公路網(wǎng)交通管理和信息服務系統(tǒng)設(shè)計及實現(xiàn)＊

王 露 周繼彪 李曉偉 王龍飛

（1.長安大學公路學院 西安710064；2.西安建筑科技大學土木學院 西安710055）

0 引 言

當前，日益增長的交通需求與整個交通運輸系統(tǒng)的供給能力矛盾日益突出，公路網(wǎng)中局部區(qū)域交通擁堵頻繁發(fā)生，嚴重影響了交通運輸系統(tǒng)的運輸效率及社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。如何科學、合理地運用公路網(wǎng)調(diào)度策略平衡路網(wǎng)時空資源，緩解當前公路網(wǎng)運輸?shù)木o張壓力，實現(xiàn)公路運輸?shù)陌踩?、高效、快捷，成為學者的研究熱點，也成為交管部門熱切關(guān)注的重點。

隨著智能交通系統(tǒng)（intelligent transport system，ITS）深入發(fā)展，尤其是地理信息系統(tǒng)（geographic information system，GIS）技術(shù)和全球定位系統(tǒng)（global position system，GPS）逐步成熟和應用范圍的普及擴大，使得公路網(wǎng)管理進入了現(xiàn)代化、科學化、智能化的時代。與此同時，GIS和GPS與公路運營管理［1］有機結(jié)合開發(fā)數(shù)字公路管理平臺，已經(jīng)成為美國［2］、歐盟［3］和日本［4］等發(fā)達國家中公路網(wǎng)調(diào)度、應急保障領(lǐng)域的研究熱點之一。國內(nèi)方面［5－8］，針對省域公路網(wǎng)交通出行者、路網(wǎng)調(diào)度等方面也進行了相關(guān)的研究，以期與國際接軌的同時適應我國國情。鑒于此，本文旨在建立一套完善的公路網(wǎng)交通管理和信息服務系統(tǒng)，通過對路網(wǎng)交通信息的采集以及參數(shù)的實時分析，考慮基于運輸條件的公路網(wǎng)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)特性，運用各種信息發(fā)布以及相關(guān)的管制手段，確定最佳調(diào)度路線，引導車流安全、有序地行駛，實現(xiàn)公路網(wǎng)資源的有效均衡，保障公路網(wǎng)運輸?shù)男省Ｍㄟ^本課題研究，以期大幅提高省域公路網(wǎng)的運輸效率，改善省域公路網(wǎng)的調(diào)度服務水平，加強省域公路網(wǎng)應對突發(fā)交通事件的能力，提高省域公路網(wǎng)運營管理的現(xiàn)代化程度，保障公路網(wǎng)運行的安全、高效。

1 公路網(wǎng)交通管理和信息服務需求分析

公路網(wǎng)指揮調(diào)度系統(tǒng)的主要目的是為管理者和用戶提供豐富快捷、實用高效的需求服務。公路網(wǎng)交通管理和信息服務主要針對公路交通管理者和使用者而展開。

1）公路網(wǎng)交通管理者需求分析。交通管理者需求主要包括信息采集需求和信息分析需求。在獲得實時準確的交通運行狀態(tài)信息、道路信息、氣象信息以及交通事故信息等的基礎(chǔ)上，對這些信息所提供的數(shù)據(jù)加以融合、分析和預測，為決策者采取應對措施，構(gòu)建調(diào)度指揮策略以及啟動相應應急預案提供數(shù)據(jù)信息支持，也為道路使用者提供信息服務。具體需求見表1。

2）公路交通使用者需求分析。公路使用者的需求主要體現(xiàn)在對公路相關(guān)信息的需求上，其在出行的不同階段對信息服務需求的差異性較大。不同地點，選擇不同出行方式的出行者在各個出行階段對交通事件、道路施工、公共服務設(shè)施等方面的信息需求也不同。公路交通使用者的信息服務需求如表1所示。

表1 公路交通管理者和交通使用者需求分析表Tab.1 The demand analysis table of highway traffic administrators and users

2 公路網(wǎng)指揮調(diào)度總體目標和策略

2.1 公路網(wǎng)指揮調(diào)度系統(tǒng)總體目標

公路網(wǎng)指揮調(diào)度是應對公路網(wǎng)運行故障的常規(guī)性手段之一。通過對路網(wǎng)交通參數(shù)的實時分析，考慮基于運輸條件的公路網(wǎng)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)特性，運用各種信息發(fā)布以及相關(guān)的管制手段，引導車流安全、有序地行駛，實現(xiàn)公路網(wǎng)資源的有效均衡，保障公路網(wǎng)運輸?shù)男?。其總體目標主要為：

1）保證公路網(wǎng)運輸?shù)陌踩惩?，實現(xiàn)公路網(wǎng)資源的有效均衡。一方面通過有效調(diào)度，快速處理公路運輸路網(wǎng)上出現(xiàn)的事故狀況，保證將人員傷亡和財產(chǎn)損失降到最低，減少資源、能源的浪費，促進社會、經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展；另一方面，運用各種信息發(fā)布方式及交通管制手段引導車流安全、有序的行駛，使路網(wǎng)整體通行能力達到最大，進而實現(xiàn)路網(wǎng)資源的有效均衡。

2）強化公路網(wǎng)調(diào)度綜合體制建設(shè)。構(gòu)建一體化的綜合信息網(wǎng)絡，構(gòu)建點、線、面結(jié)合、上下結(jié)合的大路網(wǎng)調(diào)度格局；開展信息互動，實施應急聯(lián)動處置。同時，依靠指揮調(diào)度一體化的公路網(wǎng)調(diào)度平臺，依托路政執(zhí)法車輛GPS系統(tǒng)，強化路網(wǎng)運行監(jiān)管，增強應急處置的快速反應能力。

3）為公路使用者提供方便、快速、準確的公路網(wǎng)信息。確保在公路網(wǎng)任何一個地方，不管是在出行前還是出行過程中，道路使用者都能使用最簡單、最便捷的方式（例如廣播、可變情報板、可變信息標志、交通信息網(wǎng)、短信平臺、手機終端等）獲知最準確的出行信息。

2.2 公路網(wǎng)指揮調(diào)度策略

公路網(wǎng)指揮調(diào)度策略可闡述為：首先利用GPS技術(shù)、GIS技術(shù)等進行事件的采集，確定事件類型、事件發(fā)生地等重要的信息；其次，啟動預警系統(tǒng)對事件進行預警分析；再次，根據(jù)預警分析結(jié)果及現(xiàn)場調(diào)研情況，對調(diào)度范圍內(nèi)公路網(wǎng)通行能力進行綜合分析，選擇最優(yōu)調(diào)度路線，發(fā)布路網(wǎng)信息等；最后，進行綜合決策。詳細流程見圖1。

3 公路網(wǎng)交通管理和信息服務系統(tǒng)設(shè)計及實現(xiàn)

3.1 系統(tǒng)功能設(shè)計與實現(xiàn)

公路網(wǎng)交通管理和信息服務系統(tǒng)應在整合公路交通信息采集系統(tǒng)、公路交通信息分析系統(tǒng)以及公路信息服務系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，結(jié)合自身公路網(wǎng)實際狀況，建立公路網(wǎng)綜合指揮調(diào)度系統(tǒng)（見圖1），以期實現(xiàn)公路網(wǎng)交通疏導控制、突發(fā)事件應急處理、路政緊急救援、特殊天氣應急處置等目的，根據(jù)公路網(wǎng)指揮調(diào)度系統(tǒng)總體目標及需求，構(gòu)建公路網(wǎng)指揮調(diào)度系統(tǒng)平臺框架。公路網(wǎng)指揮調(diào)度系統(tǒng)平臺綜合了交通基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息采集、數(shù)據(jù)分析、信息發(fā)布以及突發(fā)事件指揮調(diào)度等多個系統(tǒng)的整體功能，是一個綜合性的交通管理和服務系統(tǒng)。該系統(tǒng)平臺主要由3個部分組成：數(shù)據(jù)服務平臺、應用服務平臺和調(diào)度功能平臺。從整體上來說，公路網(wǎng)交通管理和信息服務系統(tǒng)功能設(shè)計主要包括公路交通信息采集系統(tǒng)、信息分析系統(tǒng)、信息發(fā)布系統(tǒng)以及應急管理系統(tǒng)4個子系統(tǒng)，主要實現(xiàn)動態(tài)交通信息查詢功能和出行信息服務功能。

圖1 公路網(wǎng)指揮調(diào)度策略圖Fig.1 Highway network dispatching strategy map

動態(tài)交通信息查詢。該功能主要面向公路交通管理者，便于管理者實時了解公路交通運行的詳細狀況。動態(tài)交通信息查詢模塊應實現(xiàn)路網(wǎng)、通道和全部路段的道路交通信息的顯示、存儲，以及整個公路網(wǎng)道路交通信息的實時監(jiān)控。公路交通管理者可隨時從數(shù)據(jù)庫中查看詳細的路網(wǎng)、通道、路段的道路交通信息，每條路段的交通信息都可以通過ArcGIS平臺進行可視化的呈現(xiàn)，便于公路交通管理者實時掌控全局路網(wǎng)的道路交通信息，及時發(fā)現(xiàn)異常交通事件，并采取相應的公路網(wǎng)交通調(diào)度策略。

出行信息服務。該功能主要面向公路使用者，便于使用者及時掌握出行路線上的道路交通信息。該模塊可將道路交通信息、交通預測信息、預警信息以及交通組織方案信息通過各種媒介如網(wǎng)絡、車載設(shè)備、廣播、手機、VMS等發(fā)布給駕駛員和出行者，為其制定出行計劃提供依據(jù)，也可為他們在出行過程中提供實時、有效的路徑誘導和臨時路徑選擇支持，從而減少交通擁堵，預防二次事故發(fā)生，提高路網(wǎng)交通運輸效率。

3.2 面向交通管理者的交通信息查詢功能設(shè)計與實現(xiàn)

3.2.1 基于ArcGIS的交通信息可視化展現(xiàn)

基于ArcGIS的公路網(wǎng)道路交通信息可視化平臺如圖2所示。平臺通過感應線圈、GPS車輛終端、人工巡查等方式采集基礎(chǔ)交通流數(shù)據(jù)，同時得到公路OD流量數(shù)據(jù)、交通通信網(wǎng)絡狀態(tài)等交通基本信息，并對采集到的信息進行分析和處理。再將分析、處理后的交通信息直接可視化地呈現(xiàn)出來。從ArcGIS電子地圖中可以清晰地觀測出路段的狀態(tài)（由線的粗細不同表示，細代表暢通，粗代表擁堵），標明了路段上交通的飽和度，即擁堵程度。路段、通道和路網(wǎng)的詳細道路交通信息及綜合交通信息可通過交通狀態(tài)查詢窗口顯示。

圖2 動態(tài)交通信息查詢可視化平臺Fig.2 Dynamic traffic information visualization platform

3.2.2 路段、通道和路網(wǎng)動態(tài)交通信息查詢

路段、通道和路網(wǎng)詳細道路交通信息及綜合交通信息可通過路段、通道和路網(wǎng)動態(tài)交通信息查詢窗口顯示。在圖3中顯示了某省高等級公路網(wǎng)的各路段、通道和路網(wǎng)的基本信息、交通狀態(tài)信息和交通管控等詳細信息，主要包括：路段編號、路段名稱、路段長度、道路等級、通行能力、平均速度、車流密度、交通量、飽和度（V／C）、交通狀態(tài)、歸屬城市、歸屬線路、預計行程時間、通行限制、交通設(shè)施、道路結(jié)構(gòu)物、交通標志、交通事件、交通管制、氣象信息、出行提示信息，可為公路網(wǎng)提供直觀可視的狀態(tài)預警支持。

3.3 面向公路使用者的出行信息服務功能設(shè)計與實現(xiàn)

1）全信息誘導服務。針對當前出行誘導路徑信息量少的特點，為向出行者提供更優(yōu)質(zhì)出行誘導服務，提出一種全信息誘導概念。所謂全信息誘導是指：當出行者向交通信息服務中心請求路徑誘導服務的時候，交通服務中心應綜合利用本地所掌控的全部與出行路徑有關(guān)的信息為出行者提供明確的出行誘導路徑，同時將路徑上的各類影響交通出行的信息都進行合理組織、編排發(fā)給請求出行誘導服務的出行者，出行者接受到的誘導路徑即為全信息誘導路徑。一條完整的全新誘導路徑應包括如下信息：途經(jīng)路段的基本信息、途經(jīng)路段的交通狀態(tài)信息、交通管制、通信限制、交通設(shè)施、道路結(jié)構(gòu)物、重要交通標志、交通事件、氣象信息、出行提示信息。

圖3 公路網(wǎng)路段、通道和路網(wǎng)動態(tài)交通信息查詢平臺Fig.3 The searching platform of highway network segments，etc.

該模塊為出行者提供了4種路徑查詢類型，分別是：最短路徑、最快路徑、高速優(yōu)先、國省道優(yōu)先。以西安到靖邊的路徑查詢?yōu)槔寒旤c擊搜索時，路徑在ArcGIS地圖中進行高亮顯示，見圖4，出行者就可以直觀獲知路徑的走向，同時還會彈出全信息路徑窗口，見圖5。因此，出行者在制定出行計劃時，可根據(jù)自身出行偏好定制多條出行路徑，通過比較路徑的全信息內(nèi)容和路徑的綜合評價信息，選擇最合適的出行路徑。2）交通信息發(fā)布。基于Arc GIS平臺動態(tài)發(fā)布交通信息便于公路出行者及時掌控信息所描述事件的影響范圍和預計影響時間，也易于公路交通管理者根據(jù)路網(wǎng)影響區(qū)域選擇信息的發(fā)布群體與時機，實現(xiàn)公路網(wǎng)調(diào)度的準確、快速、高效。

圖4 某省公路網(wǎng)路段綜合信息平臺Fig.4 Integrated information platform of a provincial highway network segment

圖5 全信息路徑內(nèi)容Fig.5 Content of full information paths

通過及時、準確獲取的公路網(wǎng)道路交通信息，該交通信息發(fā)布平臺可動態(tài)向公眾發(fā)布三類與公路交通出行相關(guān)的信息：交通狀態(tài)預警信息、臨時交通管制信息、交通氣象信息。其中，交通狀態(tài)預警信息包括路段、通道和路網(wǎng)的狀態(tài)預警信息；臨時交通管制信息包括路段、通道、路網(wǎng)的限速、限重、限高、限貨、限行、道路封閉、單幅雙向通行等信息；交通氣象信息包括對高等級公路網(wǎng)路段、通道、路網(wǎng)的惡劣天氣的預報，如霧、雨、雪、風、冰雹、沙塵暴等。

4 結(jié)束語

公路網(wǎng)交通管理和信息服務系統(tǒng)的建設(shè)是一項系統(tǒng)工程。近年來，隨著社會、經(jīng)濟的快速發(fā)展，日益快速增長的機動車保有量給現(xiàn)有的公路網(wǎng)帶來了前所未有的壓力，公路網(wǎng)中局部區(qū)域交通事故及擁堵頻繁發(fā)生，嚴重影響了路網(wǎng)的運輸效率及當?shù)亟?jīng)濟的健康發(fā)展。如何科學、合理地運用公路網(wǎng)調(diào)度技術(shù)平衡路網(wǎng)時空資源，緩解當前公路網(wǎng)運輸?shù)木o張壓力，實現(xiàn)公路網(wǎng)運輸?shù)目焖佟踩?、高效成為當前公路交通科技工作者的研究熱點之一。

本文綜合考慮未來公路交通事業(yè)的發(fā)展狀況、運營管理的客觀需求，進行了符合中國國情的公路網(wǎng)交通管理和信息服務系統(tǒng)的總體設(shè)計。結(jié)合省域公路網(wǎng)調(diào)度體系的現(xiàn)狀和存在的問題，分別針對交通管理者和道路使用者進行公路網(wǎng)調(diào)度需求分析及調(diào)度平臺設(shè)計。該調(diào)度系統(tǒng)綜合了交通信息采集、信息分析、信息發(fā)布以及突發(fā)事件指揮調(diào)度等多個系統(tǒng)的整體功能，通過該平臺的建設(shè)可以加強省域公路網(wǎng)應對不利交通、事故的能力，有助于提高省域公路網(wǎng)運營管理的現(xiàn)代化程度，保障省域公路網(wǎng)安全、高效的運行。

［1］ Cronin B E.Attracting，recruiting，and retaining skilled staff for transportation system operations and management［M］.Washington，DC.：Transportation Research Board of the National Acadenies，2012.

［2］ Markow M J.Performance－based maintenance and operations management［J］.Maintenance Management，2012，59（7）：121－135.

［3］ Nowak K，Mazurkiewicz J.Approach to methods of network services exploitation［J］.Complex Systems and Dependability.Springer，2012（170）：165－178.

［4］ Milan S V，Villagra J，Godoy J，et al.An intelligent V2I－based traffic management system ［J］.Intelligent Transportation Systems，IEEE Transac－tions on，2012，13（1）：49－58.

［5］ 楊兆升，保麗霞，朱國華.深圳市綜合交通信息平臺系統(tǒng)分析與設(shè)計［J］.公路交通科技，2005（2）：100－103.

［6］ 馬永鋒，陸 鍵，項喬君，等.省域公路出行者信息系統(tǒng)規(guī)劃方法研究［J］.公路交通科技，2008（2）：127－133.

［7］ 趙海娟，陳志宇.省域公路網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)的出行者信息發(fā)布方法研究［J］.交通運輸工程與信息學報，2009（4）：63－67.

［8］ Zhang He，Yao Di，Wang Wei.Port－h(huán)ighway scheduling optimization model based on real－time information of vehicles and cargoes［J］.Journal of Southeast University（Natural Science Edition），2012，42（4）：779－783.