王 露 周繼彪 李曉偉 王龍飛

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

0 引 言

當(dāng)前，日益增長的交通需求與整個(gè)交通運(yùn)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(yán)重影響了交通運(yùn)輸系統(tǒng)的運(yùn)輸效率及社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。如何科學(xué)、合理地運(yùn)用公路網(wǎng)調(diào)度策略平衡路網(wǎng)時(shí)空資源，緩解當(dāng)前公路網(wǎng)運(yùn)輸?shù)木o張壓力，實(shí)現(xiàn)公路運(yùn)輸?shù)陌踩⒏咝?、快捷，成為學(xué)者的研究熱點(diǎn)，也成為交管部門熱切關(guān)注的重點(diǎn)。

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(yīng)用范圍的普及擴(kuò)大，使得公路網(wǎng)管理進(jìn)入了現(xiàn)代化、科學(xué)化、智能化的時(shí)代。與此同時(shí)，GIS和GPS與公路運(yùn)營管理［1］有機(jī)結(jié)合開發(fā)數(shù)字公路管理平臺(tái)，已經(jīng)成為美國［2］、歐盟［3］和日本［4］等發(fā)達(dá)國家中公路網(wǎng)調(diào)度、應(yīng)急保障領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)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(jìn)行了相關(guān)的研究，以期與國際接軌的同時(shí)適應(yīng)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(wù)系統(tǒng)，通過對路網(wǎng)交通信息的采集以及參數(shù)的實(shí)時(shí)分析，考慮基于運(yùn)輸條件的公路網(wǎng)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)特性，運(yùn)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(dǎo)車流安全、有序地行駛，實(shí)現(xiàn)公路網(wǎng)資源的有效均衡，保障公路網(wǎng)運(yùn)輸?shù)男?。通過本課題研究，以期大幅提高省域公路網(wǎng)的運(yùn)輸效率，改善省域公路網(wǎng)的調(diào)度服務(wù)水平，加強(qiáng)省域公路網(wǎng)應(yīng)對突發(fā)交通事件的能力，提高省域公路網(wǎng)運(yùn)營管理的現(xiàn)代化程度，保障公路網(wǎng)運(yùn)行的安全、高效。

1 公路網(wǎng)交通管理和信息服務(wù)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(shí)用高效的需求服務(wù)。公路網(wǎng)交通管理和信息服務(wù)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(shí)時(shí)準(zhǔn)確的交通運(yùn)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(yù)測，為決策者采取應(yīng)對措施，構(gòu)建調(diào)度指揮策略以及啟動(dòng)相應(yīng)應(yīng)急預(yù)案提供數(shù)據(jù)信息支持，也為道路使用者提供信息服務(wù)。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(wù)需求的差異性較大。不同地點(diǎn)，選擇不同出行方式的出行者在各個(gè)出行階段對交通事件、道路施工、公共服務(wù)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(wù)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(biāo)和策略

2.1 公路網(wǎng)指揮調(diào)度系統(tǒng)總體目標(biāo)

公路網(wǎng)指揮調(diào)度是應(yīng)對公路網(wǎng)運(yùn)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(shí)時(shí)分析，考慮基于運(yùn)輸條件的公路網(wǎng)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)特性，運(yùn)用各種信息發(fā)布以及相關(guān)的管制手段，引導(dǎo)車流安全、有序地行駛，實(shí)現(xiàn)公路網(wǎng)資源的有效均衡，保障公路網(wǎng)運(yùn)輸?shù)男?。其總體目標(biāo)主要為：

1）保證公路網(wǎng)運(yùn)輸?shù)陌踩惩ǎ瑢?shí)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(yùn)輸路網(wǎng)上出現(xiàn)的事故狀況，保證將人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失降到最低，減少資源、能源的浪費(fèi)，促進(jìn)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展；另一方面，運(yùn)用各種信息發(fā)布方式及交通管制手段引導(dǎo)車流安全、有序的行駛，使路網(wǎng)整體通行能力達(dá)到最大，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)路網(wǎng)資源的有效均衡。

2）強(qiáng)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(luò)，構(gòu)建點(diǎn)、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(dòng)，實(shí)施應(yīng)急聯(lián)動(dòng)處置。同時(shí)，依靠指揮調(diào)度一體化的公路網(wǎng)調(diào)度平臺(tái)，依托路政執(zhí)法車輛GPS系統(tǒng)，強(qiáng)化路網(wǎng)運(yùn)行監(jiān)管，增強(qiáng)應(yīng)急處置的快速反應(yīng)能力。

3）為公路使用者提供方便、快速、準(zhǔn)確的公路網(wǎng)信息。確保在公路網(wǎng)任何一個(gè)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(bào)板、可變信息標(biāo)志、交通信息網(wǎng)、短信平臺(tái)、手機(jī)終端等）獲知最準(zhǔn)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(jìn)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(dòng)預(yù)警系統(tǒng)對事件進(jìn)行預(yù)警分析；再次，根據(jù)預(yù)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(jìn)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(jìn)行綜合決策。詳細(xì)流程見圖1。

3 公路網(wǎng)交通管理和信息服務(wù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

3.1 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

公路網(wǎng)交通管理和信息服務(wù)系統(tǒng)應(yīng)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(wù)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，結(jié)合自身公路網(wǎng)實(shí)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(shí)現(xiàn)公路網(wǎng)交通疏導(dǎo)控制、突發(fā)事件應(yīng)急處理、路政緊急救援、特殊天氣應(yīng)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(biāo)及需求，構(gòu)建公路網(wǎng)指揮調(diào)度系統(tǒng)平臺(tái)框架。公路網(wǎng)指揮調(diào)度系統(tǒng)平臺(tái)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(gè)系統(tǒng)的整體功能，是一個(gè)綜合性的交通管理和服務(wù)系統(tǒng)。該系統(tǒng)平臺(tái)主要由3個(gè)部分組成：數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)、應(yīng)用服務(wù)平臺(tái)和調(diào)度功能平臺(tái)。從整體上來說，公路網(wǎng)交通管理和信息服務(wù)系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)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(yīng)急管理系統(tǒng)4個(gè)子系統(tǒng)，主要實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)交通信息查詢功能和出行信息服務(wù)功能。

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

動(dòng)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(shí)時(shí)了解公路交通運(yùn)行的詳細(xì)狀況。動(dòng)態(tài)交通信息查詢模塊應(yīng)實(shí)現(xiàn)路網(wǎng)、通道和全部路段的道路交通信息的顯示、存儲(chǔ)，以及整個(gè)公路網(wǎng)道路交通信息的實(shí)時(shí)監(jiān)控。公路交通管理者可隨時(shí)從數(shù)據(jù)庫中查看詳細(xì)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(tái)進(jìn)行可視化的呈現(xiàn)，便于公路交通管理者實(shí)時(shí)掌控全局路網(wǎng)的道路交通信息，及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常交通事件，并采取相應(yīng)的公路網(wǎng)交通調(diào)度策略。

出行信息服務(wù)。該功能主要面向公路使用者，便于使用者及時(shí)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(yù)測信息、預(yù)警信息以及交通組織方案信息通過各種媒介如網(wǎng)絡(luò)、車載設(shè)備、廣播、手機(jī)、VMS等發(fā)布給駕駛員和出行者，為其制定出行計(jì)劃提供依據(jù)，也可為他們在出行過程中提供實(shí)時(shí)、有效的路徑誘導(dǎo)和臨時(shí)路徑選擇支持，從而減少交通擁堵，預(yù)防二次事故發(fā)生，提高路網(wǎng)交通運(yùn)輸效率。

3.2 面向交通管理者的交通信息查詢功能設(shè)計(jì)與實(shí)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(tái)如圖2所示。平臺(tái)通過感應(yīng)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(shí)得到公路OD流量數(shù)據(jù)、交通通信網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)等交通基本信息，并對采集到的信息進(jìn)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(xì)不同表示，細(xì)代表暢通，粗代表擁堵），標(biāo)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(xì)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(dòng)態(tài)交通信息查詢可視化平臺(tái)Fig.2 Dynamic traffic information visualization platform

3.2.2 路段、通道和路網(wǎng)動(dòng)態(tài)交通信息查詢

路段、通道和路網(wǎng)詳細(xì)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(dòng)態(tài)交通信息查詢窗口顯示。在圖3中顯示了某省高等級(jí)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(xì)信息，主要包括：路段編號(hào)、路段名稱、路段長度、道路等級(jí)、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(yù)計(jì)行程時(shí)間、通行限制、交通設(shè)施、道路結(jié)構(gòu)物、交通標(biāo)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(yù)警支持。

3.3 面向公路使用者的出行信息服務(wù)功能設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1）全信息誘導(dǎo)服務(wù)。針對當(dāng)前出行誘導(dǎo)路徑信息量少的特點(diǎn)，為向出行者提供更優(yōu)質(zhì)出行誘導(dǎo)服務(wù)，提出一種全信息誘導(dǎo)概念。所謂全信息誘導(dǎo)是指：當(dāng)出行者向交通信息服務(wù)中心請求路徑誘導(dǎo)服務(wù)的時(shí)候，交通服務(wù)中心應(yīng)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(dǎo)路徑，同時(shí)將路徑上的各類影響交通出行的信息都進(jìn)行合理組織、編排發(fā)給請求出行誘導(dǎo)服務(wù)的出行者，出行者接受到的誘導(dǎo)路徑即為全信息誘導(dǎo)路徑。一條完整的全新誘導(dǎo)路徑應(yīng)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(biāo)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(dòng)態(tài)交通信息查詢平臺(tái)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?dāng)點(diǎn)擊搜索時(shí)，路徑在ArcGIS地圖中進(jìn)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(shí)還會(huì)彈出全信息路徑窗口，見圖5。因此，出行者在制定出行計(jì)劃時(shí)，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(píng)價(jià)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(tái)動(dòng)態(tài)發(fā)布交通信息便于公路出行者及時(shí)掌控信息所描述事件的影響范圍和預(yù)計(jì)影響時(shí)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(shí)機(jī)，實(shí)現(xiàn)公路網(wǎng)調(diào)度的準(zhǔn)確、快速、高效。

圖4 某省公路網(wǎng)路段綜合信息平臺(tái)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(shí)、準(zhǔn)確獲取的公路網(wǎng)道路交通信息，該交通信息發(fā)布平臺(tái)可動(dòng)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(yù)警信息、臨時(shí)交通管制信息、交通氣象信息。其中，交通狀態(tài)預(yù)警信息包括路段、通道和路網(wǎng)的狀態(tài)預(yù)警信息；臨時(shí)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(jí)公路網(wǎng)路段、通道、路網(wǎng)的惡劣天氣的預(yù)報(bào)，如霧、雨、雪、風(fēng)、冰雹、沙塵暴等。

4 結(jié)束語

公路網(wǎng)交通管理和信息服務(wù)系統(tǒng)的建設(shè)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程。近年來，隨著社會(huì)、經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，日益快速增長的機(jī)動(dòng)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(yán)重影響了路網(wǎng)的運(yùn)輸效率及當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的健康發(fā)展。如何科學(xué)、合理地運(yùn)用公路網(wǎng)調(diào)度技術(shù)平衡路網(wǎng)時(shí)空資源，緩解當(dāng)前公路網(wǎng)運(yùn)輸?shù)木o張壓力，實(shí)現(xiàn)公路網(wǎng)運(yùn)輸?shù)目焖?、安全、高效成為?dāng)前公路交通科技工作者的研究熱點(diǎn)之一。

本文綜合考慮未來公路交通事業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r、運(yùn)營管理的客觀需求，進(jìn)行了符合中國國情的公路網(wǎng)交通管理和信息服務(wù)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)。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(jìn)行公路網(wǎng)調(diào)度需求分析及調(diào)度平臺(tái)設(shè)計(jì)。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(gè)系統(tǒng)的整體功能，通過該平臺(tái)的建設(shè)可以加強(qiáng)省域公路網(wǎng)應(yīng)對不利交通、事故的能力，有助于提高省域公路網(wǎng)運(yùn)營管理的現(xiàn)代化程度，保障省域公路網(wǎng)安全、高效的運(yùn)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(tái)系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)［J］.公路交通科技，2005（2）：100－103.

［6］ 馬永鋒，陸 鍵，項(xiàng)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(yùn)輸工程與信息學(xué)報(bào)，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.