大数据背景下公路非现场执法点位布局探讨

安 睿，郭英男，林时金，徐国山

（1.天津市政工程设计研究总院有限公司，天津 300392；2.天津市公路事业发展服务中心，天津 300110）

2020年底全国高速公路全面实现入口治超，公路治超压力集中转向普通国省干线公路。由于传统的超限检测站、流动执法存在一定限制，如何有效扩展超限检测站的时空范围，缓解执法力量不足，加强公路治超力度成为当前交通运输执法部门面临的突出问题。非现场治超执法作为一种新兴执法模式，以全天候实时检测、空间覆盖率更高、土地资源与建设资金更少等优势成为治超执法发展方向。非现场治超执法系统主要依靠精确的动态称重和车牌识别设备[1]，自动采集货车违法信息，通过信息化平台实现数据自动判别，以此来认定货车是否存在超限、超载的违法行为。系统由外场终端和应用系统两部分组成，其中外场终端主要设备包括动态称重系统、车辆轮廓测量系统、车牌识别系统、信息显示系统、视频监控系统、安全保障系统6部分[2]。应用系统主要包括云平台及存储设备、数据资源、业务应用系统3部分。通过外场终端与应用系统数据交互，实现对超限超载违法行为的实时在线识别与反馈。

为进一步提高非现场执法点位规划的精准性，提升治超设施的利用效率，本文以天津市为例，基于大数据识别货运通道，研究执法点位的布局。

1 基于交通大数据的货运通道分析

1.1 基础数据概况

货运车辆装载的卫星定位装置可以全天候传输车辆位置信息，从而得到车辆用数据点连接出的行驶轨迹线和时间信息。本文以12 t以上货车卫星定位数据开展研究。

12 t及以上货车卫星定位数据一日分布数据不存在明显的峰谷差别，分布相对均匀，夜间数据量较白天稍低，但不会对交通运行状态产生太大影响，部分时段会有少许波动，不影响数据使用。见图1。

图1 12 t及以上货车一日内数据

1.2 路径匹配算法

对12 t以上货车卫星定位数据归纳整理后与路网数据做匹配处理，由于面向天津市全域，涉及地图范围较大，无法使用传统地图匹配方法[3]；采用基于网格索引的方式对GIS道路网进行匹配计算。

网格索引的主要任务是将卫星定位数据对应到GIS道路网络上，形成连续的行驶道路序列；对应过程涉及到点与不同道路路段的距离及轨迹前进方向与道路方向的匹配度[4]。以图2为例，介绍具体算法流程。

图2 路径匹配算法概念

1）对路径匹配涉及的区域制作50 m×50 m的覆盖网格。

2）对任意匹配的点P2，通过空间映射关系检索，找到其所在的网格及距离其最近的3个网格并找到这些网格空间内相关的GIS路网路段link1、link2、link4和link5。

3）计算P2前一点P1到P2的方位角V2（1方位角一般以正北方向为0°）。

4）计算所有找到的相关路段方位角。

5）计算P2到P1向与相关路段的夹角，保留夹角方向＜15°的路段：若路段唯一则该路段为对应匹配路段；若不唯一，则选取距P2最近的路段为匹配路段。

根据出行路径匹配结果可得到一次货车出行的完整OD空间信息。相邻两次停留点按前后时间顺序分别为出行起终点。从起点到终点的GIS网络路段序列{link1，link2，……，link5}为车辆行驶路径，得到全部车辆的路径后，按路段编号累加求和得到每个路货车交通量情况。见图3。

图3 出行信息提取

1.3 集疏运主要货运通道分析

为反映真实交通量，采用识别单辆汽车通行路径数据；再以路段为单位进行多条单轨迹叠加的交通量计算方法，即路段通行频次[5]，根据路段通行频次指标，识别出关键集疏运通道与路段。见表1。

表1 12 t重载货车轨迹数据记录

对拟合后的单条货运车辆运行轨迹进行叠加，得到整体货运车辆的轨迹。以路段为统计单位，对路段内的交通量进行汇总，形成集疏运货车路网交通量分布。目前，大货车、特大货车是超限超载主要源头，根据分析结果：当前国道中大部分道路货车流量均超过3 000辆/d，其中又以G233津围公路、G102京哈公路、G205津榆公路等道路货车流量最高，已超过6 000辆/d；省道中有41条道路货车流量超过3 000辆/d，其中S307梅丰公路已超过1万辆/d，S218汉北路、S206港塘路也向1万辆/d的规模逼近。基于卫星定位数据的建模分析结果与天津市公路交调数据结果趋势基本一致。见图4。

图4 天津市干线公路中重型货车流量分布

2 点位布局方案

2.1 布局方法

为提升非现场执法点位布局的科学性和准确性，在设施布局方法上，结合天津市货运交通特点及既有的62处非现场执法点，按照重点货运通道防护、省界防护、特殊桥梁防护以及消除普通国省干线公路治超盲点4种方式进行布局。

1）强化重点货运通道防护。根据交通模型的分配结果确定主要货运通道，通过主要货运通道的执法监控可以实现资源利用效率的最大化，扩大货车检测范围，提升检测效率[6]。

重点货运通道的认定可通过公路日均货车流量进行判断[7]。以流量＞3 000辆/d作为重点货运通道认定标准，共规划新建重点货运通道动态监测设施6处。

2）强化省界防护。天津市位于东北与华北货运大通道的重要节点上，过境货运交通较多，对所有省界入口布设治超设施，可实现对进入天津市的货运车辆全量检测，及时发现超限超载车辆。对全部普通国省干线公路省界及县道的一级公路进行布防[8]，综合考虑河北省、北京市省界治超设施布局情况，在天津市省界布局非现场执法设施27处，实现省界入口的治超设施覆盖率100%。

3）强化特殊桥梁防护。桥梁是沟通河流两岸的重要基础设施，可通过两侧布局非现场执法点位实现防护，规划新建非现场执法点位3处，实现对天津市特殊桥梁的实时动态监测。

4）消除治超盲点。在省界、桥梁、重点货运通道以外，部分道路通行条件好、现状货车流量较小的公路易成为大力治超下货车的潜在通行路径。对当前货车流量不大，但有“百吨王”货车通行的路径进行分析，在关键节点布局非现场执法点位，强化治超盲点设施布局，预防超限货车借道通行，共规划新增规划公路非现场执法点位10处。

2.2 布局方案

天津市治超非现场执法系统规划新增布局46处，与既有62处动态监测设施共同形成治超防线，有效形成对货运通道和重要节点的覆盖，超限检测站、超限检测点、非现场执法设施、高速公路出入口治超设施共同构成治超网络。见图5。

图5 天津市治超非现场执法点位布局

3 结语

建设治超非现场执法系统是提升科技治超水平的重要探索，做好非现场执法点位布局对提升执法效率、保障运输安全、优化资源配置具有重要意义。本文以天津市治超非现场执法点位规划为依托，阐述了基于货车大数据识别关键集疏运通道与路段的方法，用于支撑非现场执法设施的规划布局，以达到布局科学、效率最优的目标，为治超非现场执法设施规划布局提供参考。