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浅析数字公路的规划与构成

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智能数字公路就是利用地理信息技术、计算机技术和通讯技术管理公路事务,以提高道路的通行能力,舒缓交通阻力,提高道路通行的安全系数,处理紧急事故等,其在交通规则、 管理和设计中已得到广泛的应用。本文简单介绍数字公路的规划与构成,供读者参考。

数字公路概述
    自20世纪90年代末,美国提出了“数字地球”的概念,此后随着信息化过程形成了“数字政府”、“数字城市”等概念,展示出21世纪将是一个信息技术高度发展的数字时代。其不仅是数字城市的重要组成部分,也是构成数字地球的基础之一,开展有关“数字公路”的研究和建立智能化的数字公路系统是实施数字城市可靠的技术保证,同时也为公路网的规划、建设、管理提供现代化的技术手段。广义的“数字公路”可以理解为对公路及其与之相关内容统一的数字化重现和认识。通俗来讲,就是将整个公路以及公路上相关的各种信息用数字化的方法输入计算机,实现在网络上的传输和处理,并使之最大限度地为公路的发展服务。其核心思想是利用数字化的手段来处理整个公路多个方面的问题,最大限度地利用资源,最为便捷的获取信息。

    智能数字公路就是利用地理信息技术、计算机技术和通讯技术管理公路事务,以提高道路的通行能力,舒缓交通阻力,提高道路通行的安全系数,处理紧急事故等等,其在交通规则、管理和设计中已得到广泛的应用。例如交通需求分析与预测、项目选择及优化、道路工程设施规划、数字化公路选线、交通灾害预测、交通动态模拟、交通管制以及辅助决策等诸多方面,已形成了专用的交通信息系统。

    其的具体技术实现体现在公路建设管理中,就是充分利用GIS(地理信息系统)、GPS(全球定位系统)、RS(遥感系统)、MIS(管理信息系统)、DSS(决策支持系统)、专家系统,以及网络、多媒体、仿真等数字化信息处理技术和网络通信技术,对公路设施数据、运行状况等进行采集,将各种数字信息加以整合并充分利用,实现动态监控和辅助决策等技术服务。

数字公路总体规划
    项目立足于干线公路的信息化建设规划,从“基本的信息采集手段”和“一定的出行者信息发布”为起点,逐步发展完善,以三个时期分阶段实施,最终实现公路管理的信息化和智能化。

    初级阶段主要体现数字公路信息服务的动态化和实时化。通过数字化信息采集手段,初步建成干线公路的数字传输网络,采用数字化的动态信息发布设施,为公路管理部门提供实时的交通运行信息,通过与路政、养护等业务应用系统信息资源的整合,为干线公路的使用者提供基本的出行信息服务。

    中期阶段将体现出数字公路信息处理自动化。结合路网调度指挥系统的建设,逐步完善多元化的信息采集手段,并进一步加强信息资源的综合利用能力,开发路网调度的运行评估系统和业务管理的决策支持系统,丰富信息发布的消息。

    为体现管理的智能化,远期阶段建立大型综合交通信息中心,并建立完善的数据交换网络,互联现有各种交通模式的信息中心和系统,为社会和个人提供广泛的交通信息服务。[nextpage]

数字公路逻辑架构设计
    “数字公路”以复杂问题简单化为出发点,建立在海量数据和大容量业务信息的基础上,覆盖了公路管理的各个方面。从信息采集、信息处理和信息发布为起点,逐步发展完善,实现公路管理的信息化和智能化。

数字公路需求分析
1、公路管理部门需求分析
公路管理部门在干线公路上的管理职能及责任主要有:
·负责公路养护工作,保证公路经常处于良好的技术状态;
·负责公路路政执法工作,保护路产路权;
·负责路网交通调度、指挥和监督;
·负责交通安全,及时消除道路安全隐患,保障道路完好。
为了履行以上职责,公路管理部门需要采集公路属性数据(公路概况、路基、路面、构造物、沿线设施、沿线环境等)、公路空间数据(地形、地质、地物等)和公路业务数据(流量数据、路政数据、养护数据)。在安全管理方面,需要用于安全审计的基本资料:公路基础数据、交通量、道路周边环境、事故统计数据等,分析鉴别交通安全隐患,改进道路的通行条件。

2、道路使用者需求分析
    人们在出行过程中(包括出行前和出行中)需要做一系列的决策行为,主要考虑出行目的、出发时间和出行路线等。出行者首先考虑的是如何迅速、准时地到达目的地;其次关注出行途中的安全;其它考虑的有舒适性、费用等。

    为了使出行者能有效地接收到这些交通信息,信息提供者需要研究信息的提供方式、信息发布的地点、发布的时效性、信息的准确性、信息发布的频度等内容。如果信息发布的目标对象中计算机普及率不高或者途中不具备访问网站的条件,那么交通信息网络的信息发布范围就会大打折扣;信息的时效性不强或者不准确,也会影响出行者在今后使用中对发布信息的接受程度,另外信息发布设施的完好性也会影响出行者对此的满意度。

数字公路构成
    数字公路由智能运营调度管理系统、事件及应急管理系统、交通信息服务系统、交通信息采集系统、交通信息分析与决策系统、电子收费系统、道路养护施工管理系统、交通信息控制系统构成。

数字公路规划设计主要结论
    采用数字化的信息采集手段,初步建成干线公路的数字传输网络,采用数字化的动态信息发布设施,为公路管理部门提供实时的交通运行信息,通过与路政、养护等业务应用系统信息资源的整合,为干线公路的使用者提供基本的出行信息服务。[nextpage]

1、交通信息采集系统
    交通监控系统通过车辆检测器、能见度检测器等检测设备实现对干线公路交通和气象参数的快速及时检测。由于国道为开放式道路,平交路口较多,所以各检测设备的布设特点及布设位置是设计方案考虑的重点。

    CCTV视频监视系统用以直观地、及时地监视公路上交通运行情况和事故现场,对特殊事件进行确认。

    交通信息采集手段还包括沿线收费站、养护工区、路政中队相关业务信息的共享,对养护、路政、交警等部门巡逻人员在公路上执勤时掌握的交通信息的采集。以及利用本部门以外机构的信息(如气象部门的信息等)来帮助交通管理。

2、交通信息发布系统
    通过设置在各收费站、服务区、转向交通流量较大的路口等处路段交通信息发布及诱导设备,同时通过与当地交通广播电台、当地交警实现联动机制,及时疏导交通,给司机提供信息,确保道路安全畅通,提高路网的整体通行能力。

3、交通区域监控中心
    在各市处分别建设一个交通区域监控中心,负责本地区所辖公路信息管理,产生控制策略,诱导交通流,形成高效、便捷的信息化路网区域管理功能。

数字公路系统功能
    数字公路系统功能主要包括路网调度、运行监控、道路监控、交通诱导、运行状况分析及辅助决策、交通信息查询、数据统计分析功能等。

路网调度
    路网调度是专用的路网管理模块;通过GIS地图可显示国省道编号(或名称)、技术等级、车道数(或路面宽度)、里程、设计交通量、实际交通量;大型桥梁、服务区、收费站、可变情报板、可变交通标志、能见度检测器位置等信息。通过电子地图显示路网交通调度业务所需的道路运行状况信息,以不同的颜色标示路段的通行状况(如绿色表示畅通、黄色标识),能对电子地图进行放大、缩小、平移等,并能对电子地图中有关路网调度业务部分的基础数据进行编辑处理。

    使用动态分段模型,建立路线桩号到空间坐标的映射关系。由于公路管理中经常使用路线编码及桩号,而空间数据存贮的是地理坐标或平面坐标,为使管理数据与空间位置准确对应起来,需要建立桩号与空间坐标的映射关系。管理者只需要录入带有路线代码与桩号的管理信息,无须进行复杂的空间数据操作,管理数据就可以及时通过空间数据反映出来。

路网交通调度业务处理模块功能可分为:
·基础信息管理;
·调度预案管理;
·调度方案管理;
·调度执行。[nextpage]

1、基础信息管理
    调度业务处理子系统的基础数据信息是实现调度管理的首要工作,也是进行调度指挥一系列工作的基础和前提,只有基础信息完备,调度方案的制定才会更加合理,调度处理工作也会更加及时有效。基础数据主要包括:路网调度指挥涉及的成员单位的基本信息,以及相关的一些基础信息的录入、管理和维护。

2、调度预案管理
    调度预案是制定调度方案的前期,系统主要是所做的天气预报、施工计划以及重大活动对交通影响的预测分析,调度人员根据系统的预测分析数据在结合调用系统保存的若干历史方案,在天气、施工、重大活动等对交通的影响:平均车速、截面流量等进行对比分析,得出堵塞具体等级的预测数据,并形成调度预案。调度预案是调度人员编制初步调度方案的依据,因此调度预案是制定最终调度方案的最重要的环节。

    调度预案的形成主要依据三个方面对交通影响的预测:根据特殊天气的预测;根据重要施工计划的预测;根据重大活动(如突发事故等)的预测。

    在调度预案模块,主要包括:预案设置、预案处理、预案维护。

3、调度方案管理
    调度方案可以说是整个调度处理活动是否成功的关键,调度方案的好坏直接关系着整个调度处理的合理性和高效性。系统提供了调度方案上报—审批—下发的流程,灵活地信息传输和快捷的网络交流平台,保证了最终的调度方案可以及时有效的生成。

    调度人员根据调度预案编制出初步调度方案(未审核确认),初步调度方案还不能直接分发,并下达指令进行调度处理,必须通过各级领导的审批和研究,确定最终调度方案之后才可以下达指令。

    初步调度方案生成之后,逐级上报进行审批,最终制定出调度方案并分发各个端点。系统根据事件的范围设定事件等级,发生在局部的直接由调度指挥分中心制定调度方案,发生在全局的由调度指挥中心制定,最终的调度方案由调度指挥中心统一分发。

    在调度方案模块,主要包括:特情信息管理、调度方案设置、领导批复、调度方案维护。

4、调度执行
    调度方案由调度指挥中心下达之后,就要进入调度处理阶段。前期所有的工作都是为调度处理服务的,调度执行主要是执行调度方案,尽快恢复路网的正常运行状态。

    为完成每个调度处理中所分配的人力、物力和资源等相关详细信息,以及现场管理的一些实际执行情况,负责人员应对此进行记录,并形成历史资料保存到系统中。

    在调度方案执行模块包括:现场执行信息管理、事件报告管理。

运行监控
    运行监控模块通过对车辆检测器、能见度检测器等外场设备数据的读取,实现对路段交通量、交调点车速以及天气能见度的自动监控。

    根据预定的各类信息分级标准,当上述数据超过设定阀值时,系统会自动向值班人员警示,自动显示异常路段名称、路段桩号、路段区间以及异常值等,并在电子地图上标示改路段;对检测及分析数据可进行人工修正。[nextpage]

    自动接受路网成员单位人工报送的相关运行信息,在前端设置报送工作站,该工作站同时提供路网运行查询功能,人工报送的信息有:本路段施工封闭及开通计划、重大交通事件。

道路监控
    前端视频采集系统将采集的视频数据编码后通过传输系统传输至监控指挥中心,经过视频解码发布到大屏幕投影和监视器等设备上。

    用户通过相应授权登陆视频发布设备,查看道路监控现场的实时图像。准确地掌握所监视路口、路段周围的车流量、交通状况等。实时的视频发布可以为工作人员提供迅速直观的信息,并对交通事故和交通堵塞作出准确判断和及时响应,实现高速公路交通的实时监控与调度。

    ·通过系统将监视区域内的现场图像传回指挥中心,使管理人员直接掌握车辆排队、堵塞等交通状况,及时调整信号或通过其他手段来疏导交通,改变交通流的分布,以达到缓解交通堵塞的目的;

    ·及时向有关部门提供各种服务(包括抢救受伤人员、拖走抛锚车辆损坏车辆、修理损坏路面损坏设备等),缩短由于交通事故(包括车辆故障)所引起的延误;

    ·通过对突发事件的发布,提高处置突发事件的能力;

    ·及时发布道路违章行为,预防事故的发生和减低事故等级。

交通诱导
    出行诱导模块是根据公路基础信息(如车道数等道路条件,路段和路网的通行能力与服务水平)和动态信息(如路段车流量、平均车速、占有率等;路网平均车速、交通流率、交通密度、拥挤度等)计算车辆出行的最短行车路线;给出畅通路线、拥挤路段;提示影响交通的气象信息和注意事项,并将这些交通信息及时地发布到路网上的可变信息标志和可变限速标志,通知驾驶员目前路网上的实时的交通运行状况,对路网上的交通流进行调节和优化,同时还可将信息发布到网站上或通过交通广播电台发布信息,调节路网上的交通需求,实现路网运输效益的最大化,提高整个路网交通运输的社会效益。

运行状况分析及辅助决策

    路网运行状况分析与辅助决策模块采用数据仓库架构。

    数据仓库架构系统包括三大部分:数据源部分、数据仓库部分和应用分析部分。

    数据源部分:包括路网交通调度指挥系统数据、内部其它相关系统数据、外部系统数据等。

    数据仓库部分:数据仓库是整个应用模块的核心,它提供统一的业务视图。业务系统中的数据,经过数据的抽取、转换和加载进入数据仓库中,用户通过查询、报表以及OLAP等工具查询分析数据仓库中的数据。

    应用分析部分:包括路段运行状况分析评价、路网容量分析评价、路网运行状况综合评价、交通事故分析评价等。

交通信息查询
    对经过汇总、统计和分析处理的路网运行信息进行分类,将涉及影响车辆正常通行、对通行车辆有限制的路况信息,通过交通信息网站、特别服务电话、交通广播电台等传输媒体向外进行发布。当然,其中不包括涉密信息以及不宜向社会公开发布的内容。

数据统计分析
    系统可以根据路网公路运营管理的要求生成和输出各类报表、图形和曲线,反映路网的运行状况,从而达到更好的管理公路的目的,本方案图文报表软件具有报表编辑、计算功能、数据库联接、生成实时报表、打印功能等。

结语
    面对当前国家大力发展交通事业,高速公路等建设开展的也是如火如荼,数字公路的出现可很好的满足当前公路的需要,采用数字手段及时了解公路的情况,遇到突发事件可及时得到解决。(作者:成晟 江苏东大智能系统科技有限公司 )

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