Lufft路面狀況傳感器助推熱譜地圖

交通公路在路面溫度方面有著一致的特征。在道路即將結(jié)冰的時(shí)候，如果知道哪里更寒冷更容易結(jié)冰對于道路維護(hù)工作幫助及其重要?；贚ufft產(chǎn)品的熱譜地圖系統(tǒng)可提供夜間詳細(xì)的溫度差異地圖，提升公路維護(hù)的效率。熱譜地圖系統(tǒng)采集Lufft路面狀況傳感器的數(shù)據(jù)作為支撐。
 

概述

熱譜地圖（Thermal Mapping）實(shí)際上是路面溫度空間分布特征的一種直觀表現(xiàn)形式。通常用不同的顏色來明顯區(qū)分小路段與全路段平均溫度的差值。通常用暖色表示溫度高于平均溫度，用冷色表示溫度低于平均溫度。

比較典型的冬季寒夜，公路測量網(wǎng)絡(luò)的溫度差異可能達(dá)到10℃之多。導(dǎo)致的直接結(jié)果就是某些路段已經(jīng)降至冰點(diǎn)甚至以下，而其他路段則不然。

熱譜地圖使用高分辨紅外溫度儀器，通過測量夜間道路表面的溫度隨空間變化而變化獲得。熱譜地圖是目前確定類似整個(gè)公路網(wǎng)絡(luò)路面溫度關(guān)系的少有經(jīng)過驗(yàn)證的可靠技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)在世界范圍采用，用以加強(qiáng)公路管理機(jī)構(gòu)和氣象預(yù)報(bào)發(fā)布機(jī)構(gòu)的信息利用率。本系統(tǒng)為單獨(dú)氣象站信息向整個(gè)公路網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展提供了一個(gè)方法，因此熱譜地圖是有效的冰情預(yù)警系統(tǒng)的重要組成分。

通過對冬季夜間整個(gè)公路網(wǎng)絡(luò)的預(yù)設(shè)段表面溫度的測量，熱譜地圖識(shí)別一系列不同的氣象條件下溫度變化模式。這種溫暖和寒冷區(qū)段的模式分布由當(dāng)?shù)丨h(huán)境因素和盛行氣象條件決定。霜和冰的產(chǎn)生即決定于地表接收和損失的能量平衡，還要結(jié)合水分保有量。這個(gè)過程被如下一系列因素的復(fù)雜關(guān)系所影響，因素包括：

• 盛行氣象條件
• 路面上空開闊程度因素（曝露程度）這個(gè)因素受周圍植被、建筑物和隧道等條件決定。路面上空不很開闊表明路邊或跑道邊上或者靠近邊上的地方有懸垂遮蔽物。這些因素能抵御夜間的寒冷，可讓路表保溫。較開闊的路面上空和開放環(huán)境差不多，由于沒有遮蔽物，無法阻止路表熱量流失，不能保持寒冷夜間的路面溫度。
• 靠近海濱或大型水域的因素。
• 城市的熱島效應(yīng)。
• 截?cái)辔恢谩⒑拥碳暗貏葺^高的地段。
• 還有一些具體位置的因素會(huì)影響到該點(diǎn)道路/跑到的能量流動(dòng)。
• 道路/跑道結(jié)構(gòu)狀況（路面材料，比如混凝土/瀝青/開級(jí)配瀝青，以及路基深度）。
• 交通量和交通流。
• 橋面或隧道

這些因素的結(jié)合可為每一段道路/跑道生成*的溫度譜圖數(shù)據(jù)。熱譜地圖可確立這些變量之間的關(guān)聯(lián)，還可顯示在不同的氣象條件下這些因素如何互動(dòng)。

這個(gè)調(diào)查可生成對某一段路面或跑道的熱學(xué)譜圖-溫度截面數(shù)據(jù)。熱譜地圖可通過譜圖的分析并參考結(jié)合某些特殊氣象條件的調(diào)查數(shù)據(jù)中得出。通過每個(gè)氣象條件下的熱譜地圖即可識(shí)別出路表溫度變量的模式和大小，并且可用不同的顏色代表不同類型的溫度數(shù)據(jù)來顯示出溫度差異圖示。

Lufft在熱譜地圖服務(wù)方面已經(jīng)擁有了豐富經(jīng)驗(yàn)。目前，熱譜地圖服務(wù)已經(jīng)在*許多公路管理部門獲得了的實(shí)踐效果。

氣象狀況

在類似天氣狀況下，公路或跑道將會(huì)表現(xiàn)出固定不變且可預(yù)測的表面溫度變量模式。溫度變量的數(shù)值將會(huì)在不同天氣狀況之間交替變化。為了確立局部環(huán)境因素與盛行天氣狀況之間的關(guān)系，熱譜地圖采用了三個(gè)顯著差異的氣象分類去識(shí)別表面溫度變量的變化。

天氣狀況：
無風(fēng)晴朗的天氣通常與反氣旋系統(tǒng)（高壓）或氣旋系統(tǒng)（低壓）之間的高壓脊有關(guān)。無云或少風(fēng)的狀況讓路表夜晚的溫度下降非常迅速，可能會(huì)產(chǎn)生在整個(gè)區(qū)域的夜間路表溫度變化比較大的效果。
潮濕天氣狀況：
與氣旋系統(tǒng)（低壓）有關(guān)，總體云層較低，伴有溫和的風(fēng)。云層遮蔽的作用就像毯子一樣，夜間將能量反射回路表，而風(fēng)促進(jìn)了路表空氣層的混合。這些因素的結(jié)合導(dǎo)致夜間路表溫度變化程度小。更

一般天氣狀況：
產(chǎn)生于比如瞬變脊或鋒面接近等各種氣象特征，通常與中/高云層和中度風(fēng)關(guān)聯(lián)。表面溫度變化將會(huì)比潮濕天氣狀況更加劇烈，但不會(huì)如同天氣狀況一樣顯著。

理想情況下，熱譜地圖調(diào)查應(yīng)當(dāng)在所有三個(gè)天氣狀況下進(jìn)行。然而，取決于當(dāng)?shù)貤l件，天氣狀況和/或中等天氣狀況適用于氣象臺(tái)站選址或路線優(yōu)化使用。

操作因素

Lufft熱譜地圖調(diào)查使用一個(gè)特別裝備的車隊(duì)進(jìn)行實(shí)施，每個(gè)車輛都裝有一個(gè)與自動(dòng)GPS數(shù)據(jù)記錄器連接的lufft移動(dòng)式路面狀況傳感器MARWIS-UMB。
熱譜地圖調(diào)查通常在十一月到四月之間和夜間23:00 到日升之間的時(shí)間段進(jìn)行（指北半球）。
Lufft熱譜地圖調(diào)查以通常的路面車速進(jìn)行，讓調(diào)查可以跨越不同網(wǎng)絡(luò)類型和環(huán)境（比如城市、鄉(xiāng)村、公路和機(jī)場）實(shí)施。
熱譜地圖測量工作通常每隔2或更?。?/span>MARWIS 10HZ的輸出頻率，80KM/h的車速，2.2米一個(gè)點(diǎn))米進(jìn)行一次?？梢园粗W(wǎng)絡(luò)要求修改數(shù)據(jù)的采集分辨率。
在熱譜地圖調(diào)查期間，同時(shí)進(jìn)行詳盡的盛行氣象條件和路面狀態(tài)觀察工作。
在復(fù)式車道區(qū)段，調(diào)查通常在內(nèi)側(cè)車道進(jìn)行。然而，如果有三個(gè)或更多車道，那么調(diào)查通常在中間的車道進(jìn)行。
在熱譜地圖調(diào)查開始之前，通過將公路/跑道網(wǎng)絡(luò)分割為30-50km的路線，從而分劃出更小更具可管理性的區(qū)段。分割出的路線將讓天氣狀況在整個(gè)調(diào)查過程中實(shí)現(xiàn)連續(xù)評(píng)估。調(diào)查中一臺(tái)車輛能夠覆蓋的區(qū)域?qū)⒈粸橐粋€(gè)服務(wù)區(qū)。因此每個(gè)服務(wù)區(qū)由一系列路線構(gòu)成。
服務(wù)區(qū)和路線始終遵循一套順序規(guī)則，并被規(guī)劃與一系列重疊區(qū)段結(jié)合。重疊區(qū)段讓所有數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，終相互關(guān)聯(lián)（例如，作為一次調(diào)查結(jié)論）。
熱譜地圖使用采集的數(shù)據(jù)生成，可以顯示不同天氣狀況下小路表溫度的相對空間變化，反映出采用顏色標(biāo)識(shí)溫度分類的相對差異。
熱譜地圖可以硬拷貝或電子圖像的形式制作。熱譜地圖生成于GIS環(huán)境，可作為地理參考，并且如果必要可在GIS平臺(tái)導(dǎo)出使用。
在持續(xù)進(jìn)行的研發(fā)計(jì)劃中，Lufft一直致力于推動(dòng)熱譜地圖的生成流程。這一過程的關(guān)鍵部分在于熱譜地圖度和可重復(fù)性的規(guī)律性測試和校驗(yàn)，這些結(jié)論已經(jīng)得到科學(xué)雜志的認(rèn)可。
Lufft已經(jīng)確立了校驗(yàn)數(shù)據(jù)質(zhì)量的統(tǒng)計(jì)流程，并且對于不同熱譜地圖調(diào)查中采集到的溫度模式之間的相似性進(jìn)行量化分析。這些措施表明了Lufft熱譜地圖成圖過程是可靠的，路面溫度變化在相似天氣狀況下始終能夠得以重現(xiàn)。

主要優(yōu)點(diǎn)

潛在危險(xiǎn)區(qū)段識(shí)別。熱譜地圖能夠提供整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的溫度關(guān)系，從而識(shí)別出那些可能早先結(jié)冰的路段。如果僅僅依靠路面氣象站，這種判斷可能并不容易得出。
讓選擇性除冰策略得以實(shí)現(xiàn)。熱譜地圖能夠識(shí)別并集中關(guān)注那些需要維護(hù)作業(yè)的路段，同時(shí)為路線優(yōu)化提供了關(guān)鍵輸入數(shù)據(jù)。
確定公路氣象站好的位置和數(shù)量。熱譜地圖能夠識(shí)別出那些具有穩(wěn)定熱學(xué)特征，可以作為網(wǎng)絡(luò)和/或氣候域代表的路段，因此可以為氣象站確定好的安裝位置。
將冰情預(yù)警從特定氣象站點(diǎn)擴(kuò)展至整個(gè)公路網(wǎng)絡(luò)。熱譜地圖讓冰情預(yù)警系統(tǒng)生成預(yù)報(bào)性熱譜地圖成為可能。由于可以在整個(gè)公路網(wǎng)絡(luò)使用zui小溫度外推法，熱譜地圖能夠提供氣象站之間表面溫度的關(guān)聯(lián)信息。
提供量化參考數(shù)據(jù)。 熱譜地圖作為決策工具的威力在與Lufft冰情預(yù)警系統(tǒng)結(jié)合使用時(shí)得到大化。通過熱譜地圖，來自公路氣象站的特定站點(diǎn)預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)能夠擴(kuò)展到整個(gè)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)公路使用。
熱譜地圖是Lufft冰情預(yù)警系統(tǒng)*的組成部分，為用戶提供了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)低溫度預(yù)報(bào)地圖。在考慮氣象站選址問題時(shí)，熱譜地圖的價(jià)值更加*。如果氣象站僅設(shè)置在網(wǎng)絡(luò)冷的區(qū)域，那么就會(huì)得出悲觀的冬季維護(hù)策略。而因此會(huì)導(dǎo)致不必要的維護(hù)作業(yè)和開銷。