Lufft路面状况传感器助推热谱地图的应用

     Lufft路面状况传感器助推热谱地图

交通公路在路面温度方面有着一致的特征。在道路即将结冰的时候，如果知道哪里更寒冷更容易结冰对于道路维护工作帮助及其重要。基于Lufft产品的热谱地图系统可提供夜间详细的温度差异地图，提升公路维护的效率。热谱地图系统采集Lufft路面状况传感器的数据作为支撑。
 

概述

热谱地图（Thermal Mapping）实际上是路面温度空间分布特征的一种直观表现形式。通常用不同的颜色来明显区分小路段与全路段平均温度的差值。通常用暖色表示温度高于平均温度，用冷色表示温度低于平均温度。

比较典型的冬季寒夜，公路测量网络的温度差异可能达到10℃之多。导致的直接结果就是某些路段已经降至冰点甚至以下，而其他路段则不然。

热谱地图使用高分辨红外温度仪器，通过测量夜间道路表面的温度随空间变化而变化获得。热谱地图是目前确定类似整个公路网络路面温度关系的少有经过验证的可靠技术。这项技术已经在世界范围采用，用以加强公路管理机构和气象预报发布机构的信息利用率。本系统为单独气象站信息向整个公路网络的扩展提供了一个方法，因此热谱地图是有效的冰情预警系统的重要组成分。

通过对冬季夜间整个公路网络的预设段表面温度的测量，热谱地图识别一系列不同的气象条件下温度变化模式。这种温暖和寒冷区段的模式分布由当地环境因素和盛行气象条件决定。霜和冰的产生即决定于地表接收和损失的能量平衡，还要结合水分保有量。这个过程被如下一系列因素的复杂关系所影响，因素包括：

• 盛行气象条件
• 路面上空开阔程度因素（曝露程度）这个因素受周围植被、建筑物和隧道等条件决定。路面上空不很开阔表明路边或跑道边上或者靠近边上的地方有悬垂遮蔽物。这些因素能抵御夜间的寒冷，可让路表保温。较开阔的路面上空和开放环境差不多，由于没有遮蔽物，无法阻止路表热量流失，不能保持寒冷夜间的路面温度。
• 靠近海滨或大型水域的因素。
• 城市的热岛效应。
• 截断位置、河堤及地势较高的地段。
• 还有一些具体位置的因素会影响到该点道路/跑到的能量流动。
• 道路/跑道结构状况（路面材料，比如混凝土/沥青/开级配沥青，以及路基深度）。
• 交通量和交通流。
• 桥面或隧道

这些因素的结合可为每一段道路/跑道生成*的温度谱图数据。热谱地图可确立这些变量之间的关联，还可显示在不同的气象条件下这些因素如何互动。

这个调查可生成对某一段路面或跑道的热学谱图-温度截面数据。热谱地图可通过谱图的分析并参考结合某些特殊气象条件的调查数据中得出。通过每个气象条件下的热谱地图即可识别出路表温度变量的模式和大小，并且可用不同的颜色代表不同类型的温度数据来显示出温度差异图示。

Lufft在热谱地图服务方面已经拥有了丰富经验。目前，热谱地图服务已经在*许多公路管理部门获得了的实践效果。

气象状况

在类似天气状况下，公路或跑道将会表现出固定不变且可预测的表面温度变量模式。温度变量的数值将会在不同天气状况之间交替变化。为了确立局部环境因素与盛行天气状况之间的关系，热谱地图采用了三个显著差异的气象分类去识别表面温度变量的变化。

天气状况：
无风晴朗的天气通常与反气旋系统（高压）或气旋系统（低压）之间的高压脊有关。无云或少风的状况让路表夜晚的温度下降非常迅速，可能会产生在整个区域的夜间路表温度变化比较大的效果。
潮湿天气状况：
与气旋系统（低压）有关，总体云层较低，伴有温和的风。云层遮蔽的作用就像毯子一样，夜间将能量反射回路表，而风促进了路表空气层的混合。这些因素的结合导致夜间路表温度变化程度小。更

一般天气状况：
产生于比如瞬变脊或锋面接近等各种气象特征，通常与中/高云层和中度风关联。表面温度变化将会比潮湿天气状况更加剧烈，但不会如同天气状况一样显著。

理想情况下，热谱地图调查应当在所有三个天气状况下进行。然而，取决于当地条件，天气状况和/或中等天气状况适用于气象台站选址或路线优化使用。

操作因素

Lufft热谱地图调查使用一个特别装备的车队进行实施，每个车辆都装有一个与自动GPS数据记录器连接的lufft移动式路面状况传感器MARWIS-UMB。
热谱地图调查通常在十一月到四月之间和夜间23:00 到日升之间的时间段进行（指北半球）。
Lufft热谱地图调查以通常的路面车速进行，让调查可以跨越不同网络类型和环境（比如城市、乡村、公路和机场）实施。
热谱地图测量工作通常每隔2或更小（MARWIS 10HZ的输出频率，80KM/h的车速，2.2米一个点)米进行一次。可以按着网络要求修改数据的采集分辨率。
在热谱地图调查期间，同时进行详尽的盛行气象条件和路面状态观察工作。
在复式车道区段，调查通常在内侧车道进行。然而，如果有三个或更多车道，那么调查通常在中间的车道进行。
在热谱地图调查开始之前，通过将公路/跑道网络分割为30-50km的路线，从而分划出更小更具可管理性的区段。分割出的路线将让天气状况在整个调查过程中实现连续评估。调查中一台车辆能够覆盖的区域将被为一个服务区。因此每个服务区由一系列路线构成。
服务区和路线始终遵循一套顺序规则，并被规划与一系列重叠区段结合。重叠区段让所有数据进行对比，终相互关联（例如，作为一次调查结论）。
热谱地图使用采集的数据生成，可以显示不同天气状况下小路表温度的相对空间变化，反映出采用颜色标识温度分类的相对差异。
热谱地图可以硬拷贝或电子图像的形式制作。热谱地图生成于GIS环境，可作为地理参考，并且如果必要可在GIS平台导出使用。
在持续进行的研发计划中，Lufft一直致力于推动热谱地图的生成流程。这一过程的关键部分在于热谱地图度和可重复性的规律性测试和校验，这些结论已经得到科学杂志的认可。
Lufft已经确立了校验数据质量的统计流程，并且对于不同热谱地图调查中采集到的温度模式之间的相似性进行量化分析。这些措施表明了Lufft热谱地图成图过程是可靠的，路面温度变化在相似天气状况下始终能够得以重现。

主要优点

潜在危险区段识别。热谱地图能够提供整个网络的温度关系，从而识别出那些可能早先结冰的路段。如果仅仅依靠路面气象站，这种判断可能并不容易得出。
让选择性除冰策略得以实现。热谱地图能够识别并集中关注那些需要维护作业的路段，同时为路线优化提供了关键输入数据。
确定公路气象站好的位置和数量。热谱地图能够识别出那些具有稳定热学特征，可以作为网络和/或气候域代表的路段，因此可以为气象站确定好的安装位置。
将冰情预警从特定气象站点扩展至整个公路网络。热谱地图让冰情预警系统生成预报性热谱地图成为可能。由于可以在整个公路网络使用zui小温度外推法，热谱地图能够提供气象站之间表面温度的关联信息。
提供量化参考数据。 热谱地图作为决策工具的威力在与Lufft冰情预警系统结合使用时得到大化。通过热谱地图，来自公路气象站的特定站点预报数据能够扩展到整个网络内公路使用。
热谱地图是Lufft冰情预警系统*的组成部分，为用户提供了整个网络低温度预报地图。在考虑气象站选址问题时，热谱地图的价值更加*。如果气象站仅设置在网络冷的区域，那么就会得出悲观的冬季维护策略。而因此会导致不必要的维护作业和开销。