（交通运输工程专业论文）山西省高速公路综合指挥调度系统方案研究.pdf

摘要 交通对国民经济的发展和社会的进步具有重要的战略意义，交通运输信息化对于实 现交通运输的跨越式发展具有十分重要的意义，随着社会的发展和进步，信息化成了实 现交通现代化的必然选择。 本文旨在研究高速公路综合指挥调度系统。系统是针对山西省现行高速公路管理的 实际情况，通过及时正确地收集分析处理路网内的各种信息，为过往司乘人员提供信息 服务，并对异常交通状态采取相应的对策和方案，集中统一调度路政、养护、交警等紧 急情况处理部门，缩短反应时间，预防连锁问题的发生，优化改善道路交通状况，对于 提升高速公路管理水平和服务水平具有深远的意义。 文中笔者以高速公路管理者的视角，采用文献研究、现场调研与理论分析、定量分 析结合的方法对山西省高速公路综合指挥调度系统进行了研究探索，针对高速公路综合 指挥调度系统这一课题，阐述了课题背景和意义、国内外研究现状、山西省内现状和需 求、综合指挥调度系统子系统的实现方案构想等内容。 通过对山西省高速公路综合指挥调度系统的研究，指明了其实现方向：以高速公路 信息采集、分析以及服务为依托，以光线、g p s g p r s 移动通信、网络通信技术及计算机 技术为纽带，在整合现有交通资源的基础上，实现了对高速公路的综合管理以及高速公 路突发事件处置。 交通运输是国民经济基础性产业，是我国经济发展的重要纽带和桥梁。在“以信息 化带动工业化，以工业化促进信息化 的发展战略中，对于高速公路信息化建设，本文 的研究具有一定的现实意义和借鉴意义。 关键词：高速公路，指挥调度，方案 a b s t r a c t t r a n s p o r t a t i o nm e a n sm u c h t ot a c t i co nt h ed e v e l o p m e n to fc o u n t r ye c o n o m ya n ds o c l 啊 c i v i l i z a t i o n i i l f 0 珈均t i v et r a n s p o r t a t i o np l a y sa ni m p o r t a n tr o l et oi m p l e m e n tt r a n s p o r t a t i o n s l e a p i n gs t y l ed e v e l o p m e n t i n f o r m a t i v et r a n s p o r t a t i o nb e c o m e st h eo n l yo p t i o n t oi m p l e m e n t m o d e mt r a n s p o r t a t i o na st h es o c i e t ym v a n c e t h ep a p e rf o c u s e so nt h es t u d yo fi n t e g r a t e d c o n t r o la n dc o m m a n ds y s t e mf o r e x l ：i r e s s w a y a i ma tt h ef a c t u a lm a n a g e m e n t o fs h a n x ie x p r e s s w a y , t h es y s t e mp r o v i d e 位衄c i n f 0 肌a t i o ns e r v i c eb yc o l l e c t i n g ，p r o c e s s i n g ，a n a l y z i n ga l lk i n d so f i n f o r m a t i o n i ta l s oa d o p t p r o p e rm e a s u r eu n d e r1 1 1 1 n o r m a lt r a f f i cs t a t e o r g a n i z e e m e r g e n c yr e s p o n s ed e p a r t m e n ts u c n 弱r o a dm a n a g e m e n t , m a i n t a i n e ra n dp o l i c et or e s p o n s eh a r m o n i o u s ，r e d u c er e s p o n s et l 圮， p r e v e n ts e q u e n c ea c c i d e n ta n do p t i m i z er o a dt r a f f i cc o n d i t i o n s i th a si m p o r t a n te f f e c t o n r a i s i n gm a n a g e m e n tl e v e la n ds e r v i c el e v e l n l ea u m o rs t a n da tt h ep o s i t i o no fe x p r e s s w a ym a n a g e r , e x p l o r es h a n x ie x p r e s s w a y i n t e 掣a t ec o n t r o la n dc o m m a n ds y s t e mb ya m e t h o dt h a tc o m b i n i n gl i t e r a t u r er e s e a r c h ，l o c a l e s t u d ya n dp r i n c i p l ea n a l y s i s t ot h ei s s u eo fe x p r e s s w a yi n t e g r a t e d c o n t r o la n dc o m m 锄【d s v s t e m ，t h ep a p e rd e s c r i b ei t sb a c k g r o u n da n ds i g n i f i c a n c e ，i t sp r e s e n t s t a t ei n t e rc o u n t r ya n d o v e r s e a l p r e s e n ts t a t ea n dr e q u i r e m e n ti ns h a n x i ，i m p l e m e n t a t i o n r o u t ea n db l u e p r i n tf o r s u b - s y s t e ma n d s oo n b ye x p l o r es h a n x ie x p r e s s w a yi n t e g r a t e dc o n t r o la n d c o m m a n ds y s t e m ，t h ep a p e rg l v e s s u c h a g u i d e a s ： e x p r e s s w a yi n t e g r a t em a n a g e m e n ta n d a c c i d e n tr e s p o n s ec a nb ei m p l e m e n t e db a s e do n p r e s e n tr e s o u r c e ，d e p e n do ne x p r e s s w a yi n f o r m a t i o nc o l l e c t i o n , a n a l y s i sa n ds e r v i c e ，a n d t i e a c e df i b e r , g p s g p r sm o b i l ec o m m u n i c a t i o n , n e t w o r kc o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g ya n d c o m p u t e rt e c h n o l o g ya st h et a c h e t r 锄s p o r t a t i o ni saf o u n d a t i o ni n d u s t r yt oe c o n o m y , a n d i sa l s oa ni m p o r t a n tt a c b ea n d b r i d g et ot h ed e v e l o p m e n to fe c o n o m y t h er e s e a r c hi sf a c t u a l a n dc 锄b er e f e r e n c e dt ot h e i 1 1 f o 肌a t i v ee x p r e s s w a yc o n s t r u c t i o nu n d e rt h et a c t i co f b r i n ga l o n gi n d u s t r i a l i s a t i o nb y 血f 0 肌a t i z a t i o na n dp u s hi n f o r m a t i z a t i o nb yi n d u s t f i a l i s a t i o n k e yw o r d s ：e x p r e s s w a y ；c o n t r o la n dc o m m a n d ；p l a n 论文独创性声明 本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行研究 工作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做出 重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本论文中不包含任 何未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表的成果。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：狠及汐7 年夕月叼日 论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属学 校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权 利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成 果时，署名单位仍然为长安大学。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：彤爱 铷一防译 汐r 年夕月z 峦日 秒7 年5 - , qz 珀 长安大学工程硕士学位论文 1 1 项目背景和研究意义 1 1 1 项目背景 第一章概述 交通对国民经济的发展和社会的进步具有重要的战略意义，是当前我国以至于全球 经济发展的桥梁和纽带。当前我国正处于道路交通建设的黄金时期，全国各地都实施了 积极的财政政策，把加快道路基础设施建设作为拉动内需、刺激经济增长的主要手段。 交通运输信息化对于实现交通运输的跨越式发展具有十分重要的意义【1 1 ，随着社会 的发展和进步，信息化成了实现交通现代化的必然选择。高速公路网内的不同投资主体 在联网收费的前提下，对信息共享的需求日益增强，以往的高速公路孤立的管理方法和 模式已很难适应现代化管理的要求。交通系统实施综合信息化管理的目的就是通过广泛 应用现代信息技术，实现交通产业升级，使社会公众享有更多的信息资源，提高科研、 生产和管理的效率和能力，加快推进交通现代化。 “十五”以来，山西省全省公路建设完成投资7 0 0 亿元，是“九五”的2 1 倍，是建国 5 1 年的1 6 倍，约占“十五”全省固定资产总投资的1 2 ；新增公路通车里程1 4 1 5 5 公里， 新增高速公路1 1 6 8 公里，新增一、二级公路4 6 9 3 公里。到2 0 0 5 年底，全省公路通车 里程达到6 9 5 6 3 公里，路面铺装里程达到4 5 5 9 9 公里，公路密度达到4 4 5 公里百平方 公里。其中，高速公路达到1 6 8 6 公里，在全国排第9 位，在中部排第2 位：二级以上 高等级公路达到1 4 2 8 3 公里，在全国排第8 位。2 0 0 5 年，全省公路运输完成客运量3 6 亿人、旅客周转量1 8 1 亿人公里、货运量7 6 亿吨、货物周转量3 9 0 亿吨公里，比2 0 0 0 年分别增长了2 6 5 、3 3 、3 1 8 、4 4 5 ，在综合运输体系中的比重分别达到9 0 、 6 0 、6 5 、3 0 。 “十一五”期间，全省交通行业坚持“以人为本”，把提高安全水平和服务质量放在首 位，构建功能完善的高速公路、干线公路、农村公路、运输站场、现代物流、信息服务 六大网络，为社会提供安全、便捷、优质、经济、智能、和谐、公平的交通服务。到2 0 2 0 年，形成纵贯南北、承东启西、覆盖全省、通达四邻的高速公路网，实现省会到相邻省 会、省会到地级市、相邻地级市之间高速通达，连接城镇人口超过1 5 万的所有城市。 届时，全省约9 0 的市县能在一小时内到达高速公路，为居民出行、企业发展提供便捷 高效的交通服务，为经济社会的发展提供强有力的交通支撑。山西省高速公路网规划布 第一章绪论 局为人字骨架，9 横9 环。由以省会太原为中心的3 条放射线构成人字型主骨架，以9 条横线和9 条环线为次骨架，以4 条连接线为补充，总里程达到4 0 0 0 余公里，打通2 2 个高速出口通道，形成开放型的高速公路网络。下图为山西省高速公路2 0 0 4 规划图： 山西省高速公路网布局规划图 圈1 1 山西省高速公路规划圉 随着山西省公路建设事业的迅猛发展和交通“十一五”规划的开展实施，高速公路道 路联网监控、联网收费和联网通信格局逐渐形成，网络化管理成为高速公路管理的新趋 势。如何更好地利用高速公路的有效资源，运用高科技的手段，提高交通管理的智能化 水平及运行效益，强化高速公路管理措施与高速公路过往司承人员之间的有机联系，为 长安大学工程硕士学位论文 其提供高品质的服务，已成为我们急需解决的重要课题。 1 1 2 研究的意义 随着全省经济水平和人民群众生活水平的不断提高，社会公众对出行信息服务有了 更多和更高的要求。本项目综合运用先进的管理思想和信息技术，着重解决目前山西省 高速公路运营体系中的如下问题： ( 1 ) 信息采集与分析系统不够完善。虽然省内大部分高速公路已建有交通信息采 集设备与传输信道，但整体布设方案不甚合理，采集的信息不够规范和统一， 信息传输与存储还存在一定缺陷。与此同时，对于高速公路采集而来的交通 信息的分析和应用还处在初级阶段，基础信息资源利用率明显偏低。 ( 2 ) 高速公路交通信息服务系统尚不健全。高速公路交通信息服务系统是交通行 业面向社会公众服务的重要窗口，通过它可以为社会广大司乘人员提供路网 上的最优路径、最短行程时间、行车环境、气象信息、安全导航等出行信息。 省内已建的“9 6 5 6 5 ”、可变情报板等服务系统已投入使用并取得了良好的社会 反响，但各业务系统相对孤立，缺乏统一的数据传输、应用以及发布标准， 因此降低了各服务系统的能力发挥，限制了其工作效力。 ( 3 ) 缺乏用于高速公路的综合指挥调度系统。高速公路指挥调度体系自动化程度 少，功能单一，在预警、处置等多方面未能实现科学化管理，指挥调度效率 不高，无法适应突发事件处置和恶劣天气以及特殊路况的指挥调度要求。同 时，缺乏综合指挥调度系统与高速公路路政管理系统、养护管理系统等已建 系统的联结与共享。 建设智能化的高速公路综合指挥调度系统，既要与高速公路建设计划相适应，又能 保持相对独立性，使系统能够与基础设施同步建成开通。与此同时，综合指挥调度系统 要能够满足高速公路运营管理需要：一方面适应山西省高速公路现有的运营管理模式， 另一方面又能满足高速公路联网运营的特殊需求。 建设山西省高速公路综合指挥调度系统，不断丰富出行信息服务内容，完善信息发 布体制，扩充信息发布手段和平台，提高信息发布实时性和准确性，是交通信息服务于 人民群众安全、便捷出行的重要体现。对路网重大突发时间进行应急处置，对路网进行 综合指挥调度可有效降低突发事件造成的各种损失，提高路网综合通行能力和运输能 力；研究高速公路综合指挥调度系统，是针对山西省现行高速公路管理的实际情况，通 第一章绪论 过及时正确地收集分析处理路网内的各种信息，为过往司乘人员提供信息服务，并对异 常交通状态采取相应的对策和方案，集中统一调度路政、养护、交警等紧急情况处理部 门，缩短反应时间，预防连锁问题的发生，优化改善道路交通状况，提高行车安全的有 效性和可靠性，提高行车的便捷性和舒适性，对于提升高速公路管理水平和服务水平具 有深远的意义。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 国外高速公路管理现状 由于高速公路一般都处在对国民经济和社会发展有重要意义的运输干线上，世界各 国政府都高度重视对高速公路的管理，特别是一些发达国家对高速公路的管理已经形成 了比较严密和完整的体系，较好地适应了高速公路运营和管理的客观需求。下面我们以 美国、法国和德国等发达国家为例，对国外高速公路的管理现状加以说明。 ( 1 ) 美国 美国联邦政府负责交通安全的机构包括联邦公路管理局和国家公路交通安全管理 局，按照公路安全法和国家交通和汽车安全法规定的责任范围分工实施交通安 全管理。从交通运输部门与警察部门在交通安全管理方面的职责分工来看，是由交通运 输管理部f - j $ u 定有关标准和规章制度，高速公路的交通安全措施也一概由公路部门设置 并管理，交通警察按照交通法规执行现场管理，特别是交通执法责任。总体来说，交通 运输部门在交通安全的改善方面起着主导作用。 美国的高速公路管理涉及到多重机构( 如市、县、州和公共交通机构) ，而这些机 构又涉及到很多部门( 交通、公共工程、警察、设计与养护、环保、救助等) 。从上世 纪7 0 - - 8 0 年代起，有些州( 如德克萨斯州、佛罗里达州) 出现了一些由不同部门共同 参加的高速公路交通管理小组，类似于国内的指挥调度中心或监控管理中心。这些工作 组的目标是通过改善不同机构和部门之间的交流、合作与协调，利用各种交通管理组织 现有的优势和资金为道路使用者提供更好的服务，对运输通道内的交通实施更加有效的 管理。交通管理工作组的经费开支由参加各方自行支付，主要用于以高速公路为主体的 重点运输通道的交通管理，从发挥各协作部门综合优势的目标出发，改善运输通道的营 运和安全。其工作方式是各部门代表定期举行会议，同时邀请交通行业有关专家参加。 各部门在会议中及时通报已经或将要采取的交通管理与服务措施，也可提出所面临的新 4 长安大学工程硕士学位论文 问题，以便寻求共同解决的办法。各部门之间的协作和相互配合，可以从技术上更好地 满足高速公路交通管理紧迫性和适应性的要求，有利于各种人力、物力和财力的利用和 优化。这种管理模式反映了当前高速公路交通管理体制的发展趋势，即增强交通管理的 整体性和系统性，从而全面提高管理工作效率和高速公路的交通服务水平。 ( 2 ) 法国 法国政府的最高公路管理机构是公共工程、运输和旅游部下设的公路与公路交通 局，总体来说分为负责公路建设投资和负责管理公路网，制订交通条例的两个部门。公 路交通局内设高速公路特许公司监理部、高速公路建设养护处、高速公路管理局和安全 与用户服务处等机构。 在法国，对于特许经营的高速公路，国家仍然保持管理和调控职能，执行机构是公 路与公路交通局。参与高速公路交通安全管理的政府部门主要包括：国防部下属的宪兵管 理地方治安和道路交通；内务部下属的警察管理城市治安和道路交通；公共工程、运输 和旅游部下属的公路与公路交通局管理道路与交通工程。 法国高速公路网由6 个地方控制中心监控，这些控制中心由当地宪兵队和特许公司 共同管理，与法国宪兵总部全国高速公路监控中心相连，2 4 小时不问断地收集道路交通 情况。 ( 3 ) 德国 德国高速公路由联邦交通部公路局负责制定规划和建设计划，委托各州的公路局建 设和管理所辖境内的高速公路，联邦政府主要利用油税收入资助高速公路建设，州政府 主要利用汽车保有税和公债收入投资公路建设，而在各州直接从事高速公路养护管理的 是高速公路养护站。 德国的道路交通安全工作组织可以概括为：道路交通部门制定交通法规和交通规 则，公路管理部门负责对公路网作相应的改善，交通警察执行现场交通监控和处理交通 事故。目前，交通警察部门主要负责三项工作，即交通监控、交通统计和交通事故调查。 德国大部分地区都成立了当地的交通安全委员会，其成员来自道路交通部门、公路管理 部门和交通警察部门。委员会通过召开会议的形式协调各方面的工作，特别是采取工程 手段解决事故多发点的问题。 从以上美、法、德等国的交通管理现状可以看出，当前发达国家的高速公路交通安 全管理形成了多家参与、分工协作的体制( 在这种体制下，公路部门发挥着主导作用。 第一章绪论 1 2 2 国内高速公路管理现状 国内高速公路指挥调度平台方面的研究起步较晚，但近几年随着高速公路建设的迅 猛发展，高速公路指挥调度系统在全国应用日渐广泛。全国很多省份高速公路管理都已 经开始应用科学高效的指挥调度系统。下面以部分省市为例介绍一下我国高速公路管理 的主要研究成果： ( 1 ) 江苏省高速公路交巡警g p s 指挥调度系统 2 0 0 4 年1 1 月，江苏通启高速公路建成通车，每两公里设置一个等间隔摄像头，这 些遥控摄像头可3 6 0 度旋转，2 4 小时打开，摄像头全部连接到位于小海的中心监控室， 对高速公路上发生的一切情况进行实时监控。发生事故时无需报警，监控中心在第一时 间便可捕捉到事故现场情况，委派事故救援人员在最短的时间内赶到事故现场。同时， 事故发生的全过程都有录像资料，车辆在行驶中违章等情况也一目了然。 江苏省通启高速公路上还设置了可变限速标志，根据天气、路况等变化及时提醒驾 驶员保持合理的行车速度，如果有一驾驶员超速，预埋在路基中的测速器会及时把车速 信息传达到监控中心，为违章处理提供全面可靠的依据。通启高速公路还开创了高速公 路数字远距离多路图像同步传输监控新技术，构建了数字化高速公路快速反应系统，为 我国高速公路信息化建设提供了典范。 卫星定位、数据通讯、计算机网络等许多先进的现代科技正越来越多地应用于公路 交通管理领域。利用g p s ( 全球卫星定位) 技术建立的车辆监控系统可以动态地获得汽车 行驶过程中的准确位置，利用g i s ( 地理信息系统) 所提供的地理信息和各种属性信息， 可完成对车辆的监控与调度。系统针对交巡警特殊的业务勤务流程和管理流程，利用 g p s ，g s m g p r s ，g i s 、计算机网络和数据处理技术，实现对全省范围路面交巡警实时 指挥调度、勤务管理，实施对高速公路恶劣大气( 路况) 的迅速分级处置。这样一来，既 实时监控交巡警的巡逻情况，又建立巡逻民警和指挥中心的信息交互通道，方便总队及 时了解全省各项实时信息，从面对交巡警工作进行更加科学的管理和协调，不断提高交 巡警指挥调度、勤务管理现代化水平。 ( 2 ) 吉林省高速公路指挥调度系统 吉林省高速公路指挥调度系统平台应用现代先进的通信、多媒体网络、计算机、自 动化控制等理论与新技术，以现有网络和信息系统为基础，以建立的吉林省高速公路网 g i s 交通地理信息系统为支撑，以有线通信系统和移动通信系统为纽带，将全省高速公 6 长安大学工程硕士学位论文 路各个分中心管理信息系统、联网收费系统、g p s 车辆卫星定位系统、紧急救援指挥调 度系统、信息发布系统、综合分析系统等有机地融合为一个整体，充分发挥指挥调度中 心系统的整体效能，建立具有数据采集、整合、处理、调度、反馈等功能的综合运营管 理指挥运行机制，实现科学、高效的现代化高速公路运营管理。 ( 3 ) 安徽省高速公路指挥调度系统 安徽高速公路g p s 指挥调度系统在全省高速公路投入使用以来，安徽交通管理部 门实时掌握高速公路路面交通动态信息，科学实施考核基层勤务，加大高速公路路面管 控能力和应急处置突发性事件，有效地预防和减少了交通事故的发生。 g p s 指挥调度系统的投入使用，加大和督促了安徽省各地基层高速大队路面执勤巡 逻出勤率，全省日均总计巡逻里程比以往提高近四倍，有效地加强了路面的管理。针对 特殊气候条件，g p s 指挥调度系统及时将与恶劣天气有关的信息传送到高速公路巡逻大 队，为他们提前防范交通事故等提供信息依据；对在高速公路发生的重特大交通事故， g p s 指挥调度系统直接指挥调度附近的高速公路巡逻车迅速到达第一现场，预先进行情 况处置和施救措施，有效地减少了交通事故带来的损失。同时，全省高速大队充分利用 “证眼雷达”对路面超速、违法超车等动态违法行为进行测速和拍摄，将有关数据及时通 报给路面巡逻车和执勤点；提供违章车辆交通违法证据。此外，还实施全省高速公路联 动执勤，对基层勤务管理进行有效考核，以g p s 指挥系统为依据，组织对全省各高速 公路勤务管理、交通事故情况、辖区路面违法行为率、交通违法行为查处率、高速公路 畅通情况五项内容进行全面考核，规范高速公路民警的执法行为，确保了高速公路安全、 有序、畅通。 ( 4 ) 浙江省杭州市绕城高速指挥调度系统 随着高速公路的不断扩展，加强高速公路各路段的应急调度必然成为高速公路建设 的一项重要任务。2 0 0 4 年，杭州绕城高速公路开始筹建指挥调度系统，针对绕城高速的 情况，不断商讨、研究，提出了一份度身定制的方案，能实时方便的对相应高速公路段 进行统一管理。 为实现绕城高速的指挥调度，杭州市研发了m p s 2 0 0 0 d 指挥调度系统，在各高速 路段设置了4 个调度处，分别为总调度中心、转塘分调、下沙分调、半山分调，在总调 度中心设置总调度台，实现对整个系统内调度用户的总体控制，其他分调度处设置的调 度台分别控制相应路段的调度用户。控制台、维护台通过绕城内部数据网，实现对调度 系统的配置、维护等功能。 7 第一章锗论 m p s 2 0 0 0 d 指挥调度系统的结构框架如图1 2 所示 8 1 1 1 _ 一 m 2 * n j * n u _ m 2 目 国90 0 0 t n h m m p e 十dr 月r f ，0 j mr g q , bi * , qj l 圈1 2 杭州市m p 戤n o - d 指挥调度系统结构框架图 1 - 3 项目主要研究内容 高水平的高速公路管理要充分利用各种技术手段，大力改善高速交通的现存问题， 摆脱其对社会进步和经济发展的瓶颈效应。自动化、信息化的管理能够极大地提高效率、 降低成本，客流量预测、调度控制、统计分析等全部可以通过计算机的处理来实现。本 项目在分析、整合山西省现有交通资源的基础上，对山西省高速公路的交通信息采集、 分析与发布，高速公路突发事件应急反应，高速公路综合指挥调度，等内容进行了深入 的研究。 高速公路交通综合指挥调度系统将充分利用公路g i s 系统和公路基础数据库，通过 交通量调查、通行费收费、车辆检测器、能见度监测器、气象监测器、视频监控采集数 据，图文一体化的实时反映路网运行状态，为路网调度指挥中心提供路段交通量、平均 车速、车流密度、能见度、气象等信息。依托多种通讯手段，以路网调度值班管理为核 心，搭建集值班管理、辅助决策、指令下达、信息发布、特情报告于一体的全省路网调 度业务处理平台。通过综合指挥调度中心，用视觉、语音等方式，更好地将信息化建设 直观地反映出来，完善山西省高速公路信息化建设的服务宏观决策和服务社会的功效。 具体研究内容如下： n 瓣 一国一 州m 长安大学工程硕士学位论文 ( 1 ) 交通信息采集、分析与服务 研究山西省高速公路交通信息的采集、分析以及交通信息服务系统。提出交通信息 采集的软硬件系统及其传输网络的建设方案；对高速公路基本的交通流信息以及突发事 件的应急处置进行研究；基于信息整合理念对高速公路交通信息服务系统的数据共享、 数据交换、数据汇总以及信息发布等进行研究。 ( 2 ) 指挥调度系统 建立健全指挥调度系统，完善交通流量控制分流、交通疏导控制、事故处理、特殊 天气交通预案、路政紧急救援等功能；重点对高速公路指挥调度与应急救援系统进行分 析研究，制定高速公路应急处置预案。 ( 3 ) 指挥调度系统与其它高速公路管理系统的连接方案 考虑到山西省高速公路管理与运营特点，对高速公路中和指挥调度系统与高速公路 路政管理、养护管理等系统，与高速公路交巡警等高速公路管理与运营职能部门之间的 物理连接、数据流向、信息共享以及信息安全策略等方面进行深入的研究。 1 4 主要研究方法和技术路线 本课题采用主要研究方法和技术路线总结如下： 文献研究：针对交通流理论、交通信息整合方法、交通信息采集与分析方法、 高速公路交通信息发布、高速公路综合指挥调度、高速公路应急反应系统以及 高速公路各种管理系统进行文献搜集、整理，提取符合项目背景和要求的资料 进行深入研究。 现场调研：对项目涉及的山西省高速公路采取现场观测、与专家座谈、走访等 方式进行资料收集，了解和掌握第一手资料。 数据加工：根据项目研究需求，对现有高速公路信息采集的源数据进行合理的 分类、合并、提取等数据加工工作。 理论分析：与项目建设相关的各学科基础理论的互动联系分析，对项目涉及知 识领域进行交叉归纳研究。 定量分析：对调研中采集的资料和数据进行筛选和整理，做出对比归纳和定量 分析。 实证分析：实证分析是对理论研究的内容和结果的检测与验证。结合理论研究 成果，以项目研究区域为背景，应用实测数据和仿真数据对研究成果进行实验 9 第一章绪论 与分析，以此验证理论研究的可靠性和准确性，并为进一步的研究提供有价值 的参考。 上述技术路线如下图所示： 1 5 研究报告整体框架 图1 3 研究方法和技术路线示意图 山西省高速公路综合指挥调度系统研究报告共分为五部分： 第一部分为报告的第一章，是对研究报告的背景和意义、高速公路综合指挥调度系 统的国内外研究现状、研究方法、技术路线以及报告的主要工作和框架结构进行了介绍。 第二部分包括报告的第二章和第三章，分别就山西省高速公路现状和综合指挥调度 系统需求进行了讨论和分析。 第三部分包括报告的第四章、第五章和第六章，是对高速公路信息采集系统、分析 系统以及服务系统的方案研究。 第四部分为报告的第七章，基于前面章节的分析结果构建了山西省高速公路综合指 挥调度系统，并对系统功能、数据流向、信息共享以及与其它高速公路管理系统的连接 等问题做出了分析和探讨。 第五部分为报告的第八章，是对全文工作的总结和对下一步研究工作的展望部分。 研究报告整体框架结构图如下所示： 1 0 长安大学工程硕士学位论文 图1 4 研究报告框架结构图 值得说明的是，山西省高速公路综合指挥调度系统在本质上是信息采集、信息分析、 信息服务以及指挥调度等多个系统的组合体。其中，每个系统既有各自不同的功能，系 统相互之间又联系紧密。在整个报告的研究内容之中，综合指挥调度系统是核心部分， 在框架结构中作为一个单独的部分加以描述。 第二章山西省高速公路现状分析 第二章山西省高速公路现状分析 2 1 山西省高速公路管理现状 2 1 1 山西省高速公路管理局组织机构 山西省高速公路管理局( 简称省高管局) 作为山西高速公路的管理机构，肩负着全 省高速公路的运营、管理任务，省高管局及其下属部门是高速公路综合指挥调度系统的 主要建设和使用者。省高管局成立于1 9 9 5 年1 1 月，下辖京大、大新、新原、原太、太 旧、吕梁、太祁、祁临、临候、运城、长治等1 1 个高速公路管理公司和太原、晋城两 个管理处，负责全省共1 2 1 l 公里高速公路的养护、收费、路政管理和经营服务的管理 工作。省高管局建立了高速公路信息监控中心和覆盖全省高速公路的通信骨干专网，并 以此为依托建立了全省高速公路三级视频监控联网和监控数据的初步联网，实现了全省 高速公路联网收费一卡通。山西省高速公路管理局组织机构如下图所示： 图2 1 山西省高速公路管理局组织机构图 2 1 2 山西省高速公路管理现状 自1 9 9 3 年山西省第一条高速公路太旧高速公路开工建设以来，全省1 2 年高速 1 2 长安大学工程硕士学位论文 公路建设共完成投资4 0 0 多亿元，先后建成了以大运、，太旧为代表的一大批高速公路， 大大改善了山西省公路交通条件。到2 0 0 5 年年底，全省高速公路通车里程达到1 6 8 6 公 里，位居全国前十名，高速公路人字骨架全面建成，将实现省会到地级市“三小时高速 通达”。到“十一五”末，高速公路通车里程将达到3 0 0 0 公里左右，基本形成纵贯全省、 通达四邻的高速公路网络。 为保障高速公路交通安全、畅通，山西省总结了近几年交通、公安两部门在高速公 路管理中的一些好的案例并借鉴外省的成功经验，对各自的职责进行了细化明确，提出 了在管理中相互配合的具体要求。山西省公安机关交通管理部门加强了施工现场的交通 安全监督检查，及时对交通阻塞进行分流、疏导，维护高速公路交通秩序；省公安机关 交通管理部门和省高速公路管理机构接到交通事故报告后立即赶赴现场组织抢救受伤 人员，并按照各自职责，采取措施，尽快处理事故，恢复交通；省公安机关交通管理部 门处理交通事故时，涉及高速公路路产损失的，将依照有关规定及时通知省高速公路管 理机构，并配合省高速公路管理机构处理路产损失的赔偿。 2 2 山西省现有高速公路机电系统现状 山西省于2 0 0 5 年底成立了高速公路信息监控中心，肩负了全省高速公路网的监控指 挥调度、信息采集和机电管理功能，同时整合了网络资源与信息数据，提高了管理服务 效率，搭建了良好的信息网络平台。 目前山西省高速公路已经依托2 5 g 通信干线建成通信、收费和监控三大系统及供配 电等辅助系统组成的机电体系，并建立了全省专网视频会议系统和办公专网系统。通信 系统是全省高速公路信息传输的专用通道，它采用s d hs t m 1 62 5 g 光同步数字干线 传输系统与s t m 1 或s t m 4 光综合业务接入网系统相结合的传输体制，实现全省范围 内语音、数据、图像的实时传输，保证了全省高速公路收费数据、监控图像、语音的不 间断传输，并为交通专网的建立奠定了坚实的基础。所采用的干线传输设备为华为和中 兴的设备。 第二章山西省高速公路现状分析 图2 1 山西省高速公路通信网络拓扑图 2 0 0 7 年拟建成山西省高速公路通信管道传送网，连接全省十一个地市交通系统内各 相关单位，实现全省交通系统信息联网。 现在已经建立了综合信息服务系统( 9 6 5 6 5 语音电话、1 6 8 语音信箱、短信平台、紧 急救援系统) 、高速公路门户网站、专网视频会议系统、路政业务管理系统。此外，还 在本系统大力推进信息化建设，建立了局机关o a 系统，各地市7 0 的管理公司搭建了 办公局域网，开通了门户网站。 对外信息发布系统，如果发生特殊路况如雨雪封路、交通管制等，省信息监控中心 会按照信息监控系统突发公共事件处置预案，随时收集全路段路况信息，3 分钟内通 过高速公路网站、1 6 8 0 0 5 6 5 语音信箱、手机短信平台、可变情报板、省、市交通台等渠 道对外及时公布高速公路路况。特别是1 6 8 0 0 5 6 5 语音信箱可同时接入1 0 0 0 路电话，大 大提高了信息发布效率。 2 0 0 3 年和2 0 0 5 年两次全省大规模的机电联网建设，实现了全省高速公路联网收费“一 卡通”；2 0 0 6 年1 2 月9 日全面启动全省计重收费；2 0 0 7 年拟建环城e t c 不停车收费系 统。 1 4 长安大学工程硕士学位论文 2 3 存在的问题 ( 1 ) 信息采集与分析系统不够完善。 虽然省内大部分高速公路已建有交通信息采集设备与传输信道，但整体布设方案不 甚合理，采集手段过于单一，采集的信息不够规范和统一，信息传输与存储还存在一定 缺陷。与此同时，对于高速公路采集而来的交通信息的分析和应用还处在初级阶段，基 础信息资源利用率明显偏低。 ( 2 ) 高速公路交通信息服务系统尚不健全。 高速公路交通信息服务系统是交通行业面向社会公众服务的重要窗口，通过它可以 为社会广大司乘人员提供路网上的最优路径、最短行程时间、行车环境、气象信息、安 全导航等出行信息。省内已建的“9 6 5 6 5 ”、可变情报板等服务系统已投入使用并取得了 良好的社会反响，但各业务系统相对孤立，缺乏统一的数据传输、应用以及发布标准， 因此降低了各服务系统的能力发挥，限制了其工作效力。 ( 3 ) 缺乏用于高速公路的综合指挥调度系统 高速公路指挥调度体系自动化程度少，功能单一，在预警、处置等多方面未能实现 科学化管理，指挥调度效率不高，无法适应突发事件处置和恶劣天气以及特殊路况的指 挥调度要求。同时，缺乏综合指挥调度系统与高速公路路政管理系统、养护管理系统以 及交警、医救等部门应用系统的联结与信息资源共享。 第三章需求分析 3 1 党和政府相关政策需求 第三章需求分析弟二早斋冰万忻 3 1 1 是构建和谐社会，践行“三个服务”的必然要求 李盛霖部长在2 0 0 7 年交通工作会议上指出：“服务国民经济和社会发展全局，为构 建社会主义和谐社会提供交通基础设施；服务社会主义新农村建设，为构建社会主义和 谐社会创造交通条件；服务人民群众安全便捷出行，为构建社会主义和谐社会增强交通 运输保障能力”( 简称“三个服务”) 。 3 1 2 是落实科学发展观的要求 温家宝总理在省部级主要领导干部“树立和落实科学发展观”专题研究班结业式上 的讲话提高认识统一思想牢固树立和认真落实科学发展观中，全面阐述了科学发 展观的主要内涵和基本要求，即坚持以经济建设为中心，坚持经济社会协调发展，坚持 城乡协调发展，坚持区域协调发展，坚持可持续发展，坚持改革开放，坚持以人为本。 3 1 3 是山西省高速公路管理现代化的要求 2 0 0 6 年1 0 月，交通部出台关于全面加强应急管理工作的指导意见( 简称指导 意见) ，要求加强应急管理规划和建设，做好各类突发公共事件的防范工作，加强应急 装备和队伍建设。到“十一五”末，公路交通将初步实现监视监测能力现代化，应急管理 与决策科学化，突发公共事件预警预防与应急反应和处置快速化，应急装备、资源配置 现代化和配备合理化，形成统一指挥、分级负责、反应灵敏、运转高效、保障有力的交 通突发公共事件应急体系。 近几年，随着山西省高速公路路网规模的不断扩大和运输车辆数量的急剧增加，全 省高速公路交通安全形势也变得日益严峻。目前高速公路运输是山西省重要的运输方式 之一，“十一五”及以后1 5 年，将是全省国民经济的高速增长期，必然也是区域交通的 高速增长期，跨市( 县) 交通量会成倍增长，交通基础设施建设也将快速发展。山西省 高速公路公路网错综复杂，车流量大，一旦发生公路交通突发事件，如大范围的交通堵 塞、重特大交通事故、恶劣天气、高速公路及相邻区域路网的治安事件等，必将严重影 响正常的高速公路交通秩序，这就需要有一个专门的高速公路综合指挥调度系统来处置 1 6 长安大学工程硕士学位论文 突发事件，保证高速公路畅通，为司乘人员提供良好的公众出行服务。 与此同时，目前山西省高速公路管理局在应急方面缺乏信息获取的统一系统和有效 手段，缺乏常设的应急处置机构和人员。信息和机构的缺乏，已经限制了交通主管部门 应对突发事件的反应能力以及对公路网的管理能力。 为了增强交通管理部门对突发事件的应急响应和处置能力，不仅要以“应急”的思路 来建设高速公路综合指挥调度系统，更应该将其建设成常态的、稳固的、适应力广泛的、 可提供及时处置服务的系统。作为山西省高速公路政府主管部门来说，山西省高管局应 该有一个常设性的、可与省公路应急处置指挥机构协调联动【2 】的、可对全省的公路交通 进行综合管理和应急的指挥决策机构。 全省社会公众日益关注在跨区域交通出行过程中的便捷、快速、安全等问题，对于 高效、全程掌控路线运行状态的需求越来越迫切。面对这种需求，山西省高速公路政府 管理部门，应以跨市( 县) 大范围的高速公路出行为重点服务对象，充分利用现有高速 公路基础数据，对公共数据信息特别是跨省市、跨区域的联网收费信息资源进行数据处 理、融合及挖掘，提炼跨省市区域交通出行规律，并建立一体化的公众信息服务系统， 为社会公众提供优质的交通信息服务。同时建立信息服务和协调运作的应急指挥系统， 提高对恶劣自然条件、重特大交通事故等各类突发性事件的联合应对和处置能力。 3 2 实际需求预测 3 2 1 高速公路交通信息采集系统需求分析 高速公路交通采集系统是综合指挥调度的重要子系统，将采集到的多种交通流信息 进行数据融合，根据交通流基本理论估计道路网络中的交通运行状态，然后做出并发布 一系列决策，达到对高速公路车辆运行状态的识别作用。在高速公路交通信息采集系统 中，获得高速公路交通运行状态的方法主要有人工识别和自动识别两种方法： ( 1 ) 人工识别方法 人工识别方法是指在进行道路交通状态识别过程中需要人工参与才能够完成的方 法，它又可以分为闭路电视( c c t v ) 和紧急电话两种形式。其中，c c t v 适用于车流 量较大，车辆密度较高的区域；而紧急电话( 包括固定电话和移动电话) 可以在发生突 发事件时由驾驶员或者其他的在场人员通过电话及时向控制中心通报。 ( 2 ) 自动识别方法 1 7 第三章需求分析 自动识别方法是通过实时、准确地获得高速公路的动态交通流信息，利用道路交通 状态的识别算法对交通状态进行实时估计的方法。这种方法利用道路网络上安装的检测 设备检测的流量、速度、占有率等交通流参数来判断道路的交通运行状态。 高速公路综合指挥调度系统的功能之一是监测高速公路上的突发事件，结合c c t v 获得的实时图像信息对突发事件的性质进行判断，制定最佳的救援与现场交通管理与控 制方案，最大限度地降低突发事件的影响和持续时间，以及避免二次交通事故的发生和 保障高速公路的交通畅通。 为了实现突发事件的快速识别，以及判断事件的类型和持续时间，动态交通流信息 采集系统必须能够针对各种可能发生的突发公共事件及其对高速公路交通的影响进行 风险分析，并根据预测分析结果，可提前采取预防措施，将事件发生的可能性降到最低； 同时，还要为高速公路综合指挥调度系统提供关键路段的车速、占有率、流量和排队长 度等交通流信息，依据交通事件自动检测算法进行判断，从而实现突发事件的快速识别， 准确判断事件类型和可能持续的时间，甚至制定具体的救援和交通管理方案。 具体需求如下表所示： 1 8 长安大学工程硕士学位论文 表3 1 高速公路交通信息采集系统需求分析 需求需求描述 所需数据