Влияние погодно-климатических факторов на принятие решений при проектировании автомобильных дорог

• программа  управления (параметры, определяющие уровень содержания);

• управляющие  воздействия (техника и технологии работ);

• возможность профилактических мероприятий;

• информационные ресурсы (состав погодной и дорожной информации);

• требования к  информационно-измерительной подсистеме.

Эта классификация  отражает климатические особенности  различных регионов России. В тех  районах, которые имеют суровые  погодные условия и редкие случаи перехода температуры воздуха через 0°С, преобладают виды скользкости, отнесенные ко второй группе, в регионах с морским климатом - к первой группе, для остальной части страны будет наблюдаться в различном соотношении скользкость как первой, так и второй групп. 

В последнее  десятилетие в зарубежной литературе появились детальные классификации  видов зимней скользкости. Необходимость  их разработки связана с рядом факторов:

• совершенствованием стандартов на зимнее содержание дорог;

• развитием  информационно-измерительных систем;

• внедрением информационных технологий в управление дорогами;

• разработкой  экспертных систем для оперативного управления дорогами.

Эти классификации  идентифицируют различные виды скользкости  в компьютерных программах и позволяют  выдавать рекомендации по выбору стратегии  работ по зимнему содержанию автомобильных  дорог .

Одна из наиболее подробных классификаций разрабатывалась  и совершенствовалась Jonas Norrman . Она используется в Швеции и Великобритании для создания дорожной климатические модели, оценивающей влияние дорожных и метеорологических условий на сложность зимнего содержания дорог в различных районах страны. Используется она и при проектировании экспертные систем , развитии технологий термокартирования, геоинформационных технологий при управлении зимним содержанием дорог, совершенствовании радарных наблюдений за осадками. Классификация имеет десять видов зимней скользкости, которые распознаются компьютерной программой на основе совместного анализа погодных и дорожных параметров поступающих в дорожные погодные информационные системы (RWIS) с сети АДМС. Кроме видов зимней скользкости в нее включены метели и туманы различной интенсивности.

В классификации, используемой в Финляндии, на основе обработки статистических данных, поступающих  с АДМС, выделено семь видов скользкости, учитывающих особенности климата . Она определяет пять видов скользкости  в виде стекловидного льда, туманы и метели. К метелям отнесены все  виды скользкости, которые образуются в результате снегопадов и метелей (снежные заносы, рыхлый снег и снежный  накат), так как для их удаления используется одна технология работ - скоростная снегоочистка. 

В США классифицируют типы погодных условий. Три из них  определяют снегопады различной  интенсивности, в отдельные типы погоды выделены мороз или гололед, дождь при отрицательной температуре, дождь со снегом . На их основе разработана  классификация, которая объединяет, с одной стороны, визуальные, простые  отличия, а с другой - достаточно сложную физику осадков, которая  с трудом поддается контролю (например, наличие переохлажденных осадков  на покрытии). В ней не просматривается  попытка четко определить физическую сущность образования скользкости, хотя она присутствует в рекомендациях  через динамику изменения температуры  дорожного покрытия. На основе этой классификации разработаны подробные рекомендации по ликвидации и профилактике образования зимней скользкости . По их аналогии, но с учетом результатов исследований условий образования различных видов зимней скользкости, проводимых в России, даны рекомендации по проведению работ по зимнему содержанию дорог на основе использования специализированной метеорологической информации для различных видов зимней скользкости . 

Таким образом, на сегодняшний день имеется большое  количество различных классификаций  видов зимней скользкости. Они с  разной степенью детализации учитывают  условия образования скользкости, влияние метеорологических и  дорожных параметров, особенности климата  каждой страны. Для развития специализированного  метеорологического обеспечения и  прогнозирования состояния дорожного  покрытия классификация должна быть достаточно подробной, отражать различия в физике образования скользкости, погодно-климатических условиях России, используемые технологии работ и  быть пригодна для выработки управляющих  воздействий. Такая классификация  предложена автором обзорной информации на основе проведенных исследований и анализа результатов вычислительных экспериментов при математическом моделировании условий образования  различных видов зимней скользкости .

Методы и технологии зимнего содержания автомобильных  дорог и их анализ с позиций  требований к составу погодной информации

Выбор управляющего воздействия (стратегии работ) при  оперативном управлении работами по зимнему содержанию дорог зависит  от дорожных и погодных факторов. С  учетом видов зимней скользкости (см. табл. 1) стратегии работ могут  быть разделены на две группы: удаление скользкости переводом ее в другое агрегатное состояние и механическое удаление скользкости [83]. Они различаются  по технологиям работ, времени проведения работ и их цикличности, составу  погодной информации, которая учитывается  при проведении работ. Классификация  стратегий приведена на рис. 3. Специализированные прогнозы погоды позволят использовать стратегии профилактической обработки  дорожных покрытий, а при ликвидации скользкости выбирать оптимальные  нормы распределения противогололедных  материалов.

В соответствии с принятой классификацией, краткое  описание технологических операций, на основе которого могут быть определены необходимые погодные информационные ресурсы для их реализации.

Рассматривая  проблемы погодного мониторинга, следует  еще раз отметить, что в настоящее  время остается актуальной задача поиска путей использования химических реагентов с минимально допустимыми  нормами без снижения уровня безопасности движения, что возможно при переходе на превентивные меры, которые предусматривают  не ликвидацию снежно-ледяных отложений, а предупреждение их образования.

Профилактическая  обработка производится за 1-6 ч до возможного обледенения покрытия, противогололедные  материалы распределяют с нормой от 4 г/м2 и выше , что позволяет резко сократить количество используемых противогололедных солей, распределение химических ПГМ возможно в виде сухой, предварительно увлажненной соли, а также в виде растворов. 

Практический  опыт применения увлажненных солей  содержится во всех Европейских странах, в США и подтверждает их высокую  эффективность за счет быстрого действия реагента и длительного сохранения его необходимой концентрации на покрытии . По данным немецких дорожников, экономия ПГМ составляет до 44 % по сравнению  с распределением солей в сухом  виде, а по данным американских специалистов, общая прибыль за счёт уменьшения расхода топлива, снижения количества ДТП составляет 13,4 млрд. долл. в год.

3. ДОРОЖНЫЕ СИСТЕМЫ  ПОГОДНОГО МОНИТОРИНГА

3.1. СПЕЦИАЛИЗИРОВАННОЕ  МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДОРОЖНОГО ХОЗЯЙСТВА

Основная цель создания специализированной системы  дорожного метеорологического обеспечения - получение информации для проведения работ, позволяющих сохранять и  восстанавливать в заданные сроки  потребительские свойства дорог  и обеспечивать безопасность движения в сложных погодных условиях. Это  достигается за счет своевременного выполнения работ, правильного выбора норм распределения противогололедных  материалов в зависимости от погодных условий, использования технологий профилактики образования скользкости  при зимнем содержании дорог. Специализированное дорожное метеорологическое обеспечение позволяет представить органам управления автомобильными дорогами оперативную информацию о состоянии проезда, выполненных работах, их эффективности. Такая информация дает возможность оценивать качество содержания дорог и производить оплату выполненных работ. Сбор, обработка и хранение этой информации могут использоваться для долгосрочного планирования и финансирования работ с учетом дорожных и погодно-климатических особенностей различных регионов страны.

При зимнем содержании практически во всех странах мира используются специализированные дорожные прогнозы и прогнозы погоды общего назначения, разработка которых осуществляется различными службами. Среди них необходимо прежде всего выделить Национальные службы погоды, которые в настоящее  время очень большое внимание в своей работе уделяют совершенствованию  метеорологического обеспечения дорожных организаций, а также пользователей  дорог.

Национальные  службы погоды разрабатывают специализированные прогнозы на основе детализации прогнозов  погоды общего назначения. Источниками  метеорологической информации для  них являются государственная наблюдательная сеть метеорологических станций, метеорологические  радиолокаторы, производящие наблюдения за облачностью и осадками в режиме реального времени, спутники погоды, зонды и т.д. Система организации  таких наблюдений, сбора, передачи и  переработки всей необходимой информации для расчета прогнозов очень  четко отработана не только на уровне отдельного государства. Существует многолетний  опыт международного обмена метеорологической  информацией для повышения надежности прогнозов.

Первые шаги по совершенствованию системы метеорологического обеспечения дорожных организаций  в Финляндии относятся к середине 70-х годов прошлого века. Первоначально  инициатива таких работ исходила от метеорологической службы Финляндии, которая поставила задачу улучшения  метеообеспечения дорожных организаций. Эти работы велись в направлении  совершенствования методов прогноза метеорологических параметров, оказывающих  влияние на работу дорожных организаций.

Практически во всех странах при Государственной  службе погоды в различные годы были созданы специальные группы или  отделы, разрабатывающие специализированные дорожные прогнозы. В их основу были положены детализация по территориям  прогнозов погоды общего назначения и передача штормовых предупреждений об опасных явлениях при внезапном  изменении погодных условий.

Специализированное  обеспечение дорожных организаций  и участников движения в Национальных метеорологических службах США  и Франции в 80-е годы прошлого века началось с создания специальных  отделов, которые передавали информацию о состоянии дорог. В Швейцарии  были сформированы подразделения, обслуживающие  специализированными прогнозами зимнее содержание дорог. Из-за сложного рельефа  и различий языкового характера  для повышения надежности прогнозов  началась их детализация по территории страны и при разработке учитывались  региональные особенности района прохождения  дороги. Параллельно с этим начались работы по составлению компьютерных программ и обоснованию информации, которую необходимо получать с сети метеостанций.

Для совершенствования  содержания дорог в США были организованы специальные фирмы Assu-Weather и Weather-International, основной задачей которых являлось обеспечение водителей метеорологической информацией и специализированными прогнозами. Схема разработки таких прогнозов предусматривала получение прогностической информации из Национальной службы погоды, ее дополнительную обработку на ЭВМ с целью передачи потребителям. Фирмами разрабатывались четыре вида прогнозов: по конкретному маршруту, по штату, по отдельному региону и по городу, а среди выходных параметров был прогноз дорожных условий на магистралях.

Так как прогнозы в Национальных службах погоды разрабатываются  для больших территорий и по «площадному» принципу, получить надежный «линейный» прогноз транспортно-эксплуатационного  состояния дороги или отдельных  ее участков с малой заблаговременностью  удается не всегда. Этого не позволяют  сделать временной интервал снятия первичной информации на сети Государственных  метеорологических станций (они  производятся 8 раз в сутки с  интервалом 3 ч), их пространственная разрешенность. Кроме того, прогнозы погоды общего назначения не учитывают в полной мере влияния дорожных условий.

Современные тенденции  развития специализированного дорожного  метеорологического обеспечения связаны  с автоматизацией процессов сбора, передачи, обработки данных и подготовки прогнозов, уменьшения их заблаговременности, непрерывного мониторинга погодных параметров, включения в общую  схему расчета прогнозов информации автоматических дорожных метеостанций. Большое внимание в Национальных службах погоды уделяют обучению потребителей грамотно использовать информацию о погодных условиях в своей практической деятельности.

В Германии несколько  лет существует специальная дорожная погодно-информационная система (Germany'SWIS). В рамках этой системы разрабатываются сообщения об опасных атмосферных явлениях для дорог. К ним отнесены снег, переохлажденные осадки. Заблаговременность таких сообщений составляет 2-3 ч. Первоначально такие прогнозы готовились для всей территории Германии с приблизительным указанием региона (горные районы или равнины). Их развитие шло по пути более детального учета рельефа и детализации прогнозов по регионам. В настоящее время вся территория страны разбита на 150 районов, различающихся по температурному режиму и режиму выпадения осадков. Перепад высот для районов составляет не более 200 м. Таким образом, был осуществлен переход практически к индивидуальным предупреждениям [103, 106]. Переход к такой пространственной детализации резко увеличил количество прогнозов (приблизительно в 20-25 раз). Для их разработки используется специальное программное обеспечение, которое распознает аналогичные синоптические условия для группы районов и копирует (тиражирует) неизменяемую для них информацию.