當(dāng)前,我國(guó)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(cè)、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(jì)數(shù)據(jù)無(wú)法發(fā)揮其在分析預(yù)測(cè)、動(dòng)態(tài)調(diào)度、實(shí)時(shí)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(lái)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(lái),提供直觀的查詢(xún)統(tǒng)計(jì)界面,并進(jìn)行事故分析預(yù)測(cè)、提供交通控制指令等強(qiáng)大功能。應(yīng)用GIS綜合開(kāi)發(fā)和實(shí)現(xiàn)一套道路交通安全系統(tǒng),為交通指揮部門(mén)提供卓有成效的指揮平臺(tái)是完全可能的。
目前,我國(guó)已經(jīng)在該領(lǐng)域做了一些研究開(kāi)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(xún)、空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的管理以及專(zhuān)題地圖和報(bào)表的輸出。總體來(lái)說(shuō)分析和預(yù)測(cè)功能不強(qiáng),還不能切實(shí)解決道路交通安全問(wèn)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(chē)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(dòng)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(diǎn)和難點(diǎn)。而現(xiàn)行道路交通安全管理系統(tǒng)對(duì)動(dòng)態(tài)信息的采集、分析和處理能力很差,無(wú)法對(duì)動(dòng)態(tài)因素進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和管理;同時(shí),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(méi)有建立起統(tǒng)一的道路交通安全管理系統(tǒng)。
近年來(lái),通過(guò)科技手段降低道路交通事故率的研究有了長(zhǎng)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(jì)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(chǔ)、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(mǎn)足數(shù)據(jù)管理的需要,還可以用于路徑的選擇、對(duì)駕駛者提供信息和事故信息的統(tǒng)計(jì)分析等。
GIS系統(tǒng)一般由5個(gè)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(chǔ)和數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)(DBMS);
(3)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng);
(4)數(shù)據(jù)查詢(xún)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(guò)GPS、攝像頭和道路監(jiān)視器獲取道路的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)信息。例如,在發(fā)生交通事故時(shí),GIS可以可視化地描述事故發(fā)生的地點(diǎn),準(zhǔn)確地在電子地圖上定位,并根據(jù)拓?fù)溆?jì)算得出事故造成的交通影響范圍,并自動(dòng)將碰撞發(fā)生的時(shí)間、類(lèi)型(正面或側(cè)面剮蹭等)、嚴(yán)重程度、占用車(chē)道的情況自動(dòng)分類(lèi)和存儲(chǔ)。
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(mǎn)足對(duì)道路交通安全管理信息資料的查詢(xún)和更新的要求,并得到實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)反應(yīng)城市道路變化的現(xiàn)狀資料,實(shí)現(xiàn)對(duì)各類(lèi)設(shè)施系統(tǒng)、全面和高效的管理;利用GIS空間查詢(xún)和分析(緩沖區(qū)分析、疊置分析、網(wǎng)絡(luò)分析)的功能對(duì)道路交通安全問(wèn)題進(jìn)行多層次、多角度的分析研究,從而幫助管理部門(mén)實(shí)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(chē)載通信設(shè)備和道路信息顯示屏以及交通信號(hào)燈的使用,可以預(yù)先提醒進(jìn)入存在事故隱患地帶的車(chē)輛駕駛者和行人,通過(guò)這些交通參與者的主動(dòng)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(xún)和更新;
(2)交通事故信息的分析與預(yù)測(cè);
(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(lái)源包括現(xiàn)有地圖(地形圖/專(zhuān)題地圖)、全野外數(shù)字測(cè)圖(GPS/全站儀/電子手簿)、衛(wèi)星影像、航空照片、調(diào)查統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、現(xiàn)有的數(shù)據(jù)文件和數(shù)據(jù)庫(kù)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(zhuān)題地圖信息。不同類(lèi)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(mǎn)足實(shí)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(chēng)、是否為單行道、路段的速度限制、道路的長(zhǎng)度、在道路上以限速行駛所需的時(shí)間等。
(2)道路信息,包括道路的方向、車(chē)道數(shù)和寬度、道路占用情況、公交系統(tǒng)的運(yùn)行時(shí)間表等。
(3)交通設(shè)施信息,包括交叉口、信號(hào)燈和交通標(biāo)志的位置,公共汽車(chē)、電車(chē)、地鐵車(chē)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(wú)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(lèi)型等)。
(5)統(tǒng)計(jì)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(zhuān)題圖層中。每個(gè)圖層有一個(gè)主題,同時(shí)包含空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù),圖層中每個(gè)特征點(diǎn)都可以通過(guò)坐標(biāo)和屬性來(lái)確定和描述。根據(jù)我國(guó)城市道路交通安全管理的特點(diǎn),GIS系統(tǒng)專(zhuān)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(dòng)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(shí)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(duì)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(guò)建立數(shù)學(xué)模型,對(duì)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(guò)圖形或報(bào)表的形式輸出,提供給交通管理者和交通參與者;動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)分析也可稱(chēng)為在線(xiàn)分析,它可以提供更方便、更實(shí)際的道路交通安全評(píng)價(jià),從而對(duì)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(guò)車(chē)載通信設(shè)備和道路上的信息顯示屏,對(duì)進(jìn)入危險(xiǎn)地段的交通參與者提供警示信息。
統(tǒng)計(jì)分析
根據(jù)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中的交通事故相關(guān)信息(包括事故地點(diǎn)、性質(zhì)和原因等),對(duì)事故多發(fā)地點(diǎn)進(jìn)行分析,統(tǒng)計(jì)研究區(qū)域內(nèi)滿(mǎn)足分析條件的事故多發(fā)路段、點(diǎn),或按照指定事故類(lèi)型統(tǒng)計(jì)事故多發(fā)路段?？刹捎梅秶祵?zhuān)題圖、點(diǎn)密度專(zhuān)題圖或直方圖專(zhuān)題圖的形式輸出統(tǒng)計(jì)結(jié)果。例如,按照事故發(fā)生的類(lèi)型可分為人行道與車(chē)行道交叉口碰撞、非人行道交叉口碰撞、人與車(chē)輛碰撞、車(chē)輛正向碰撞、右轉(zhuǎn)碰撞、左轉(zhuǎn)碰撞、同向車(chē)輛剮蹭、車(chē)輛自身事故(如碰撞護(hù)欄等)和車(chē)輛追尾等分別統(tǒng)計(jì)。
分布分析與類(lèi)型分析
GIS系統(tǒng)可以對(duì)引起交通事故的各因素進(jìn)行分析評(píng)價(jià),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(duì)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(chē)輛類(lèi)型和行駛狀況;道路分類(lèi)、路面、道路線(xiàn)形、地形、道路橫斷面；天氣；交通流等五方面進(jìn)行分析?？梢圆捎茂B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(guò)屬性查詢(xún),可以了解到交叉口附近交通事故的基本類(lèi)型、何種類(lèi)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(jì)關(guān)系。如圖2所示。
根據(jù)分析得出的結(jié)論,有針對(duì)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(cè)
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(lèi)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(cè)模型,針對(duì)各種影響因素的變化對(duì)事故的發(fā)生進(jìn)行預(yù)測(cè)。如雨雪天氣事故可能發(fā)生地段,根據(jù)這些預(yù)測(cè)結(jié)果,在這些地段設(shè)立危險(xiǎn)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(gè)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(gè)過(guò)程。它包含事故的發(fā)現(xiàn)、驗(yàn)證、響應(yīng)和緊急救援的組織,事故發(fā)生地點(diǎn)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(jí),同時(shí)還影響道路通行量。
最短路徑的計(jì)算
從事故的緊急救援來(lái)說(shuō),及時(shí)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(chǎng)的路線(xiàn)可以通過(guò)GIS系統(tǒng)根據(jù)最短路徑的計(jì)算自動(dòng)生成的救援路線(xiàn)獲得。
首先通過(guò)GPS的定位確定事故發(fā)生點(diǎn),采用逐步增加的步長(zhǎng)的方法建立事故點(diǎn)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(guò)程中,首先節(jié)點(diǎn)的選擇在一定范圍內(nèi),以避免對(duì)路網(wǎng)所有節(jié)點(diǎn)的搜索,減少計(jì)算時(shí)間,其次將當(dāng)時(shí)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(shí)出現(xiàn)一些障礙點(diǎn),所以需要?jiǎng)討B(tài)的計(jì)算最優(yōu)路線(xiàn)。路徑確定后,可以及時(shí)通知救援部門(mén),使其盡快到達(dá)事故現(xiàn)場(chǎng)。
交通誘導(dǎo)和控制
從對(duì)道路通行量來(lái)說(shuō),通過(guò)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(fèi)的時(shí)間,提高道路的服務(wù)水平;同時(shí)還可以通過(guò)限制接近交通事故現(xiàn)場(chǎng)車(chē)輛的速度,整體上提高道路交通流量,使事故對(duì)交通的影響減到最小。
系統(tǒng)可以根據(jù)事故類(lèi)型、程度生成的點(diǎn)緩沖區(qū)、線(xiàn)緩沖區(qū)判斷事故對(duì)道路流量的影響,自動(dòng)生成交通控制方案,利用道路信息屏、車(chē)載通信設(shè)備等,及時(shí)給駕駛者和行人發(fā)布交通信息,實(shí)現(xiàn)提示和預(yù)警功能;通過(guò)各種信號(hào)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。