大數(shù)據(jù)背景下公路非現(xiàn)場執(zhí)法點(diǎn)位布局探討

安 睿，郭英男，林時(shí)金，徐國山

（1.天津市政工程設(shè)計(jì)研究總院有限公司，天津 300392；2.天津市公路事業(yè)發(fā)展服務(wù)中心，天津 300110）

2020年底全國高速公路全面實(shí)現(xiàn)入口治超，公路治超壓力集中轉(zhuǎn)向普通國省干線公路。由于傳統(tǒng)的超限檢測站、流動(dòng)執(zhí)法存在一定限制，如何有效擴(kuò)展超限檢測站的時(shí)空范圍，緩解執(zhí)法力量不足，加強(qiáng)公路治超力度成為當(dāng)前交通運(yùn)輸執(zhí)法部門面臨的突出問題。非現(xiàn)場治超執(zhí)法作為一種新興執(zhí)法模式，以全天候?qū)崟r(shí)檢測、空間覆蓋率更高、土地資源與建設(shè)資金更少等優(yōu)勢成為治超執(zhí)法發(fā)展方向。非現(xiàn)場治超執(zhí)法系統(tǒng)主要依靠精確的動(dòng)態(tài)稱重和車牌識別設(shè)備[1]，自動(dòng)采集貨車違法信息，通過信息化平臺實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)自動(dòng)判別，以此來認(rèn)定貨車是否存在超限、超載的違法行為。系統(tǒng)由外場終端和應(yīng)用系統(tǒng)兩部分組成，其中外場終端主要設(shè)備包括動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)、車輛輪廓測量系統(tǒng)、車牌識別系統(tǒng)、信息顯示系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、安全保障系統(tǒng)6部分[2]。應(yīng)用系統(tǒng)主要包括云平臺及存儲設(shè)備、數(shù)據(jù)資源、業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)3部分。通過外場終端與應(yīng)用系統(tǒng)數(shù)據(jù)交互，實(shí)現(xiàn)對超限超載違法行為的實(shí)時(shí)在線識別與反饋。

為進(jìn)一步提高非現(xiàn)場執(zhí)法點(diǎn)位規(guī)劃的精準(zhǔn)性，提升治超設(shè)施的利用效率，本文以天津市為例，基于大數(shù)據(jù)識別貨運(yùn)通道，研究執(zhí)法點(diǎn)位的布局。

1 基于交通大數(shù)據(jù)的貨運(yùn)通道分析

1.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)概況

貨運(yùn)車輛裝載的衛(wèi)星定位裝置可以全天候傳輸車輛位置信息，從而得到車輛用數(shù)據(jù)點(diǎn)連接出的行駛軌跡線和時(shí)間信息。本文以12 t以上貨車衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)開展研究。

12 t及以上貨車衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)一日分布數(shù)據(jù)不存在明顯的峰谷差別，分布相對均勻，夜間數(shù)據(jù)量較白天稍低，但不會對交通運(yùn)行狀態(tài)產(chǎn)生太大影響，部分時(shí)段會有少許波動(dòng)，不影響數(shù)據(jù)使用。見圖1。

圖1 12 t及以上貨車一日內(nèi)數(shù)據(jù)

1.2 路徑匹配算法

對12 t以上貨車衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)歸納整理后與路網(wǎng)數(shù)據(jù)做匹配處理，由于面向天津市全域，涉及地圖范圍較大，無法使用傳統(tǒng)地圖匹配方法[3]；采用基于網(wǎng)格索引的方式對GIS道路網(wǎng)進(jìn)行匹配計(jì)算。

網(wǎng)格索引的主要任務(wù)是將衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)對應(yīng)到GIS道路網(wǎng)絡(luò)上，形成連續(xù)的行駛道路序列；對應(yīng)過程涉及到點(diǎn)與不同道路路段的距離及軌跡前進(jìn)方向與道路方向的匹配度[4]。以圖2為例，介紹具體算法流程。

圖2 路徑匹配算法概念

1）對路徑匹配涉及的區(qū)域制作50 m×50 m的覆蓋網(wǎng)格。

2）對任意匹配的點(diǎn)P2，通過空間映射關(guān)系檢索，找到其所在的網(wǎng)格及距離其最近的3個(gè)網(wǎng)格并找到這些網(wǎng)格空間內(nèi)相關(guān)的GIS路網(wǎng)路段link1、link2、link4和link5。

3）計(jì)算P2前一點(diǎn)P1到P2的方位角V2（1方位角一般以正北方向?yàn)?°）。

4）計(jì)算所有找到的相關(guān)路段方位角。

5）計(jì)算P2到P1向與相關(guān)路段的夾角，保留夾角方向＜15°的路段：若路段唯一則該路段為對應(yīng)匹配路段；若不唯一，則選取距P2最近的路段為匹配路段。

根據(jù)出行路徑匹配結(jié)果可得到一次貨車出行的完整OD空間信息。相鄰兩次停留點(diǎn)按前后時(shí)間順序分別為出行起終點(diǎn)。從起點(diǎn)到終點(diǎn)的GIS網(wǎng)絡(luò)路段序列{link1，link2，……，link5}為車輛行駛路徑，得到全部車輛的路徑后，按路段編號累加求和得到每個(gè)路貨車交通量情況。見圖3。

圖3 出行信息提取

1.3 集疏運(yùn)主要貨運(yùn)通道分析

為反映真實(shí)交通量，采用識別單輛汽車通行路徑數(shù)據(jù)；再以路段為單位進(jìn)行多條單軌跡疊加的交通量計(jì)算方法，即路段通行頻次[5]，根據(jù)路段通行頻次指標(biāo)，識別出關(guān)鍵集疏運(yùn)通道與路段。見表1。

表1 12 t重載貨車軌跡數(shù)據(jù)記錄

對擬合后的單條貨運(yùn)車輛運(yùn)行軌跡進(jìn)行疊加，得到整體貨運(yùn)車輛的軌跡。以路段為統(tǒng)計(jì)單位，對路段內(nèi)的交通量進(jìn)行匯總，形成集疏運(yùn)貨車路網(wǎng)交通量分布。目前，大貨車、特大貨車是超限超載主要源頭，根據(jù)分析結(jié)果：當(dāng)前國道中大部分道路貨車流量均超過3 000輛/d，其中又以G233津圍公路、G102京哈公路、G205津榆公路等道路貨車流量最高，已超過6 000輛/d；省道中有41條道路貨車流量超過3 000輛/d，其中S307梅豐公路已超過1萬輛/d，S218漢北路、S206港塘路也向1萬輛/d的規(guī)模逼近?；谛l(wèi)星定位數(shù)據(jù)的建模分析結(jié)果與天津市公路交調(diào)數(shù)據(jù)結(jié)果趨勢基本一致。見圖4。

圖4 天津市干線公路中重型貨車流量分布

2 點(diǎn)位布局方案

2.1 布局方法

為提升非現(xiàn)場執(zhí)法點(diǎn)位布局的科學(xué)性和準(zhǔn)確性，在設(shè)施布局方法上，結(jié)合天津市貨運(yùn)交通特點(diǎn)及既有的62處非現(xiàn)場執(zhí)法點(diǎn)，按照重點(diǎn)貨運(yùn)通道防護(hù)、省界防護(hù)、特殊橋梁防護(hù)以及消除普通國省干線公路治超盲點(diǎn)4種方式進(jìn)行布局。

1）強(qiáng)化重點(diǎn)貨運(yùn)通道防護(hù)。根據(jù)交通模型的分配結(jié)果確定主要貨運(yùn)通道，通過主要貨運(yùn)通道的執(zhí)法監(jiān)控可以實(shí)現(xiàn)資源利用效率的最大化，擴(kuò)大貨車檢測范圍，提升檢測效率[6]。

重點(diǎn)貨運(yùn)通道的認(rèn)定可通過公路日均貨車流量進(jìn)行判斷[7]。以流量＞3 000輛/d作為重點(diǎn)貨運(yùn)通道認(rèn)定標(biāo)準(zhǔn)，共規(guī)劃新建重點(diǎn)貨運(yùn)通道動(dòng)態(tài)監(jiān)測設(shè)施6處。

2）強(qiáng)化省界防護(hù)。天津市位于東北與華北貨運(yùn)大通道的重要節(jié)點(diǎn)上，過境貨運(yùn)交通較多，對所有省界入口布設(shè)治超設(shè)施，可實(shí)現(xiàn)對進(jìn)入天津市的貨運(yùn)車輛全量檢測，及時(shí)發(fā)現(xiàn)超限超載車輛。對全部普通國省干線公路省界及縣道的一級公路進(jìn)行布防[8]，綜合考慮河北省、北京市省界治超設(shè)施布局情況，在天津市省界布局非現(xiàn)場執(zhí)法設(shè)施27處，實(shí)現(xiàn)省界入口的治超設(shè)施覆蓋率100%。

3）強(qiáng)化特殊橋梁防護(hù)。橋梁是溝通河流兩岸的重要基礎(chǔ)設(shè)施，可通過兩側(cè)布局非現(xiàn)場執(zhí)法點(diǎn)位實(shí)現(xiàn)防護(hù)，規(guī)劃新建非現(xiàn)場執(zhí)法點(diǎn)位3處，實(shí)現(xiàn)對天津市特殊橋梁的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測。

4）消除治超盲點(diǎn)。在省界、橋梁、重點(diǎn)貨運(yùn)通道以外，部分道路通行條件好、現(xiàn)狀貨車流量較小的公路易成為大力治超下貨車的潛在通行路徑。對當(dāng)前貨車流量不大，但有“百噸王”貨車通行的路徑進(jìn)行分析，在關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)布局非現(xiàn)場執(zhí)法點(diǎn)位，強(qiáng)化治超盲點(diǎn)設(shè)施布局，預(yù)防超限貨車借道通行，共規(guī)劃新增規(guī)劃公路非現(xiàn)場執(zhí)法點(diǎn)位10處。

2.2 布局方案

天津市治超非現(xiàn)場執(zhí)法系統(tǒng)規(guī)劃新增布局46處，與既有62處動(dòng)態(tài)監(jiān)測設(shè)施共同形成治超防線，有效形成對貨運(yùn)通道和重要節(jié)點(diǎn)的覆蓋，超限檢測站、超限檢測點(diǎn)、非現(xiàn)場執(zhí)法設(shè)施、高速公路出入口治超設(shè)施共同構(gòu)成治超網(wǎng)絡(luò)。見圖5。

圖5 天津市治超非現(xiàn)場執(zhí)法點(diǎn)位布局

3 結(jié)語

建設(shè)治超非現(xiàn)場執(zhí)法系統(tǒng)是提升科技治超水平的重要探索，做好非現(xiàn)場執(zhí)法點(diǎn)位布局對提升執(zhí)法效率、保障運(yùn)輸安全、優(yōu)化資源配置具有重要意義。本文以天津市治超非現(xiàn)場執(zhí)法點(diǎn)位規(guī)劃為依托，闡述了基于貨車大數(shù)據(jù)識別關(guān)鍵集疏運(yùn)通道與路段的方法，用于支撐非現(xiàn)場執(zhí)法設(shè)施的規(guī)劃布局，以達(dá)到布局科學(xué)、效率最優(yōu)的目標(biāo)，為治超非現(xiàn)場執(zhí)法設(shè)施規(guī)劃布局提供參考。