當(dāng)前,我國道路交通管理落后,缺乏先進(jìn)的現(xiàn)代化交通控制手段和安全管理、事故檢測、處理系統(tǒng)。目前大多數(shù)城市的道路交通管理仍主要處于由人工管理的階段,大量的統(tǒng)計數(shù)據(jù)無法發(fā)揮其在分析預(yù)測、動態(tài)調(diào)度、實時控制方面的作用。地理信息系統(tǒng)(GIS)具有將空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)結(jié)合起來的特性,利用它可將地形數(shù)據(jù)、道路數(shù)據(jù)、交通設(shè)施數(shù)據(jù)、交通事故數(shù)據(jù)等結(jié)合起來,提供直觀的查詢統(tǒng)計界面,并進(jìn)行事故分析預(yù)測、提供交通控制指令等強(qiáng)大功能。應(yīng)用GIS綜合開發(fā)和實現(xiàn)一套道路交通安全系統(tǒng),為交通指揮部門提供卓有成效的指揮平臺是完全可能的。
目前,我國已經(jīng)在該領(lǐng)域做了一些研究開發(fā)工作。但應(yīng)用的范圍有限,主要功能著重于道路信息的查詢、空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的管理以及專題地圖和報表的輸出?？傮w來說分析和預(yù)測功能不強(qiáng),還不能切實解決道路交通安全問題。其主要原因是道路交通安全涉及的因素眾多,主要包括駕駛員的生理和心理狀態(tài)、車輛的性能、道路狀況和設(shè)施配置。其中部分屬于靜態(tài)因素,部分屬于動態(tài)因素,這兩種因素之間的相互作用,是道路交通安全管理的特點和難點。而現(xiàn)行道路交通安全管理系統(tǒng)對動態(tài)信息的采集、分析和處理能力很差,無法對動態(tài)因素進(jìn)行實時監(jiān)控和管理;同時,與道路交通安全相關(guān)的各功能模塊的集成尚不夠成熟,沒有建立起統(tǒng)一的道路交通安全管理系統(tǒng)。
近年來,通過科技手段降低道路交通事故率的研究有了長足的進(jìn)展,其中之一就是將GIS系統(tǒng)應(yīng)用到道路交通安全管理中。GIS系統(tǒng)是由計算機(jī)硬件、軟件、地理信息數(shù)據(jù)組成,并能夠有效地獲取、存儲、更新、操作、分析及顯示所需格式地理信息的綜合信息系統(tǒng)。GIS系統(tǒng)除了可以滿足數(shù)據(jù)管理的需要,還可以用于路徑的選擇、對駕駛者提供信息和事故信息的統(tǒng)計分析等。
GIS系統(tǒng)一般由5個子系統(tǒng)構(gòu)成:
(1)數(shù)據(jù)獲取和處理系統(tǒng);
(2)數(shù)據(jù)存儲和數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(DBMS);
(3)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng);
(4)數(shù)據(jù)查詢系統(tǒng);
(5)數(shù)據(jù)輸出系統(tǒng)。
可以看出,數(shù)據(jù)是直接影響到GIS應(yīng)用潛力、成本和效率的關(guān)鍵。除靜態(tài)的圖形數(shù)據(jù)、圖形拓?fù)鋽?shù)據(jù)、特性數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)外,基于GIS的道路交通安全管理系統(tǒng)還可以通過GPS、攝像頭和道路監(jiān)視器獲取道路的實時動態(tài)信息。例如,在發(fā)生交通事故時,GIS可以可視化地描述事故發(fā)生的地點,準(zhǔn)確地在電子地圖上定位,并根據(jù)拓?fù)溆嬎愕贸鍪鹿试斐傻慕煌ㄓ绊懛秶?并自動將碰撞發(fā)生的時間、類型(正面或側(cè)面剮蹭等)、嚴(yán)重程度、占用車道的情況自動分類和存儲。
道路交通安全GIS系統(tǒng)
采用道路交通安全GIS系統(tǒng)可以充分利用GIS數(shù)據(jù)輸入和預(yù)處理、數(shù)據(jù)管理以及可視化表達(dá)輸出的功能滿足對道路交通安全管理信息資料的查詢和更新的要求,并得到實時、動態(tài)反應(yīng)城市道路變化的現(xiàn)狀資料,實現(xiàn)對各類設(shè)施系統(tǒng)、全面和高效的管理;利用GIS空間查詢和分析(緩沖區(qū)分析、疊置分析、網(wǎng)絡(luò)分析)的功能對道路交通安全問題進(jìn)行多層次、多角度的分析研究,從而幫助管理部門實現(xiàn)交通事故防治、傷亡控制和事故發(fā)生地段的交通疏導(dǎo);GIS系統(tǒng)結(jié)合車載通信設(shè)備和道路信息顯示屏以及交通信號燈的使用,可以預(yù)先提醒進(jìn)入存在事故隱患地帶的車輛駕駛者和行人,通過這些交通參與者的主動行為減少事故發(fā)生的可能性。
系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)
城市道路交通安全GIS系統(tǒng)的主要功能分為三大部分:
(1)道路交通安全信息的采集、查詢和更新;
(2)交通事故信息的分析與預(yù)測;
(3)交通事故的管理。
其具體的結(jié)構(gòu)如圖1所示。
數(shù)據(jù)的組織
GIS系統(tǒng)中的信息由能夠提高道路交通安全性的地理信息組成,數(shù)據(jù)的精度將直接影響分析和決策的準(zhǔn)確性?；A(chǔ)地理信息的來源包括現(xiàn)有地圖(地形圖/專題地圖)、全野外數(shù)字測圖(GPS/全站儀/電子手簿)、衛(wèi)星影像、航空照片、調(diào)查統(tǒng)計數(shù)據(jù)、現(xiàn)有的數(shù)據(jù)文件和數(shù)據(jù)庫等。
除基礎(chǔ)地圖的地理信息外,城市道路交通安全GIS系統(tǒng)包括專題地圖信息。不同類型的數(shù)據(jù)用于表現(xiàn)交通安全的不同方面,數(shù)據(jù)的選取滿足實用性、有效性、可擴(kuò)展性的原則。其主要包括以下幾方面:
(1)路網(wǎng)信息,包括道路名稱、是否為單行道、路段的速度限制、道路的長度、在道路上以限速行駛所需的時間等。
(2)道路信息,包括道路的方向、車道數(shù)和寬度、道路占用情況、公交系統(tǒng)的運行時間表等。
(3)交通設(shè)施信息,包括交叉口、信號燈和交通標(biāo)志的位置,公共汽車、電車、地鐵車站的位置,顯示屏、攝像頭等數(shù)據(jù)采集設(shè)施的位置等。
(4)與交通事故相關(guān)的信息,包括事故頻發(fā)地段的位置、地形條件(如可視條件差、無交通標(biāo)志或道路條件差的路段),容易引發(fā)交通事故的位置、交通事故的屬性信息(如嚴(yán)重程度、類型等)。
(5)統(tǒng)計信息,包括路段的年通行能力、平均通行速度等。
GIS系統(tǒng)中的信息可以組織到專題圖層中。每個圖層有一個主題,同時包含空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù),圖層中每個特征點都可以通過坐標(biāo)和屬性來確定和描述。根據(jù)我國城市道路交通安全管理的特點,GIS系統(tǒng)專題地圖可分為如下表所示的幾層。
數(shù)據(jù)的分析和利用
數(shù)據(jù)的空間分析包括靜態(tài)和動態(tài)的數(shù)據(jù)分析。靜態(tài)數(shù)據(jù)分析指根據(jù)在一定時間段內(nèi)不變的固有數(shù)據(jù)信息進(jìn)行的分析,例如交通事故的區(qū)域分布分析,對某一地區(qū)交通事故發(fā)生的特征和發(fā)生頻率進(jìn)行分析,并通過建立數(shù)學(xué)模型,對交通事故的相關(guān)因素進(jìn)行分析。
分析的結(jié)果可以通過圖形或報表的形式輸出,提供給交通管理者和交通參與者;動態(tài)數(shù)據(jù)分析也可稱為在線分析,它可以提供更方便、更實際的道路交通安全評價,從而對決策者迅速采取適當(dāng)?shù)木o急援助方案和交通控制措施提供幫助,并且通過車載通信設(shè)備和道路上的信息顯示屏,對進(jìn)入危險地段的交通參與者提供警示信息。
統(tǒng)計分析
根據(jù)存儲在數(shù)據(jù)庫中的交通事故相關(guān)信息(包括事故地點、性質(zhì)和原因等),對事故多發(fā)地點進(jìn)行分析,統(tǒng)計研究區(qū)域內(nèi)滿足分析條件的事故多發(fā)路段、點,或按照指定事故類型統(tǒng)計事故多發(fā)路段。可采用范圍值專題圖、點密度專題圖或直方圖專題圖的形式輸出統(tǒng)計結(jié)果。例如,按照事故發(fā)生的類型可分為人行道與車行道交叉口碰撞、非人行道交叉口碰撞、人與車輛碰撞、車輛正向碰撞、右轉(zhuǎn)碰撞、左轉(zhuǎn)碰撞、同向車輛剮蹭、車輛自身事故(如碰撞護(hù)欄等)和車輛追尾等分別統(tǒng)計。
分布分析與類型分析
GIS系統(tǒng)可以對引起交通事故的各因素進(jìn)行分析評價,分析交通事故與各影響因素之間的敏感性和不確定性關(guān)系,從而對道路的規(guī)劃、道路設(shè)施的管理等提出建議。
影響因素按照駕駛員年齡、駕齡、生理和心理表現(xiàn)；車輛類型和行駛狀況;道路分類、路面、道路線形、地形、道路橫斷面；天氣；交通流等五方面進(jìn)行分析。可以采用疊置分析的方法,重建拓?fù)潢P(guān)系,產(chǎn)生新的空間圖形。例如,將事故層與交叉口層疊加,經(jīng)疊加分析后,將交通事故層的屬性信息加到交叉口層,然后通過屬性查詢,可以了解到交叉口附近交通事故的基本類型、何種類型的交叉口容易引起交通事故；如果再與交通設(shè)施層疊加,還可以了解交通設(shè)施與交叉口事故的統(tǒng)計關(guān)系。如圖2所示。
根據(jù)分析得出的結(jié)論,有針對性地提出事故的控制和預(yù)防策略,包括相關(guān)因素的控制(道路規(guī)劃、設(shè)備完善)、交通參與者的行為規(guī)范、事故的警示和防治、緊急救援和傷亡控制。
交通事故的預(yù)測
在交通事故數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,利用相關(guān)因素分析、系統(tǒng)聚類分析和層次分析的方法,找到交通事故和影響因素之間的關(guān)系,并建立適當(dāng)?shù)念A(yù)測模型,針對各種影響因素的變化對事故的發(fā)生進(jìn)行預(yù)測。如雨雪天氣事故可能發(fā)生地段,根據(jù)這些預(yù)測結(jié)果,在這些地段設(shè)立危險地段警示或增加交通警力控制,減少事故的發(fā)生。
基于道路交通安全GIS系統(tǒng)的事故管理
事故管理是一個行為鏈,是從事故發(fā)生的發(fā)現(xiàn)到管理人員處理事件的整個過程。它包含事故的發(fā)現(xiàn)、驗證、響應(yīng)和緊急救援的組織,事故發(fā)生地點的處理和相關(guān)的交通控制措施。交通事故不僅影響道路交通安全等級,同時還影響道路通行量。
最短路徑的計算
從事故的緊急救援來說,及時到位的救援可以大大減少傷亡率,醫(yī)療機(jī)構(gòu)到達(dá)事故現(xiàn)場的路線可以通過GIS系統(tǒng)根據(jù)最短路徑的計算自動生成的救援路線獲得。
首先通過GPS的定位確定事故發(fā)生點,采用逐步增加的步長的方法建立事故點緩沖區(qū),并采用圖形疊加的方法找到能夠提供緊急救援的最近醫(yī)療機(jī)構(gòu)。
采用狄克斯特累算法(Dijkstra’salgorithm)求解最短路徑,在這一過程中,首先節(jié)點的選擇在一定范圍內(nèi),以避免對路網(wǎng)所有節(jié)點的搜索,減少計算時間,其次將當(dāng)時道路的通行速度作為路段的權(quán)值,該權(quán)值隨權(quán)值關(guān)系式變化,還有可能臨時出現(xiàn)一些障礙點,所以需要動態(tài)的計算最優(yōu)路線。路徑確定后,可以及時通知救援部門,使其盡快到達(dá)事故現(xiàn)場。
交通誘導(dǎo)和控制
從對道路通行量來說,通過預(yù)先通知駕駛者由于交通事故引起的道路交通容量的限制,可以減少潛在的次生交通事故的發(fā)生率,還可以縮短駕駛者在道路上花費的時間,提高道路的服務(wù)水平;同時還可以通過限制接近交通事故現(xiàn)場車輛的速度,整體上提高道路交通流量,使事故對交通的影響減到最小。
系統(tǒng)可以根據(jù)事故類型、程度生成的點緩沖區(qū)、線緩沖區(qū)判斷事故對道路流量的影響,自動生成交通控制方案,利用道路信息屏、車載通信設(shè)備等,及時給駕駛者和行人發(fā)布交通信息,實現(xiàn)提示和預(yù)警功能;通過各種信號燈等控制設(shè)備和交通警務(wù)人員的協(xié)助,調(diào)整交通流的速度、密度,預(yù)防和減少事故的發(fā)生。