如何填补道路天气信息空白

尽管我们收集和使用道路气象数据的能力有了很大的提高，但不幸的是，我们仍然需要填补大量的信息空白。在这篇博客文章中，我们将探讨阻碍我们当前数据采集的问题，以及获取更完整和代表性数据的解决方案，从而获得更好的信息错误的决定。

历史上，我们仅根据经验做出道路维护决策。随着时间的推移，新技术和预测建模更充分地阐明了我们在道路维护方面的决策前景。例如，气象预报和道路天气信息系统（RWIS）现在提供更多数据，帮助冬季维护人员做出更明智的决策，从而更好地利用预算和改善公共服务。

然而，当我们更仔细地研究RWIS的能力和实用性时，我们意识到我们需要一个更好的解决方案。

ESS问题

RWIS的主要组件是环境传感器站（ESS）。ESS提供了必要的长期数据，以实时跟踪道路状况如何响应天气事件和维护工作。

ESS的选址对于RWIS的成功至关重要。最广泛采用的ESS定位参考是2008年由联邦公路管理局（FHWA）提供的RWIS选址指南。本指南建议沿道路的平均ESS间距为30至50 km（18.6至31.1 mi）（Garret等人，2008年）。

作为ESS间距的一个例子，让我们看看明尼苏达州。该州大量投资于RWIS，作为行业的领导者，在该州拥有一个优秀的ESS网络。即使有这些优势，也可以为明尼苏达州（225181.3 km）这样的大面积区域提供适当的覆盖^2.[86943英里^2.])这是一项艰巨的任务（Kwon and Fu 2016）。

代表性保险的费用

每次为新的ESS提供资金时，我们都必须确定该站的最佳位置。不幸的是，为ESS找到理想的位置并不像将它们放在地图上并使覆盖区域重叠那样简单。此外，我们经常不得不在选址限制和预算限制方面作出妥协。例如，我们可能必须为每个ESS分配一个较大且通常动态的区域，而该区域无法充分提供代表性的覆盖范围。

不仅很难找到ESS的理想位置，而且需要许多人的努力才能正确识别它们。ESS的有效选址不仅需要考虑气象代表性和危险天气条件的常见位置，还需要考虑与天气无关的要求，如交通量、道路类型和历史事故率。为了收集这些数据，我们需要从气象学家、交通工程师、当地维修人员和其他行业专家那里收集信息。此外，我们必须考虑电力和通信线路的可用性（卜婵安和G华兹2005）。

即使我们知道ESS完美分布的理想位置，达到该密度的能力在财务上可能是不可能的。典型ESS的资本成本平均为90000美元（USD）。该金额包括仪器硬件、电站安装、额外电力和通信线路、车道封闭和培训。每五年更新ESS硬件的经常性成本平均为10446美元，标准站点维护平均每年超过5000美元。

如果我们将启动成本（包括初始购买和安装）以及运营和维护费用加在一起，在假设的25年寿命期内，单个ESS的成本为每年11149美元（Kwon和Fu，2016年）。

当然，根据具体情况和供应商的不同，这些金额可能会有很大差异。然而，很明显，即使在最好的情况下，添加ESS也需要大量的资本成本和经常性维护费用，包括技术人员和工程师的时间。

安装不便

安装传统ESS绝非易事。安装需要一个30英尺（9.14米）塔与一个大的混凝土基础。此外，我们还必须考虑路肩的深度、清澈地带和通行权。此外，如前所述，很可能需要各种行业专家的帮助。

重要功率要求

标准ESS可以有多种传感器以及通信和数据采集硬件，其中一些具有显著的电源需求。为了保持这些电站的运行，标准ESS需要交流电源或大量替代电源系统。如果我们已将位置确定为高值，但这些位置没有可用的交流电源，则这可能会有问题。

解决方案：迷你RWIS

为了达到有效测量整个道路网所需的ESS密度，我们不能继续照常营业。我们必须大幅增加可用资金，或探索成本更低、更具针对性的计量选择（如小型RWI）。

小型RWIS站的前提是平衡ESS密度、费用和复杂性。数据和网络清晰度的提高表明，有希望降低交通部门的成本，提高所提供服务的质量。

提供成本效益高的覆盖范围

小型RWIS站与传统ESS站相似，但有一些重要区别。小型RWI是较小、成本较低的独立站点，具有较低的选址要求，并集中测量关键道路维护参数。它们不需要交流电源连接或大型ESS典型的复杂选址要求即可运行。

这些优势使我们能够在更多的地方部署小型RWIS站，这些地方迄今为止无法使用我们的标准RWIS。我们不仅可以在无法使用传统ESS的位置记录测量结果，而且可以以较低的成本部署足够数量的小型RWI，以达到整个道路网测量所需的密度。

Mini RWI通过填补现有网络中的空白并扩展其为准确决策提供高分辨率预测的能力，提高了现有路况模型的价值。由于台站网络紧密，允许对快速变化的条件进行独立验证，这缩短了我们对来袭天气的响应时间，并使我们能够识别可能未被注意到的小规模问题。

简易安装

迷你RWIS站安装在任何2英寸的平台上。（5.08 cm）桅杆、快速安装易碎杆或现有标志或公用电杆。由于安装小型RWI的简易性，我们可以将其用于公共工程项目的临时安装，或用于特定或季节性条件，如烧伤疤痕监测。

减少电力需求

迷你RWIS的设计目的是在低功率情况下取得成功。例如，一个典型的小型RWIS站在一个10瓦的太阳能电池板上运行，安装在一个小的外壳内，需要最少的维护。

系统集成

要使小型RWI作为间隙加油站具有价值，它必须易于与我们现有的RWI集成。NEMA（国家电气制造商协会）发起了NTCIP（智能交通系统协议国家交通通信）的开发特别针对这些情况。迷你RWIS站点包括蜂窝调制解调器和以太网接入，并且它们符合NTCIP。在为站点提供正确的IP配置后，我们可以直接从使用NTCIP的任何系统对其进行轮询。我们还可以配置迷你RWIS，以通过各种通用协议将数据推出（例如，FTP、HTTPS、SMS等）。

结论

为了满足完整道路网络所需的测量密度要求，我们的各个站点必须具有成本效益。通过利用现有基础设施和通信能力，小型RWIS站点的成本比传统站点低一个数量级。

迷你RWIS在太阳能平台上提供关键测量数据，我们可以将其部署在以前无法到达的位置。迷你RWIS站的模块化使DOT能够有效地定位需要额外集中监控的位置，以应对局部危险，如淹没的道路、侧风、能见度或高交通事故位置。

使用小型RWIS增强现有RWIS可增加我们的测量密度，并提供更大的道路网络时间和空间覆盖。有了这些信息，我们可以在努力保持道路畅通和安全的同时做出明智的决策。

要了解有关使用迷你RWIS增强RWIS的更多信息，阅读我们的案例研究.如果您对Mini RWI有任何问题或意见，请在下面发布。

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工具书类

Buchanan，F.和Gwartz，S.E.2005。安大略省交通部道路天气信息系统。2005年加拿大交通协会年会，9月18日至21日，阿尔伯塔省卡尔加里。

Garrett，J.K.，Boyce，B.，Krechmer，D.，和Perez，W.2008。RWIS ESS选址指南的实施和评估.华盛顿联邦公路管理局道路天气管理计划和华盛顿美国交通部研究与创新技术管理局。

权天杰，傅。L.2016年。RWIS网络规划：最佳密度和位置。爱荷华州立大学，爱荷华州艾姆斯市，Aurora项目。https://intrans.iastate.edu/app/uploads/2018/10/RWIS_network_planning_for_optimal_density_and_location_w_cvr.pdf