道路交通安全預(yù)警信息采集機(jī)制研究

□任 靜 華韶陽 朱 茵

當(dāng)前，我國交通智能化水平不斷提高，城市道路交通信息采集機(jī)制也在不斷完善，數(shù)據(jù)對于交通領(lǐng)域而言變得至關(guān)重要。交通管理部門的各項(xiàng)決策都是建立在數(shù)據(jù)采集的基礎(chǔ)上，沒有數(shù)據(jù)，決策無從談起。目前在我國大中型城市，已初具規(guī)模的各類信息采集系統(tǒng)為獲取海量的動(dòng)態(tài)交通信息提供了基礎(chǔ)保障，從而實(shí)現(xiàn)了交通管理部門對道路交通日常管理的電子化、高效化，并在治理城市交通擁堵等方面取得了一定成效。但是，由于現(xiàn)階段采集的海量數(shù)據(jù)缺乏統(tǒng)一、規(guī)范的組織、處理、融合、挖掘，相關(guān)部門對各類交通信息，尤其是道路交通安全預(yù)警信息的利用率仍處于較低水平。

一、預(yù)警信息采集準(zhǔn)則

預(yù)警信息其實(shí)質(zhì)是交通信息的一種，具備能夠?qū)崟r(shí)、準(zhǔn)確、全面、靈敏地反映出交通安全變化趨勢的功能。采集預(yù)警信息是整個(gè)預(yù)警過程的基礎(chǔ)，而預(yù)警信息的準(zhǔn)確、及時(shí)、全面與否則將直接影響最終的預(yù)警效果，其重要性不言而喻。

在大量冗雜的交通信息中篩選出準(zhǔn)確、及時(shí)、全面的預(yù)警信息的準(zhǔn)則取決于預(yù)警指標(biāo)體系。所謂預(yù)警指標(biāo)體系，其實(shí)是由一系列單項(xiàng)指標(biāo)所構(gòu)成的合集。這些單項(xiàng)指標(biāo)在道路交通安全預(yù)警運(yùn)行機(jī)制中相互關(guān)聯(lián)并且能夠表達(dá)道路交通安全運(yùn)行狀態(tài)。為了得到準(zhǔn)確的預(yù)警預(yù)報(bào)，首先要建立科學(xué)合理的預(yù)警指標(biāo)體系，以作為采集、處理、分析、研判預(yù)警信息的準(zhǔn)則。筆者將預(yù)警指標(biāo)體系分為宏觀與微觀兩個(gè)層面分別予以建立。在宏觀層面，由構(gòu)成道路交通系統(tǒng)的四要素組成，即交通參與者、車輛、道路和交通環(huán)境；而微觀層面主要由道路交通的運(yùn)行參數(shù)構(gòu)成。

二、預(yù)警信息采集模型

預(yù)警信息的處理與篩選工作是整個(gè)預(yù)警信息采集機(jī)制的核心內(nèi)容，它需要依靠科學(xué)高效的預(yù)警信息采集模型來完成。預(yù)警模型的構(gòu)建取決于輸入交通信息的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、輸出預(yù)警信息的類型以及預(yù)警指標(biāo)體系的標(biāo)準(zhǔn)。依據(jù)上文所述，將預(yù)警信息分為宏觀預(yù)警信息和微觀預(yù)警信息兩類。宏觀預(yù)警信息是指宏觀預(yù)警指標(biāo)所對應(yīng)的交通信息，例如，人口密度信息、機(jī)動(dòng)車保有量信息、路網(wǎng)密度信息、路口燈控率信息等；微觀預(yù)警信息是指微觀預(yù)警指標(biāo)所對應(yīng)的交通信息，例如，交通流量信息、排隊(duì)長度信息、飽和度信息等。同理，對應(yīng)將預(yù)警模型也分為兩類。宏觀預(yù)警信息采集模型針對于宏觀預(yù)警信息，它從眾多宏觀交通數(shù)據(jù)中，篩選出宏觀預(yù)警指標(biāo)所對應(yīng)的交通數(shù)據(jù)；微觀預(yù)警信息采集模型負(fù)責(zé)處理微觀預(yù)警信息，將交通檢測器所檢測得到的大量交通數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，篩選出微觀預(yù)警指標(biāo)所對應(yīng)的交通檢測數(shù)據(jù)。

預(yù)警信息的采集借助于預(yù)警信息采集模型，其流程可簡要概括如下：向預(yù)警信息采集模型輸入交通信息，通過對比預(yù)警指標(biāo)體系準(zhǔn)則，交通信息分別分為宏觀交通信息與微觀交通信息，并各自進(jìn)入相應(yīng)信息采集模型，模型最終輸出宏觀預(yù)警信息與微觀預(yù)警信息，進(jìn)入下一階段的分析研判過程，如圖1所示。

圖1 預(yù)警信息采集流程

三、預(yù)警信息采集系統(tǒng)

由于預(yù)警層級的不同，宏觀和微觀預(yù)警需要采集不同類別的預(yù)警信息，因此，預(yù)警信息采集系統(tǒng)包含了宏觀預(yù)警信息采集子系統(tǒng)和微觀預(yù)警信息采集子系統(tǒng)兩部分，對應(yīng)子系統(tǒng)中所運(yùn)用的采集技術(shù)也相應(yīng)不同，將其分為宏觀采集技術(shù)和微觀采集技術(shù)。

宏觀預(yù)警信息采集子系統(tǒng)主要依靠人工自主采集技術(shù)，采集方法大致可分為以下5類：①采用“德爾菲法”，即專家問卷調(diào)查法。②隨機(jī)抽取交通參與者，發(fā)放統(tǒng)一設(shè)計(jì)的調(diào)查問卷方式。③查閱權(quán)威部門的統(tǒng)計(jì)資料、歷史文獻(xiàn)以及上網(wǎng)獲取數(shù)據(jù)。④通過實(shí)地交通調(diào)查確定。⑤通過數(shù)學(xué)計(jì)算獲得。為了減小誤差和避免疏漏，要注重對宏觀預(yù)警信息的實(shí)時(shí)更新，根據(jù)城市交通安全預(yù)警指標(biāo)體系的變化，及時(shí)采集新的預(yù)警信息，刪除無用的預(yù)警信息。

微觀預(yù)警信息采集子系統(tǒng)主要由布置于實(shí)際交通環(huán)境中的各類前端采集設(shè)備組成，這些前端設(shè)備經(jīng)過調(diào)試可以自動(dòng)采集路面信息并上傳至數(shù)據(jù)庫。目前，由于科技水平的提高，多種新型技術(shù)被運(yùn)用于交通檢測中，從而產(chǎn)生了各具特色的各類交通檢測裝置。這些設(shè)備根據(jù)基本原理以及安置方式的不同，一般可以分為固定檢測設(shè)備、遙感檢測設(shè)備和移動(dòng)檢測設(shè)備。其中，以各類固定線圈為代表的固定型檢測設(shè)備可以提供檢測地點(diǎn)的各項(xiàng)交通流參數(shù)，這類設(shè)備不易受到惡劣環(huán)境的干擾，且準(zhǔn)確度較高；遙感檢測設(shè)備可提供基礎(chǔ)地理信息，這類設(shè)備精準(zhǔn)度較高；以手持設(shè)備以及浮動(dòng)車為代表的移動(dòng)檢測設(shè)備較為靈活，適應(yīng)性較強(qiáng)。各種檢測技術(shù)均具有一定優(yōu)勢和劣勢，其性能分析如下。

1.感應(yīng)線圈檢測器

可檢測數(shù)據(jù)包括流量、速度、占有率、車型和車輛長度等。優(yōu)點(diǎn)是傳感器簡單；輸出信號(hào)易分析；不需要復(fù)雜的計(jì)算；技術(shù)成熟；易于掌握；正常使用壽命長；性價(jià)比高；精度高測量精度高；全天候工作。缺點(diǎn)是修理或安裝需要中斷交通；影響路面壽命；容易被重型車輛長時(shí)間碾壓損壞。

2.微波雷達(dá)檢測器

可檢測數(shù)據(jù)包括流量、速度、占有率、車型、車輛長度和車頭時(shí)距等。優(yōu)點(diǎn)是在惡劣環(huán)境下仍可正常工作；可檢測靜止車輛；可側(cè)向方式檢測多車道。缺點(diǎn)是對安裝要求較高；必須以較為精準(zhǔn)的角度安裝；容易被金屬物體影響檢測精度。

3.超聲波檢測器

可檢測數(shù)據(jù)包括流量、速度、占有率、車輛長度等。優(yōu)點(diǎn)是體積小、易于安裝；壽命長、可移動(dòng)、架設(shè)方便；使用靈活性較好，也可以用于檢測靜止車輛以及間距很小的情況。缺點(diǎn)是安裝條件較為苛刻；本身的檢測精度較高；容易受到外界環(huán)境產(chǎn)生的反射波的干擾。

4.地磁檢測器

可檢測數(shù)據(jù)包括流量、速度、占有率和車輛長度等。優(yōu)點(diǎn)是檢測精度高；適應(yīng)各種復(fù)雜天氣；工作穩(wěn)定可靠；安裝維護(hù)方便；使用壽命長。缺點(diǎn)是價(jià)格較高。

5.浮動(dòng)車系統(tǒng)

可檢測數(shù)據(jù)包括速度、行駛時(shí)間等。優(yōu)點(diǎn)是以匹配到路段上的浮動(dòng)車瞬時(shí)速度代替路段速度參數(shù)，或者以記錄的兩個(gè)相鄰時(shí)刻的坐標(biāo)位置推算行程速度代替路段速度參數(shù)。缺點(diǎn)是可能會(huì)因?yàn)樗俣群臀恢闷贫绊憴z測精度。

6.手機(jī)基站

可檢測數(shù)據(jù)包括位置信息等。優(yōu)點(diǎn)是信息量大。缺點(diǎn)是數(shù)據(jù)難于獲取。

7.電子標(biāo)簽

可檢測數(shù)據(jù)包括速度、流量等。其優(yōu)點(diǎn)是可以檢測旅行時(shí)間等信息。缺點(diǎn)是價(jià)格相對較高；車輛需裝配相應(yīng)設(shè)備。

微觀預(yù)警信息采集子系統(tǒng)可以充分利用以上現(xiàn)有的交通信息檢測技術(shù)，并在此基礎(chǔ)上，對預(yù)警信息采集機(jī)制的關(guān)鍵技術(shù)問題進(jìn)行研究，一方面采用現(xiàn)行較為精確的視頻檢測、微波檢測等技術(shù)來代替?zhèn)鹘y(tǒng)采集設(shè)備，減少數(shù)據(jù)由前端設(shè)備帶來的固有誤差；另一方面注重采集技術(shù)的性能比較分析、檢測器的空間布置方案設(shè)計(jì)和采集技術(shù)的組合優(yōu)化設(shè)計(jì)，充分考慮機(jī)制的可靠性、經(jīng)濟(jì)性和可擴(kuò)展性。

四、交通安全預(yù)警信息采集機(jī)制

道路交通安全預(yù)警信息采集機(jī)制是由預(yù)警指標(biāo)體系與預(yù)警信息采集系統(tǒng)所組成，前者提供信息采集準(zhǔn)則，后者提供信息采集技術(shù)支撐，由預(yù)警信息采集模型完成預(yù)警信息篩選工作，三者相互聯(lián)系，共同組成預(yù)警信息采集機(jī)制。其邏輯結(jié)構(gòu)自上向下為：①預(yù)警指標(biāo)體系為機(jī)制準(zhǔn)則層，同時(shí)為預(yù)警信息采集模型和預(yù)警信息采集系統(tǒng)提供標(biāo)準(zhǔn)。②預(yù)警信息采集模型為機(jī)制核心應(yīng)用層，依據(jù)準(zhǔn)則層的標(biāo)準(zhǔn)對預(yù)警信息采集系統(tǒng)所輸入的交通數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，篩選出預(yù)警信息。③預(yù)警信息采集系統(tǒng)為機(jī)制物理層，同時(shí)為預(yù)警指標(biāo)體系和預(yù)警信息采集模型提供交通數(shù)據(jù)。如圖2所示。

圖2 預(yù)警信息采集機(jī)制邏輯結(jié)構(gòu)圖

五、應(yīng)用與結(jié)論

道路交通安全預(yù)警信息采集機(jī)制是在先進(jìn)的信息采集技術(shù)基礎(chǔ)上，運(yùn)用數(shù)據(jù)挖掘、建模分析技術(shù)，結(jié)合定量與定性評價(jià)方法，充分利用人工與電子智慧，從預(yù)警信息采集準(zhǔn)則、預(yù)警信息采集模型、預(yù)警信息采集系統(tǒng)3個(gè)層面建立起完整的邏輯結(jié)構(gòu)與運(yùn)行機(jī)制，可以為預(yù)警信息種類與數(shù)理的采集提供依據(jù)，以較小的成本達(dá)到良好的預(yù)警效果。例如，在2008年北京奧運(yùn)會(huì)期間，對奧運(yùn)會(huì)前后大量的道路交通數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，該機(jī)制預(yù)警效果可以得到很好的體現(xiàn)。在奧運(yùn)準(zhǔn)備期間，整個(gè)北京市的主干路、快速路和奧運(yùn)專用路線上新增設(shè)了數(shù)以萬計(jì)的感應(yīng)線圈檢測器、超聲波檢測器、微波雷達(dá)檢測器等交通信息檢測設(shè)備，以便交管部門實(shí)時(shí)監(jiān)控首都交通狀況，實(shí)現(xiàn)對每天運(yùn)行于路網(wǎng)中的上百萬輛車的自動(dòng)監(jiān)測。根據(jù)預(yù)警信息采集準(zhǔn)則，分別選取有較大幅變動(dòng)的路網(wǎng)密度、機(jī)動(dòng)車保有量作為宏觀預(yù)警指標(biāo)，選取數(shù)據(jù)豐富精準(zhǔn)的交通流量、車速作為微觀預(yù)警指標(biāo)，由于限號(hào)等交通管制措施的實(shí)行，市內(nèi)道路機(jī)動(dòng)交通流量大幅降低，車速有所提高。全市道路的交通流量比平日降低了41%，市區(qū)主要道路交通流量較往常降低了26%，各環(huán)線部分路段車輛的時(shí)速達(dá)到七八十公里。由此可知，宏觀預(yù)警信息與微觀預(yù)警信息均較大幅度趨向道路交通安全環(huán)境優(yōu)良化。通過交管部門的統(tǒng)計(jì)數(shù)字顯示，奧運(yùn)期間北京市交通秩序安全穩(wěn)定，全市擁堵報(bào)警下降 96%，事故報(bào)警下降48.5%。其中，市區(qū)主要道路擁堵下降76%，事故報(bào)警下降46%。這些數(shù)據(jù)表明了道路交通安全環(huán)境的優(yōu)良化趨勢，與預(yù)警結(jié)果相吻合。

道路交通安全預(yù)警信息采集機(jī)制使道路交通安全預(yù)警工作在大量冗余的交通數(shù)據(jù)面前保持高效化、準(zhǔn)確化、簡捷化有著極其重要的意義，為預(yù)警信息的采集工作提供了嶄新的研究思路，為公安交通管理部門道路交通安全預(yù)警運(yùn)行機(jī)制的建設(shè)和開發(fā)提供了有力的基礎(chǔ)理論鋪墊。