第2章　高速公路智能交通信息平臺體系架構

2.1　高速公路智能交通信息平臺建設需求分析

2.1.1　信息平臺頂層設計需求分析

我國高速公路的管理明顯滯后于高速公路的建設，這使得高速公路不夠高速成了很多人對高速公路的直觀感受；交通事故時有發(fā)生，造成巨大的生命財產損失。我國在高速公路建設和管理過程中已經意識到這些問題的嚴重性，并且希望通過積極推動高速公路智能化的建設來解決這些問題。目前，我國大部分高速公路管理、建設、運營部門只注重機電設施建設，忽略了應用系統的建設，造成很多機電設施功能得不到充分發(fā)揮，浪費資源。分系統建設缺乏整體意識，往往因為某一方面的需要就建設一個系統，而沒有考慮到與以后可能建設的其他系統之間的連接和融合。這種缺乏規(guī)劃、由下及上的建設方式必然造成各分系統各自為政，相互之間信息不能完全共享，甚至會形成“信息孤島”，制約整體信息平臺功能的發(fā)揮。

鑒于高速公路在交通運輸中發(fā)揮的重大作用以及高速公路智能化信息平臺建設方面存在的問題，有必要開展高速公路智能化信息平臺的頂層設計和總體規(guī)劃研究，從發(fā)揮平臺整體效益出發(fā)，采用由自上而下、自下而上相結合的方式對信息平臺進行設計，克服目前建設中普遍存在的問題，為我國高速公路智能化建設提供有益的借鑒。

2.1.2　用戶主體

用戶主體是指將被服務的對象，明確了服務中的一方，即智能化交通信息平臺的服務對象和使用者。智能化交通信息平臺作為高速公路網各管理部門各子系統的信息樞紐，其用戶包括道路、交通、運輸、應急、救援等相關部門和出行者。不同的用戶由于其社會職能的不同，服務需求也不同。智能化交通信息平臺用戶主體劃分及服務需求如下。

（1）道路使用者　對高速公路而言，道路使用者主要包括自駕車出行用戶、長途客運乘客、旅游出行用戶等，其服務需求如下。

①自駕車出行用戶　基于道路信息的出行路徑選擇查詢、停車信息查詢、加油站信息查詢、車輛維修站、檢測場信息查詢、高速公路出入口信息查詢、立交橋信息查詢、道路屬性信息查詢、道路施工信息查詢、路橋收費信息查詢等。

②長途客運乘客　長途客運場站信息查詢、長途客運線路信息查詢、長途客運票務信息查詢、長途客運乘車規(guī)定信息查詢、長途汽車臨時變更信息發(fā)布、長途客運場站附近城市公交設施查詢等。

③旅游出行用戶　旅游景點查詢、旅游交通解決方案等。

（2）高速公路管理部門　高速公路管理部門包括道路管理部門、交通管理部門、急救中心、搶險部門等，其服務需求如下。

①道路管理部門　獲取高速公路道路狀況信息；獲取道路建設與養(yǎng)護計劃；發(fā)生影響交通的緊急事件時，獲取道路網絡的破壞情況以及事件前、事件中、事件后需要緊急維護、搶修、重建的地點和路段等。

②交通管理部門　獲取與高速公路相關的各種交通流數據及交通情況分析報告；獲取全面整合的與交通運輸相關的信息資源；獲取發(fā)生交通事件時應急交通保障采取的交通管制方案、交通信號控制方案、警力調配方案等。

③急救中心　獲取受災地點、受災程度、人員分布、人員數量以及資源調配方案、救援車輛最優(yōu)出行路徑等。

④搶險部門　獲取受災地點、受災程度、資源調配方案、應急救援車輛最優(yōu)出行路徑等。

（3）高速公路交通運營部門　高速公路交通運營部門的服務需求為：①獲取動態(tài)交通路況信息、道路施工、重大活動等信息，以制定相應的運營調度方案；②發(fā)生災害時，獲取路網可達性信息、運營可行性、發(fā)車頻率、應急交通疏散調度方案等。

（4）政府部門　政府部門要掌握實時動態(tài)交通流信息，維持路網上交通需求與服務能力的平衡，人為地進行交通誘導和事件處理。其服務需求為：①瀏覽路網交通運輸信息資源；②獲取災害影響情況、應急救援進度、各部門需要協調的任務、應急救援規(guī)劃、應急救援方案等；③獲取制定交通宏觀政策、交通發(fā)展戰(zhàn)略與政策的相關數據等。

（5）研究機構　研究機構的服務需求為：①獲取研究所需要的交通運輸相關的數據；②獲取發(fā)生災害時道路交通信息、災害特性、影響范圍、波及速度、應急方案及實施效果等。

2.1.3　服務主體

服務主體是指誰將提供服務，明確了服務中的輸出體。智能化交通信息平臺是多部門、多系統協同運作的平臺，應具備各服務主體進行信息服務、應急救援、應急疏散等工作所需的決策方案。高速公路智能化交通信息平臺服務主體及功能需求如下。

（1）高速公路管理部門　提供路網質量評估與態(tài)勢估計，提供災害發(fā)生前、發(fā)生中、發(fā)生后路網維護方案；為制訂道路建設與養(yǎng)護計劃、實現部門間協調管理提供數據支持；提供匝道與速度控制方案，提供交通事件檢測、VMS信息發(fā)布；提供應急救援資源調度方案、應急物資輸送路徑等。

（2）高速公路交通運營部門　提供統一的交通地理信息系統，便于以此為基礎開展相關應用；提供動態(tài)交通路況、道路施工等信息，提供運營調度方案；提供應急救援資源調度方案、應急物資輸送路徑等。

（3）交通信息服務商　提供出行前、出行中交通信息服務，出行前出行規(guī)劃，在途路徑引導等；提供環(huán)境信息，如冰雪狀態(tài)、能見度、溫度、濕度等；提供旅游、娛樂、購物等關聯信息等。

（4）政府部門　提供高速公路交通宏觀決策、交通發(fā)展戰(zhàn)略與政策；提供應急資源輔助決策、應急救援方案規(guī)劃等。

（5）研究機構　向政府主管部門提供交通宏觀決策建議；提供應急交通保障專家知識、知識學習與存儲等。

2.1.4　信息需求

根據用戶主體的服務需求和服務主體的功能需求，確定智能化交通信息平臺的信息需求，主要包括以下內容。

（1）交通運行狀況信息　交通流參數數據，包括車道斷面交通流量、車道交通流速度、車道交通流占有率等；特殊事件數據，包括交通管制信息、交通事故、大型會議、危險品運輸及其影響范圍等數據。

（2）交通氣象信息　包括冰雪狀態(tài)、能見度、溫度、濕度、風速、雨量、風向等。

（3）道路養(yǎng)護施工信息　包括針對高速公路日常養(yǎng)護和大中修等，如高速公路養(yǎng)護施工地點、施工時間、施工區(qū)域等；道路狀況信息（橋面結冰情況等）。

（4）服務區(qū)和收費信息　包括服務區(qū)停車信息、餐飲信息、加油信息、收費車道開放信息、ETC車道信息、收費標準信息等。

（5）關聯信息　包括旅游、購物、娛樂、火車信息、民航信息等

2.1.5　功能需求

2.1.5.1　動態(tài)交通信息采集需求分析

動態(tài)交通信息采集系統是利用安裝在道路上的檢測器對整個高速公路網的交通數據進行實時采集，并通過通信系統上傳到信息平臺，信息平臺將這些不同檢測器采集到的數據進行分析處理融合，提供給高速公路管理者決策和使用。動態(tài)交通信息采集系統主要功能需求如下。

①采集動態(tài)交通數據，用于監(jiān)測高速公路實時運行狀態(tài)。

②為交通控制提供交通流量、占有率和車速等交通數據，用于高速公路控制。

③采集交通流量、占有率、車速、密度等交通參數，并根據事件檢測算法，自動判別交通事件的發(fā)生，結合視頻檢測器獲得的實時圖像信息對緊急事件的性質進行判斷，用于指定最佳的救援和現場交通管控方案。

④根據采集的動態(tài)交通數據，計算行程時間、行程車速和車輛延誤等數據，并結合其他信息為出行者提供咨詢服務，為信息發(fā)布提供數據支持。

根據動態(tài)交通信息采集系統的功能需求，結合高速公路現有動態(tài)交通信息采集的現狀分析，可以看出動態(tài)交通信息采集總體上存在采集的內容少、部分數據準確性、實時性較差以及部分采集設備已受損等問題，難以全面、準確、及時地反映高速公路運行狀況，不能滿足高速公路交通管理的要求。具體地說，動態(tài)交通信息采集存在以下幾個問題。

（1）自動采集方式作用不大　自動采集方式規(guī)模不夠，目前還是人工采集方式起很大作用，從長遠來看，交通流信息和事件信息主要依靠自動采集，但是目前自動采集設備規(guī)模不足，很大程度上削弱了自動采集的作用。

（2）交通采集設備的種類單一　目前使用的采集設備種類較少，特別是車輛檢測設備更顯單一，大多數高速公路的車輛檢測設備都是視頻檢測器，雖然具有直觀、可靠等優(yōu)點，但僅依靠視頻檢測器很難滿足高速公路交通管理對動態(tài)交通數據采集的要求。

（3）檢測設備布設不合理　現狀檢測器的布設主要依靠人工經驗或者主要布設于互通立交的上下游，導致所檢測到的交通信息不能正確反映整個路段運行狀況。

（4）損壞嚴重，維護不及時　有些路段由于車流量大及路面養(yǎng)護、損壞較多，而且環(huán)形線圈一旦損壞，要維修、更換就要封閉路面，影響交通，所以維護狀況較差，造成很多線圈一旦損壞就不再管的狀況。

2.1.5.2　海量交通數據處理的需求分析

高速公路交通信息平臺的核心是海量動態(tài)交通數據的深度分析處理，信息平臺各系統的功能實現也是以海量數據為前提的。海量交通數據分析處理的主要需求包括海量交通數據的存儲、海量交通數據的快速提取、多源交通數據的融合處理、海量交通數據的挖掘和數據共享等。

①針對高速公路海量交通數據的處理要求，信息平臺需實現大量圖片、車輛數據、視頻數據的快速持久化存儲，提高交通管理工作的效率。

②面對海量的交通流數據，如何從中提取出有用信息是一個非常重要而緊迫的問題，這便要求具有海量數據提取功能，從海量數據中準確、快速地提取相關有用信息。

③海量交通數據來自于多種交通檢測器，為了保證交通運行監(jiān)測的準確性和可靠性，需要將多源交通數據進行融合處理，避免單個數據源的數據質量影響監(jiān)測的精度。

④數據挖掘提供對海量交通數據的強大分析處理功能，是將海量交通數據轉化為有價值的交通信息的必要手段。因此，需要綜合利用各種交通流挖掘技術對海量數據進行深入處理，為交通管理者和出行者提供準確和可靠的信息。

⑤要實現高速公路各子系統之間的數據共享、互聯互通，避免“數據孤島”現象。

2.1.5.3　信息傳輸需求分析

隨著高速公路建設的規(guī)模化，為了最大程度發(fā)揮整個路網的整體效益和作用，提供服務質量和管理水平，立足于聯網收費、信息化、服務三個主題，對高速公路通信系統提出了新的需求。

①完善的通信網絡結構，為聯網收費系統提供良好的通信平臺。

②多業(yè)務支持功能，滿足高速公路沿線各站語音、數據、圖像等各種業(yè)務的接入需求。

③增強圖像監(jiān)控功能，實時掌握高速公路運行狀況。

④能夠因地制宜，充分發(fā)揮高速公路完善的通信平臺的優(yōu)勢，為運營單位、交通行業(yè)、政府網絡等提供通信路由或帶寬支持。

⑤增強網絡適應力，不僅在容量上具有擴展能力，而且還能夠提供在功能性上的平滑擴展能力，充分適應未來網絡和業(yè)務的發(fā)展需要。

信息傳輸包括將采集的來自各子系統的數據傳輸到處理中心，在處理中心將信息經過加工處理，再通過通信系統傳輸給不同用戶。平臺的信息傳輸包括不同層級之間的信息縱向傳輸，也包括同層次但不同系統間的信息橫向傳輸。

2.1.5.4　信息發(fā)布需求分析

交通信息發(fā)布系統是高速公路交通安全保障體系的重要組成部分，是交通管理者及時向道路使用者發(fā)布指令或提供信息，確保行車安全的有效手段。然而由于種種原因，高速公路上的主要信息發(fā)布系統——可變信息顯示設備和可變限速標志不僅在數量上相對偏少、功能上相對單一，而且在布局上也有不盡合理之處，在一定程度上造成了資源浪費，也給高速公路的交通管理帶來了不便。鑒于目前高速公路信息發(fā)布系統存在的問題，高速公路信息發(fā)布系統可以根據信息的特點，選擇合適的輸出媒體、輸出格式、輸出方式，以確保信息傳遞便捷準確、使用方便以及保密需要等。同時，隨著高速公路信息量的不斷加大，要提高交通信息發(fā)布的實時性和交互性，提高交通信息發(fā)布覆蓋面和主動性，提高交通信息發(fā)布的聯動性。