如何填补道路天气信息空白

尽管我们收集和使用道路天气数据的能力已经有了巨大的提高，但不幸的是，我们仍然需要填补重大的信息空白。在这篇博客文章中，我们将探讨阻碍我们当前数据获取的问题，以及获取更完整、更有代表性数据的解决方案，从而做出更明智的决策。

历史上，我们只根据经验做出道路养护决定。随着时间的推移，新的技术和预测模型更充分地阐明了我们的道路养护决策景观。例如，气象预报和道路天气信息系统(RWIS)现在提供额外的数据，帮助冬季维护人员作出更明智的决定，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的主要组成部分是环境传感器站(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RWIS的成功至关重要。联邦公路管理局(FHWA)在2008年发布的RWIS选址指南是定位ESS最广泛采用的参考。该指南建议沿道路的ESS平均间距为30至50公里(18.6至31.1英里)(Garret et al. 2008)。

作为ESS间隔的一个例子，我们来看看明尼苏达州。该州在RWIS上投入了大量资金，作为该行业的领导者，该州拥有遍布全州的ESS网络。即使有这些优势，为像明尼苏达州(225181.3公里)这样大的地区提供适当的覆盖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

每次新的ESS资金到位时，我们必须确定空间站的最佳位置。不幸的是，寻找ESS的理想位置并不像在地图上放置它们并使覆盖区域重叠那么简单。此外，我们经常不得不在选址限制和预算限制方面做出妥协。例如，我们可能必须为每个ESS分配一个它不能充分提供代表性覆盖的大且经常动态的区域。

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)和运行和维护费用加在一起，在假定的25年生命周期内，单个ESS的成本是每年11,149美元(Kwon和Fu 2016)。

当然，根据个人情况和供应商的不同，这些金额可能有很大的不同。然而，很明显，即使在最好的情况下，增加ESS也需要大量的资本成本和经常性的维护费用——包括技术人员和工程师的时间。

安装不便

安装传统ESS并非易事。安装需要一个30英尺(9.14米)高的塔，有一个大的混凝土基础。此外，我们必须考虑路肩的深度，明确的区域，和道路的权利。此外，如前所述，可能还需要各种行业专家的帮助。

重要功率要求

标准ESS可以有各种各样的传感器以及通信和数据采集硬件，其中一些有很大的功率需求。为了保持这些电站的运行，标准ESS需要交流电源或大量的替代电源系统。如果我们已经确定了高值的位置，但这些位置没有可用的交流电源，这可能会有问题。

解决方案:Mini-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。

提供具有成本效益的报道

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。

这些好处使我们能够在标准RWIS无法访问的地方部署更多的Mini-RWIS站点。我们不仅可以在无法使用传统ESS的地方记录测量数据，而且可以以更低的成本部署足够数量的Mini-RWIS，以达到测量整个道路网络所需的密度。

Mini-RWIS通过填补现有网络的空白，并扩大其为准确决策提供高分辨率预测的能力，提高了我们现有道路状况模型的价值。通过紧密的站点网络，我们可以对快速变化的情况进行独立的验证，这减少了我们对到来的天气的响应时间，并使我们能够识别可能被忽视的较小规模的问题。

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

Mini-RWIS设计用于低功耗环境。例如，一个典型的Mini-RWIS站在一个小型封闭的10瓦太阳能电池板上运行，只需要很少的维护。

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。

用小型RWIS加强现有的RWIS可提高我们的测量密度，并提供更大的道路网络时间和空间覆盖。有了这些信息，我们就可以做出明智的决定，努力保持道路畅通和安全。

要了解关于使用Mini-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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参考文献

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

Garrett, J. K.， Boyce, B.， Krechmer, D.， and Perez, W. 2008。实施和评估RWIS ESS选址指南.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。RWIS网络规划:最佳密度和位置。爱荷华州立大学奥罗拉项目，爱荷华州艾姆斯市。https://intrans.iastate.edu/app/uploads/2018/10/RWIS_network_planning_for_optimal_density_and_location_w_cvr.pdf