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目录一、总则 11.1编制目的 11.2编制依据 11.3适用范围 11.4公路交通气象观测站网规划 21.5公路交通气象观测站网建设 21.6公路交通气象观测站网运行 21.6.1合作模式 21.6.2运维机制 31.6.3信息交互共享 3二、观测项目设置 32.1能见度观测 42.2路面气象条件观测 42.2.1路温 42.2.2路面状况 52.2.3冰点温度 52.2.4融雪剂浓度 52.3气象环境观测 52.3.1气温 52.3.2相对湿度 62.3.3风速风向 62.3.4降水 62.3.5天气现象 72.4视频实景观测 72.5传感器选型及技术要求 8三、观测站技术要求 93.1观测站结构 93.1.1结构组成 93.1.2结构要求 103.2观测站功能 103.3数据采集与处理 113.4通信方式 123.5供电方式 133.5.1供电方式选择 133.5.2蓄电池及充放电控制装置 133.6电气安全性要求 143.6.1绝缘电阻 143.6.2接地电阻 143.6.3介电强度 153.6.4电源适应性 153.7环境适应性要求 153.7.1气候条件 153.7.2生物条件 153.7.3化学活性物质 163.7.4机械条件 16四、观测站点布设与安装 164.1站点分类 164.1.1局地站 174.1.2普通站 174.2站点布局要求 184.2.1局地站 184.2.2普通站 204.3站点选址原则 204.4安装要求 224.4.1设备安装要求 224.4.2基础平台安装要求 224.5传感器布局 24五、观测站网运行与监控 255.1观测站网监控功能要求 255.2数据格式与传输 265.3数据质量控制 265.3.1采集处理部分 265.3.2通信传输部分 265.3.3监控管理部分 27六、安装质量与运行维护 286.1产品及安装质量 286.2运行维护 286.3核查及校准 286.4试验室检定 29附录：数据格式规定 301.文件名 302.文件内容 303.数据记录单位和特殊说明 324.中心站上传数据格式 32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》《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》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/s0.1m/s±(0.5+0.03V)m/s风向0～360°3°±5°降水0～4mm/min0.1mm±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。（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（115%），频率：50Hz2Hz。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、海岛或其他湿度大、盐度高环境中的公路气象观测站点，应进行不少于48小时的盐雾试验，确保其具有足够的抗化学活性物质侵蚀的能力，在产品寿命期内不致因腐蚀而引起设备失效。其他试验条件符合有关行业或国家标准的要求。3.7.4机械条件气象观测站的机械条件要求主要针对机械振动指标，气象观测站经受的振动主要为汽车通过时所引起的振动，正弦扫频试验能很好的模拟这种随机振动。气象观测站机械振动指标应满足以下要求：正弦频率范围：2～200Hz；正弦稳态振动：振动幅值为位移1.5mm；扫频循环数：20次；非稳态振动（冲击）：峰值加速度40m/s2；气象观测站设备应在水平和垂直两个方向的轴线上依次经受上述指标的振动试验，合格后方可安装使用。四、观测站点布设与安装4.1站点分类公路气象观测站根据气象代表性和服务功能定位可分为局地站和普通站。局地站代表的是较短路段、特殊地形地物处或桥梁结构物的特定交通天气状况，如低能见度大雾频发路段、易结冰桥梁、易发生水淹水毁路段等。普通站代表的是较大范围或较长路段的一般天气状况。局地站与普通站在选址与传感器配置方面存在较大的差异。局地站配置的气象要素观测项目主要针对局地恶劣天气频发且严重影响交通的气象条件。普通站尽可能选取在相对开阔无遮挡的地方，配置的气象要素观测项目相对较全。4.1.1局地站局地站的布设主要是为满足特殊公路点段的气象信息需求，重点实现对部分点段上频繁出现的、且严重威胁行车安全的恶劣天气条件与路面状况的监测预警。局地站传感器的配置主要取决于局地点段的特定观测需求。例如，在路面易结冰、结霜、积雪致使车辆打滑的路段，气象站应配置路面传感器，为提高路面温度的预测精度，可增加配置温湿度传感器以及路温传感器。在低能见度的地方，气象站应配置能见度仪，为更好地监视和预见能见度的变化，可增加配置温湿度以及风速与风向传感器。局地站的布设主要针对以下情况：（1）路面结冰、结霜造成车辆打滑的地方，或是积雪严重的地方；（2）附近存在大的水体（河流、池塘、沼泽、水库或河道网）易产生大量水汽而导致低能见度的地方；（3）出现影响行车安全的强风（特别是强横风）的地方，如大型跨河、跨海桥梁或公路位于沿着狭窄山谷或山岭的路段；（4）地势低洼可能受到水淹的路段。4.1.2普通站普通站的布设主要是为满足路线、路网层次的气象信息需求，起到加密和补充气象观测网的作用，支持公路及其沿线天气状况的监测与预报，有利于提高天气预报的准确性和精细程度，特别是对于开展公路沿线的精细化预报具有重要意义。普通站的观测要素一般包括温度、相对湿度、风速、风向、降水。有时根据需要增加其他传感器，如在雾多发区域，普通站应配置能见度仪或天气现象传感器；在冬季路面结冰严重区域，应配置路面传感器。为保证普通站具有代表性，普通站应布设在公路沿线气象条件一致性较好的范围内，以降低局地（小范围）天气的影响以及来自于外部条件的非气象因素的影响，如局地热源、水汽源头、风的遮挡与屏蔽。普通站应布设在相对平坦的开阔地带，位于主导风向的上风侧。4.2站点布局要求公路气象站应优先考虑布设在恶劣气象条件频发且对路网通行和安全影响严重的路段，也可根据公路气象预报预警与公众信息服务等需要，在恶劣气象条件频发路段以外布设。公路气象站的布局应与交通运输部发布的《公路网运行监测与服务暂行技术要求》中有关原则和要求协调一致。公路气象站应优先建设局地站，满足局部受恶劣天气影响严重路段的代表性恶劣交通气象条件的监测和预警需求，满足国家级路网监测点气象监测设施布设要求；在局地站建设的基础上，结合公路交通气象服务拓展与提升需求，结合公路交通气象预报预警及决策支持技术发展，完善普通站的建设，逐步满足省级路网监测点气象监测设施布设要求。本技术要求给出公路气象站点布局要求，如无特别说明，针对的是在高速公路和国省干线公路（指技术等级为二级或一级的国道和省道）上恶劣气象条件频发路段范围内建设局地站或普通站。高速公路恶劣气象条件频发路段，需满足以下条件之一。国省干线公路参照高速公路气象条件恶劣路段的判别原则，并可适当提高标准：（1）年平均因低能见度导致被封闭次数达到6次（含）以上的路段，或小于200m的雾日数达到8天（含）以上的路段；（2）年平均有20天（含）以上出现8级以上的大风的路段；（3）年平均有7天（含）以上出现严重路面结冰的路段；（4）三年内因恶劣气象条件发生2起（含）以上重特大公路事件的路段；（5）三年内因恶劣气象条件发生2起（含）以上公路基础设施严重水毁的路段。由于观测目的不同，局地站和普通站的布局要求也有所不同，下面分别给出局地站和普通站的布局建议。4.2.1局地站根据观测项目的不同，局地站主要有以下3种类型，具体布设建议如下：（1）能见度观测局地站。能见度观测局地站应安装在低能见度出现频率较高，且对行车安全产生严重影响的路段。低能见度主要出现在大量存在水汽、烟气或灰尘的局部地区，或山谷、地势低洼容易滞留含有水汽的冷空气的地方。水汽或固体悬浮颗粒可能是人造的，例如来自电站、废水处理厂、采矿区、裸露松动土壤的土地、车辆，也可能来自自然界，如河流或池沼、沙地或沙漠地区、风吹雪。局地站应配置能见度仪或天气现象传感器，为了更好地监视和预测雾的发生和消散过程，可增加配置温湿度和风传感器。①对于季节性浓雾多发地区，局地站按15～20km间距布设；②对于浓雾多发的山区和水网地区，局地站按平均不大于10km间距布设。（2）路面观测局地站。路面观测局地站应安装在易出现打滑路面状况影响行车安全的地方，尤其是冬季路面结霜、结冰的地方。气象站布设的典型位置包括：低洼路段、高海拔路段、背阴路段、大型桥梁，或其他容易出现黑冰、结霜、吹雪、冰冻的地方。局地站应配置路面传感器，路面传感器应具备路温和路面状况观测功能，在路面结霜对公路运行影响严重的地区，可考虑在接近路面高度的位置增加配置温湿度传感器以加强对路面结霜的监测。①对于长度小于15km的易出现低温冰冻湿滑路面状况的路段，可在该路段适合位置布设1～2处局地站；对于长度大于15km的路段，局地站按平均不大于15km间距布设；②对于个别易于出现结冰的桥梁，视具体情况，可单独布设局地站。（3）大风观测局地站。大风观测局地站应安装在大风对行车安全影响严重的地方。3～5m高度处的六级以上横风将会对车辆的稳定性产生影响，对车体高、侧面受风面积大的大型（如集装箱、大巴等）车辆影响更显著。大风、强的阵风通常出现在桥梁，山谷的风口、没有树木或建筑物遮挡的开阔地带、或是山脊等处。设置风传感器时需注意不要使其离车道过近，也不要布置在背风的位置，如桥梁、标志、树木或建筑物的下风侧。在由山谷地形条件形成的风道处，应考虑将风传感器安装在风进口或（和）出口的位置，这些位置会出现风剪效应。局地站应配置风速风向传感器。①以大风观测为主的局地站应布设在7级以上阵风多发、且对行车安全影响严重的个别地点或风区路段；②对于长度小于15km的风区路段，可在该路段适合位置布设1～2处局地站，宜选择在风区两侧开始位置附近；对于长度大于15km的路段，局地站按平均不大于15km的间距布设。4.2.2普通站普通站应设置在最具代表性的地方，其在公路沿线的布设间距主要取决于地形条件和气象条件的均一性或相似性。普通站的布设建议如下：（1）对于平原或微丘地区，在公路沿线按30～50km间距布设。（2）对于山岭或重丘等地形较为复杂的地区，应充分考虑海拔高度、地形、地貌对气象的影响，在公路沿线按20～40km间距布设。（3）对于我国西部地广人稀且地形与气象条件变化不频繁，或是以沙尘暴和大风为主要交通高影响天气的（半）干旱、沙漠等地区，普通站的布设可采用50km以上的设置间距。（4）在路网相对密集地区，普通站的布设需要对区域公路网沿线的气象站进行统筹考虑。4.3站点选址原则公路交通气象观测站的安装地点应基于观测需求选择最具代表性的位置，公路沿线及周边区域的地形、地物、路权限界、交通流、影响局地小气候的因素（人为造成的大的烟尘排放源、大型建筑物群、城市热岛效应）等将影响传感器的有效性，此外，供电方式、通信方式、景观、维护方便性与维护人员的安全、防盗防破坏等因素也是气象站布设的影响因素。因此，在选择布设位置时，经常要对多种因素进行权衡。（1）气象站布设位置应具有代表性。使观测结果最能够反映所关注地区或路段的实际情况，这是选择合理布设位置所遵循的最基本原则。为使气象站布设位置更具代表性，要尽可能减小非天气因素的影响：气象站不要紧邻建筑物、路侧的广告牌、高大林木；不受烟火源及强光源的直射光、反射光的影响等，注意公路照明设施可能带来的影响。除非有特殊需求，气象站应尽量避开公路的高海拔路段、桥梁路段、公路沿线存在大的水体或烟尘排放源的位置、或局部地形与周边地形差别特别显著的地方。（2）气象站布设位置应防止外界因素对其本身造成损坏。防止处于低洼地势的传感器受到水淹；尽量避开不良地质条件的路段，如易出现塌方、滑坡、泥石流、雪崩的位置；在降雪量大的地区，应尽可能减小冬季养护除雪作业对传感器造成的损坏；距离行车道较近时，应设置护栏，防止意外车辆撞到气象站；在个别地区也应考虑防止设施遭受人为破坏和偷盗情况，可采取设置防护栅栏、安装监控摄像机等措施。（3）气象站布设位置应考虑供电要求。应优先选择常规市电供电方式，以确保供电稳定，且不受气象站传感器功耗的制约，在不失气象站代表性的前提下，可优先考虑收费站、服务区、或其他可方便取电的地点，如可变情报板、监控摄像机等机电监控设备附近。无法采用市电供电的，或因铺设电缆成本太高的气象站可考虑太阳能供电，但需要结合当地太阳辐射、现场采光、气象站设备功耗、恶劣气象条件等多方面因素进行综合分析。（4）气象站布设位置应考虑通信要求。应优先选择有线通信方式，实现外场观测数据到管理中心的稳定传输。采用有线通信方式时，在不失气象站代表性的前提下，应充分考虑公路沿线通信基础设施接入点的分布和通道带宽，以降低综合接入成本。对于不便于采用有线通信方式的气象站，可考虑GPRS/CDMA/3G等无线通信方式，但需要对现场的网络覆盖和信号质量进行评估。（5）气象站布设位置应考虑布设地点的季节特点。不同的地区在夏季与冬季，气温、降水、风速风向可能会有很大的差异。如果关注的是路面状况，尤其是冬季出现结冰、积雪的路段会给道路的畅通和安全带来极大隐患时，需要考虑冬季降雪的特点和养护作业的执行情况；如果需要特别考虑雨季路面积水或公路水毁时，布设位置应结合降水特点、路面排水、沿线地形、水系等因素。 （6）气象站布设位置应考虑维护的便利性和可达性。气象站不宜布设在陡坡、临近沟壑或其他不便于维护人员到达的地方，气象站距离公路过近或过远都会给维护工作带来不利影响，距离越近越能够代表观测道路的实际状况，但过往车辆可能威胁到维护人员的人身安全；距离太远会影响观测的代表性。（7）气象站的布设位置应考虑其布设间距。根据公路沿线气象灾害的发生规律和分布特点，从满足公路交通气象观测预报预警服务需求出发，使气象站达到适合的布设间距，具体可参见上述站点布局要求。（8）气象站的布设位置应考虑公路或气象部门因特殊需要而提出的安装地点。4.4安装要求4.4.1设备安装要求气象站的安装过程严格按照气象站产品的有关说明书执行，同时应注意部分设备单元的特殊性要求，主要包括以下几点：（1）前向散射式能见度仪的安装具有方向性要求，应避免其传感器朝向强光源（如太阳光）或强的反射面（如积雪）等。（2）当气象站安装在公路沿线的路基上时，应考虑车辆行驶产生的震动对部分对震动敏感设备（如能见度仪）的影响，必要时应在主立杆底座采取防震措施。（3）安装在公路上的路温及路面状况传感器，应考虑行驶车辆在传感器上行驶碾压所造成的破坏作用，需对传感器及线缆采取加强保护措施。4.4.2基础平台安装要求公路气象站设备应安装在基础平台上。基础平台为钢筋混凝土构筑物，平台的填埋深度视立柱和安装设备的大小、重量、迎风面积，以及当地的地质和土壤条件经结构稳定设计而定，以牢固为原则。（1）基础平台的平面尺寸通常为1000mm×2500mm，用于安装观测站主杆和翻斗式雨量计（即雨量筒）。雨量筒安装位置（B点）应尽量远离气象站主杆安装底座位置（A点），要求AB点间距不小于2m，如图4-1所示。如不安装雨量筒，基础平台的平面尺寸可减少为1000mm×1500mm。（2）基础平台的主立杆安装中心（A点）预装一根AC220V电源线，外留长度＞2m。A点预留地脚螺栓，确保地脚螺栓与基础防雷接地体互相连接。（3）如安装雨量筒，基础平台上的雨量桶安装中心（B点）与A点预埋穿线管（20mm），用于雨量采集信号线；B点预留地脚螺栓，确保地脚螺栓与基础防雷接地体互相连接。（4）基础平台应预留用于路温、路面状况等传感器安装时的电源线和信号线的穿线管，并引至主立杆安装中心（A点）。（5）基础中建有防雷接地系统，防雷接地体使用的主钢筋与钢筋笼相连接。为防止基础防雷接地体达不到防雷规范要求，应预留防雷接地使用的接口，便于外接其它接地装置。防雷接地系统要达到国家防雷规范标准的要求。（6）基础平台表面应刮平，无损边、无掉角；机箱、立柱、法兰及地脚螺栓规格符合设计要求，防腐措施得当，裸露金属无锈蚀。平台应具有泛水处理功能。（7）结合交通、路侧地形、路侧防护设施设置等情况，分析车辆碰撞公路气象站的可能性，视情况采取设置护栏，或提高防护强度等必要的防护措施。图4-1公路交通气象观测站安装基础平台尺寸示意图4.5传感器布局为尽可能减小各个传感器之间的相互干扰，同时有效减少行驶车辆、绿化、路侧其它设备等对传感器的影响，须合理设计传感器的安装高度和布局。除降水传感器、路温、路面传感器(埋入式)等需要安装在基础平台或路面上，其它各个传感器应安装在支架上，布局要求如下：公路交通气象观测站外廓距离公路外侧行车道边缘应不小于3m（包括应急车道），不大于50m，观测站基础平台与高速公路处于同一水平高度。能见度传感器：安装高度为（3.0±0.2）m，以前向散射式能见度仪取样点为基准。空气温度、湿度传感器：安装高度为（3.0±0.2）m，传感器安装在防辐射罩内。风速、风向传感器：安装高度为（3.5±0.2）m。雨量传感器：安装在基础平台上，与公路交通气象观测站主立杆相距不小于2.0m，并确保行驶车辆在雨天不会将路面上的积水溅到雨量传感器承水器内；雨量传感器的承水口水平，承水口以观测站基础平面为基准高度为0.70m。埋入式路面（路温）传感器：安装在行车道内靠近车辙的位置，以使路面温度与状态的观测更具代表性，无法在行车道内安装的，可选择安装在硬路肩或应急停车带上的适合位置。传感器的安装应避开车辙、低洼，以及排水位置，以避免积水对观测数据的影响。埋入式路面传感器安装后其上表面应与路面齐平。非接触式路面传感器：安装时要确保其观测点对准行车道内靠近车辙的位置，或符合厂家安装使用的特殊要求。若采用路面传感器(非接触式)、多要素组合传感器、天气现象传感器等，根据各类传感器的安装要求，在公路交通气象观测站支架上或使用独立支架进行安装。五、观测站网运行与监控5.1观测站网监控功能要求公路交通气象观测站网的监控管理主要是通过监控管理中心的专用软件实现的，监控管理中心软件的主要功能要求如下：(1)设置数据上传时间间隔：可向一个或多个公路交通气象观测站下达指令，将其设置成按照特定时间间隔（常规设置1分钟，可选择设置10分钟）自动上传公路交通气象观测站最新的逐分钟观测数据。(2)遗漏资料补传：可补传公路交通气象观测站中存储的历史观测数据。(3)观测要素开关设置：可打开或关闭公路交通气象观测站的某一观测要素的传感器，使得公路交通气象观测站组织上传数据和监控管理中心数据存储得以高效进行。(4)日期和时钟校准：分布在公路沿线的各个公路交通气象观测站，必须保证时钟的同步，可由监控中心下达指令，对观测站的日期和时间进行设置和校准，并反馈和验证校准信息。(5)报警功能：对接收到的异常数据提供报警功能，例如：缺测、观测数据异常等。可接收观测站的实时安全报警信息，例如：供电中断、通信中断、蓄电池电压过低、机箱内温度等。各类报警参数的设置功能由监控管理员预置。(6)多种监控界面功能：监控管理软件需要提供多种类型的监控界面，以不同的界面形式反映公路交通气象观测站网的运行情况，监控界面可自动实时刷新。(7)提供公路交通气象观测站网维护保障工作平台功能。观测站在进行维护保障时，维护人员可通过此平台实现监控、查询、设置等功能。(8)提供数据库和共享信息(传输报文文件)支持功能。为公路交通气象数据质量控制提供基础支持，包括观测资料形成过程中涉及的所有有效记录(如数据文件、日志文件、观测站历史沿革记录等)，为建立观测站网资料数据库、公路公路交通气象信息共享过程中需要交换和传输的报文文件提供基础支撑。5.2数据格式与传输部门间共享数据和上传数据，可在参照附录中规定的公共数据段的基础上制定相应数据格式，但须符合附录给出的10个公共数据段及其数据项的相关约定。公路交通气象观测站向省级监控管理中心上传观测数据的时间间隔常规设置为1分钟，可选择设置为10分钟间隔。公路交通气象观测数据由省级监控管理中心上传至国家级公路交通气象观测数据信息管理部门的时间间隔可选择设置为1分钟、10分钟和20分钟等。5.3数据质量控制公路交通气象观测数据在采集、处理、存储、传输、数据文件存储或数据库入库、监控管理或业务软件调用等全过程中，都要对数据进行质量控制，主要环节为以下三个部分：5.3.1采集处理部分对采样瞬时值的质量控制，如超越界限值的检查和处理。采样瞬时值应在传感器的正常测量范围内。对气象要素逐分钟瞬时值的质量控制，如超越界限值的检查和处理。气象要素逐分钟瞬时值应在气象要素规定的最大量程范围内。对达不到质量控制要求的数据进行剔除，并记录特殊标记。未满足质量要求的数据不参加相关算法处理和统计。采样信号或气象要素瞬时值的界限值（上限/下限、有/无）等由传感器的测量范围来确定。5.3.2通信传输部分根据观测站与监控中心管理系统的通信协议，检查数据传输的编码格式、校验码是否一致。在通信协议或编码过程中，对数据的打包传输、接收解码、还原结果等进行一致性检查。5.3.3监控管理部分监控管理终端在接收数据时检查数据的正确性，正确判断数据对应的日期和时间，检查数据是否超越界限。系统判断异常的数据须经人工判断删除与否。根据接收到的数据起始时间和长度进行准确定位，并将数据保存在对应的记录文件或数据库内。系统自动进行数据完整性的检查，可对最近24小时内缺失数据进行自动补传，也可由人工操作进行数据补传。通过数据质量控制阈值的统计和设计，建立数据过滤预处理模块(控制规则)，设定数据质量控制阈值作为数据质量控制异常数据判别规则的参数。六、安装质量与运行维护6.1产品及安装质量公路交通气象观测站所用仪器设备除满足本技术要求的规定外，还应符合国家或行业相关标准的要求。公路交通气象观测仪器设备应经国家授权的、有资质的检测机构检测合格，对于国家有规定的计量设备应检定合格或校准误差符合要求。公路交通气象观测站安装完成并经试运转后，应按照交通行业标准JTGF80/2《公路工程质量检验评定标准第二册机电工程》要求，进行交竣工验收测试，测试合格后方可投入运行。6.2运行维护公路交通气象观测站的运行维护工作可参照中国气象局《地面气象观测规范》及交通运输部相关技术文件内容执行，主要项目如下：(1)定期检查维护各传感器，检查维护要求详见《地面气象观测规范》有关章节。(2)每月检查各电缆及密封是否有破损，各接线端子是否有松动现象；检查供电设施，保证供电安全。(3)每年春季对防雷设施进行全面检查，对接地电阻进行复测。(4)每年至少一次对公路交通气象观测站的传感器、采集器和整机进行现场检查、校验。(5)异常天气前后需及时巡视维护。(6)故障响应时间小于24小时。6.3核查及校准公路交通气象观测站安装投入运行后，每年应对气温、路温（铂电阻传感器）、相对湿度、风速、雨量等气象要素传感器进行一次核查或校准，核查或校准结果应符合表6-1的要求。表6-1公路交通气象观测站运行维持性能要求参数名称最大允许误差气温±0.2℃路面温度±0.5℃路基温度（-10cm）±0.4℃相对湿度±3％RH(≤80％RH)±5％RH(＞80％RH)风速±(0.5＋0.03V）m/s＊启动风速：≤0.5m/s雨量±0.4mm(降雨量≤10mm)＊：V为风速示值。6.4试验室检定为保证公路交通气象观测站和气象部门观测数据具有相同的溯源标准，达到试验室检定周期的气温、路温（铂电阻）、相对湿度、风速、风向、雨量传感器要在具有试验室检定资质的检测部门进行检定，具体要求可参照气象部门《自动气象站检定规程》执行。室内检定的计量性能要求见表6-2：表6-2室内检定计量性能要求气象要素最大允许误差气温±0.2℃路面温度±0.4℃路基温度（-10cm）±0.3℃相对湿度±3％RH(≤80％RH)±5％RH(＞80％RH)风风速±(0.5+0.03V)m/s＊启动风速：≤0.5m/s风向±5°降水±0.4mm(降雨量≤10mm)±4％(降雨量＞10mm)＊：V为风速示值。附录数据格式规定1.文件名根据实际需求，由交通部门及气象部门按照各自部门内的相关要求来规定数据文件名。2.文件内容本文现定义10个公共数据段，交通部门和气象部门根据相关数据传输要求，可扩展相应数据段，各数据段可扩展数据项。10个公共数据段具体如下：①　观测站基本信息段（必选）；②　气温和湿度数据；③　累计降水数据；④　风观测数据；⑤　路温数据；⑥　能见度数据；⑦　路面要素数据；⑧　天气现象数据；⑨　小时内逐分钟降水量数据（可选）；⑩　文件结束符（必选）。详细数据项及排序如下：段序要素名单位长度Byte说明1观测站基本信息段1.1 区站号55位数字或第1位为字母，第2-5位为数字1.2 观测时间14年月日时分秒（国际时，yyyyMMddhhmmss），其中：秒固定为“00”，为正点观测资料时，分记录为“00”1.3 纬度6按度分秒记录，均为2位，高位不足补“0”，台站纬度未精确到秒时，秒固定记录“00”1.4 经度7按度分秒记录，度为3位，分秒为2位，高位不足补“0”，台站经度未精确到秒时，秒固定记录“00”1.5 观测场拔海高度0.1m5保留一位小数，扩大10倍记录，高位不足补“0”，若低于海