數據的區域道路結冰高精度監測預警系統

在審

• 申請號: 201910567666.8
• 申請日: 2019-06-27
• 公開（公告）號: CN110211325A
• 公開（公告）日: 2019-09-06
• 發明（設計）人: 隆巖;劉鋒;宋單;楊雄;王金鑫;林偉文;成研;董慶
• 申請（專利權）人: 上海同望信息技術有限公司;風云博維智能信息技術（無錫）有限公司
• 主分類號: G08B19/02
• 分類號: G08B19/02;G08B29/18
• 代理公司: 北京國坤專利代理事務所(普通合伙) 11491
• 代理人: 王峰剛

本發明公開了一種基于氣象大數據的區域道路結冰高精度監測預警系統，包括硬件運行環境搭建、實況數據收集與分析、中尺度數值預報工具非線性計算、氣溫集合預報結果線性校正、區域地表溫度反演以及區域道路結冰狀況預警。本發明的有益效果是：引入了氣象衛星的數據，擴大了氣象觀測數據的維度，參與數值預報模式的資料同化，間接提升了預報結果的精度；引入了數值模式集合預報，在對預報結果進行集合時，采用滑動訓練期，權重系數隨時間發生變化，提高了準確性；利用多種代表性站點，通過線性分析，探尋不同地理環境下氣溫、地表溫度、水汽的關系，再由點到面，提升了區域道路結冰狀況預測的準確性。

技術領域

本發明涉及一種監測預警系統，具體為一種基于氣象大數據的區域道路結冰高精度監測預警系統，屬于大氣探測和氣象預報技術領域。

背景技術

隨著社會經濟的發展和科技進步，交通運輸已成為國家經濟生產和人民社會生活的重要命脈，然而，交通運輸的各個環節都受到氣象條件的直接影響。據資料統計，我國公路上的交通事故中有50％、重特大交通事故中有71％、直接經濟損失中有65％的比例發生在因不良氣象條件產生的惡劣天氣中，在冬季和早春，道路結冰的影響尤為顯著。出現道路結冰時，由于車輪與路面摩擦作用大大減弱，容易打滑，剎不住車，造成交通事故。行人也容易滑倒，造成摔傷，現有的針對道路結冰的氣象服務，一是利用自動氣象站，進行道路結冰的監測，再以探測結果進行預警；二是利用氣象預報結果中的氣溫數據，估測可能發生的道路結冰。

然而對于現有的氣象服務，其一、目前的氣象觀測，多為單點觀測，無法對大區域內多種地理環境下的道路結冰狀況進行監測，其二、地表溫度與氣溫雖然存在較好的相關關系，但兩者的相關性受多種因素的影響。地表溫度的變化受到地物性質、干濕狀況等影響，而氣溫受周邊環境的影響。因此，僅用氣溫的預報數據，無法較準確地預測道路結冰情況，其三、道路結冰除了與地表溫度相關外，還與水汽含量有關，即使沒有發生降水，也有可能發生結冰現象，自動氣象站無法實現大區域的水汽含量總體監測。

發明內容

本發明的目的就在于為了解決上述問題而提供一種基于氣象大數據的區域道路結冰高精度監測預警系統。

本發明通過以下技術方案來實現上述目的：一種基于氣象大數據的區域道路結冰高精度監測預警系統，包括以下步驟：

步驟1、硬件運行環境搭建，通過基于Infiniband的超高速網絡的服務器集群技術，完成并行運算，并解決數據交互存儲的帶寬和容量問題，用以滿足進行氣象資料數據處理所需要的大量密集運算；

步驟2、實況數據收集、分析，通過自動氣象站，獲取實時的干球溫度(氣溫)、地表溫度、道路結冰、相對溫度、風速、降水、蒸發量、輻射通量、能見度等氣象要素；

其中，每個站點代表一種道路所在區域類別，包括山區的陰面或陽面、江河湖海附近、平原等。

步驟3、中尺度數值預報工具(WRF)非線性計算，將上述氣象觀測資料與歐洲中期氣象預報中心(ECMWF)的EC數值預報模式、美國國家環境預報中心(NECP)的GFS數值預報模式初始場、邊界場的數據導入數據池，然后通過運用三維變分算法(3D-Var)進行資料同化；

假定氣象變量的觀測值為O，且該變量的背景值(如平均值、數值模式的預報值等)為F，方差為σ_O和σ_F，于是得到一個加權平均值：

上述A其實是下面價函數J(S)的極小值：