公路网交通管理和信息服务系统设计及实现＊

王 露 周继彪 李晓伟 王龙飞

（1.长安大学公路学院 西安710064；2.西安建筑科技大学土木学院 西安710055）

0 引 言

当前，日益增长的交通需求与整个交通运输系统的供给能力矛盾日益突出，公路网中局部区域交通拥堵频繁发生，严重影响了交通运输系统的运输效率及社会经济的可持续发展。如何科学、合理地运用公路网调度策略平衡路网时空资源，缓解当前公路网运输的紧张压力，实现公路运输的安全、高效、快捷，成为学者的研究热点，也成为交管部门热切关注的重点。

随着智能交通系统（intelligent transport system，ITS）深入发展，尤其是地理信息系统（geographic information system，GIS）技术和全球定位系统（global position system，GPS）逐步成熟和应用范围的普及扩大，使得公路网管理进入了现代化、科学化、智能化的时代。与此同时，GIS和GPS与公路运营管理［1］有机结合开发数字公路管理平台，已经成为美国［2］、欧盟［3］和日本［4］等发达国家中公路网调度、应急保障领域的研究热点之一。国内方面［5－8］，针对省域公路网交通出行者、路网调度等方面也进行了相关的研究，以期与国际接轨的同时适应我国国情。鉴于此，本文旨在建立一套完善的公路网交通管理和信息服务系统，通过对路网交通信息的采集以及参数的实时分析，考虑基于运输条件的公路网基础结构特性，运用各种信息发布以及相关的管制手段，确定最佳调度路线，引导车流安全、有序地行驶，实现公路网资源的有效均衡，保障公路网运输的效率。通过本课题研究，以期大幅提高省域公路网的运输效率，改善省域公路网的调度服务水平，加强省域公路网应对突发交通事件的能力，提高省域公路网运营管理的现代化程度，保障公路网运行的安全、高效。

1 公路网交通管理和信息服务需求分析

公路网指挥调度系统的主要目的是为管理者和用户提供丰富快捷、实用高效的需求服务。公路网交通管理和信息服务主要针对公路交通管理者和使用者而展开。

1）公路网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。在获得实时准确的交通运行状态信息、道路信息、气象信息以及交通事故信息等的基础上，对这些信息所提供的数据加以融合、分析和预测，为决策者采取应对措施，构建调度指挥策略以及启动相应应急预案提供数据信息支持，也为道路使用者提供信息服务。具体需求见表1。

2）公路交通使用者需求分析。公路使用者的需求主要体现在对公路相关信息的需求上，其在出行的不同阶段对信息服务需求的差异性较大。不同地点，选择不同出行方式的出行者在各个出行阶段对交通事件、道路施工、公共服务设施等方面的信息需求也不同。公路交通使用者的信息服务需求如表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 公路网指挥调度总体目标和策略

2.1 公路网指挥调度系统总体目标

公路网指挥调度是应对公路网运行故障的常规性手段之一。通过对路网交通参数的实时分析，考虑基于运输条件的公路网基础结构特性，运用各种信息发布以及相关的管制手段，引导车流安全、有序地行驶，实现公路网资源的有效均衡，保障公路网运输的效率。其总体目标主要为：

1）保证公路网运输的安全、畅通，实现公路网资源的有效均衡。一方面通过有效调度，快速处理公路运输路网上出现的事故状况，保证将人员伤亡和财产损失降到最低，减少资源、能源的浪费，促进社会、经济的可持续发展；另一方面，运用各种信息发布方式及交通管制手段引导车流安全、有序的行驶，使路网整体通行能力达到最大，进而实现路网资源的有效均衡。

2）强化公路网调度综合体制建设。构建一体化的综合信息网络，构建点、线、面结合、上下结合的大路网调度格局；开展信息互动，实施应急联动处置。同时，依靠指挥调度一体化的公路网调度平台，依托路政执法车辆GPS系统，强化路网运行监管，增强应急处置的快速反应能力。

3）为公路使用者提供方便、快速、准确的公路网信息。确保在公路网任何一个地方，不管是在出行前还是出行过程中，道路使用者都能使用最简单、最便捷的方式（例如广播、可变情报板、可变信息标志、交通信息网、短信平台、手机终端等）获知最准确的出行信息。

2.2 公路网指挥调度策略

公路网指挥调度策略可阐述为：首先利用GPS技术、GIS技术等进行事件的采集，确定事件类型、事件发生地等重要的信息；其次，启动预警系统对事件进行预警分析；再次，根据预警分析结果及现场调研情况，对调度范围内公路网通行能力进行综合分析，选择最优调度路线，发布路网信息等；最后，进行综合决策。详细流程见图1。

3 公路网交通管理和信息服务系统设计及实现

3.1 系统功能设计与实现

公路网交通管理和信息服务系统应在整合公路交通信息采集系统、公路交通信息分析系统以及公路信息服务系统的基础上，结合自身公路网实际状况，建立公路网综合指挥调度系统（见图1），以期实现公路网交通疏导控制、突发事件应急处理、路政紧急救援、特殊天气应急处置等目的，根据公路网指挥调度系统总体目标及需求，构建公路网指挥调度系统平台框架。公路网指挥调度系统平台综合了交通基础数据信息采集、数据分析、信息发布以及突发事件指挥调度等多个系统的整体功能，是一个综合性的交通管理和服务系统。该系统平台主要由3个部分组成：数据服务平台、应用服务平台和调度功能平台。从整体上来说，公路网交通管理和信息服务系统功能设计主要包括公路交通信息采集系统、信息分析系统、信息发布系统以及应急管理系统4个子系统，主要实现动态交通信息查询功能和出行信息服务功能。

图1 公路网指挥调度策略图Fig.1 Highway network dispatching strategy map

动态交通信息查询。该功能主要面向公路交通管理者，便于管理者实时了解公路交通运行的详细状况。动态交通信息查询模块应实现路网、通道和全部路段的道路交通信息的显示、存储，以及整个公路网道路交通信息的实时监控。公路交通管理者可随时从数据库中查看详细的路网、通道、路段的道路交通信息，每条路段的交通信息都可以通过ArcGIS平台进行可视化的呈现，便于公路交通管理者实时掌控全局路网的道路交通信息，及时发现异常交通事件，并采取相应的公路网交通调度策略。

出行信息服务。该功能主要面向公路使用者，便于使用者及时掌握出行路线上的道路交通信息。该模块可将道路交通信息、交通预测信息、预警信息以及交通组织方案信息通过各种媒介如网络、车载设备、广播、手机、VMS等发布给驾驶员和出行者，为其制定出行计划提供依据，也可为他们在出行过程中提供实时、有效的路径诱导和临时路径选择支持，从而减少交通拥堵，预防二次事故发生，提高路网交通运输效率。

3.2 面向交通管理者的交通信息查询功能设计与实现

3.2.1 基于ArcGIS的交通信息可视化展现

基于ArcGIS的公路网道路交通信息可视化平台如图2所示。平台通过感应线圈、GPS车辆终端、人工巡查等方式采集基础交通流数据，同时得到公路OD流量数据、交通通信网络状态等交通基本信息，并对采集到的信息进行分析和处理。再将分析、处理后的交通信息直接可视化地呈现出来。从ArcGIS电子地图中可以清晰地观测出路段的状态（由线的粗细不同表示，细代表畅通，粗代表拥堵），标明了路段上交通的饱和度，即拥堵程度。路段、通道和路网的详细道路交通信息及综合交通信息可通过交通状态查询窗口显示。

图2 动态交通信息查询可视化平台Fig.2 Dynamic traffic information visualization platform

3.2.2 路段、通道和路网动态交通信息查询

路段、通道和路网详细道路交通信息及综合交通信息可通过路段、通道和路网动态交通信息查询窗口显示。在图3中显示了某省高等级公路网的各路段、通道和路网的基本信息、交通状态信息和交通管控等详细信息，主要包括：路段编号、路段名称、路段长度、道路等级、通行能力、平均速度、车流密度、交通量、饱和度（V／C）、交通状态、归属城市、归属线路、预计行程时间、通行限制、交通设施、道路结构物、交通标志、交通事件、交通管制、气象信息、出行提示信息，可为公路网提供直观可视的状态预警支持。

3.3 面向公路使用者的出行信息服务功能设计与实现

1）全信息诱导服务。针对当前出行诱导路径信息量少的特点，为向出行者提供更优质出行诱导服务，提出一种全信息诱导概念。所谓全信息诱导是指：当出行者向交通信息服务中心请求路径诱导服务的时候，交通服务中心应综合利用本地所掌控的全部与出行路径有关的信息为出行者提供明确的出行诱导路径，同时将路径上的各类影响交通出行的信息都进行合理组织、编排发给请求出行诱导服务的出行者，出行者接受到的诱导路径即为全信息诱导路径。一条完整的全新诱导路径应包括如下信息：途经路段的基本信息、途经路段的交通状态信息、交通管制、通信限制、交通设施、道路结构物、重要交通标志、交通事件、气象信息、出行提示信息。

图3 公路网路段、通道和路网动态交通信息查询平台Fig.3 The searching platform of highway network segments，etc.

该模块为出行者提供了4种路径查询类型，分别是：最短路径、最快路径、高速优先、国省道优先。以西安到靖边的路径查询为例：当点击搜索时，路径在ArcGIS地图中进行高亮显示，见图4，出行者就可以直观获知路径的走向，同时还会弹出全信息路径窗口，见图5。因此，出行者在制定出行计划时，可根据自身出行偏好定制多条出行路径，通过比较路径的全信息内容和路径的综合评价信息，选择最合适的出行路径。2）交通信息发布。基于Arc GIS平台动态发布交通信息便于公路出行者及时掌控信息所描述事件的影响范围和预计影响时间，也易于公路交通管理者根据路网影响区域选择信息的发布群体与时机，实现公路网调度的准确、快速、高效。

图4 某省公路网路段综合信息平台Fig.4 Integrated information platform of a provincial highway network segment

图5 全信息路径内容Fig.5 Content of full information paths

通过及时、准确获取的公路网道路交通信息，该交通信息发布平台可动态向公众发布三类与公路交通出行相关的信息：交通状态预警信息、临时交通管制信息、交通气象信息。其中，交通状态预警信息包括路段、通道和路网的状态预警信息；临时交通管制信息包括路段、通道、路网的限速、限重、限高、限货、限行、道路封闭、单幅双向通行等信息；交通气象信息包括对高等级公路网路段、通道、路网的恶劣天气的预报，如雾、雨、雪、风、冰雹、沙尘暴等。

4 结束语

公路网交通管理和信息服务系统的建设是一项系统工程。近年来，随着社会、经济的快速发展，日益快速增长的机动车保有量给现有的公路网带来了前所未有的压力，公路网中局部区域交通事故及拥堵频繁发生，严重影响了路网的运输效率及当地经济的健康发展。如何科学、合理地运用公路网调度技术平衡路网时空资源，缓解当前公路网运输的紧张压力，实现公路网运输的快速、安全、高效成为当前公路交通科技工作者的研究热点之一。

本文综合考虑未来公路交通事业的发展状况、运营管理的客观需求，进行了符合中国国情的公路网交通管理和信息服务系统的总体设计。结合省域公路网调度体系的现状和存在的问题，分别针对交通管理者和道路使用者进行公路网调度需求分析及调度平台设计。该调度系统综合了交通信息采集、信息分析、信息发布以及突发事件指挥调度等多个系统的整体功能，通过该平台的建设可以加强省域公路网应对不利交通、事故的能力，有助于提高省域公路网运营管理的现代化程度，保障省域公路网安全、高效的运行。

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