當前,我國道路交通管理落后,缺乏先進的現代化交通控制手段和安全管理、事故檢測、處理系統。目前大多數城市的道路交通管理仍主要處于由人工管理的階段,大量的統計數據無法發揮其在分析預測、動態調度、實時控制方面的作用。地理信息系統(GIS)具有將空間數據和屬性數據結合起來的特性,利用它可將地形數據、道路數據、交通設施數據、交通事故數據等結合起來,提供直觀的查詢統計界面,并進行事故分析預測、提供交通控制指令等強大功能。應用GIS綜合開發和實現一套道路交通安全系統,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,我國已經在該領域做了一些研究開發工作。但應用的范圍有限,主要功能著重于道路信息的查詢、空間數據和屬性數據的管理以及專題地圖和報表的輸出�？傮w來說分析和預測功能不強,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、車輛的性能、道路狀況和設施配置。其中部分屬于靜態因素,部分屬于動態因素,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。而現行道路交通安全管理系統對動態信息的采集、分析和處理能力很差,無法對動態因素進行實時監控和管理;同時,與道路交通安全相關的各功能模塊的集成尚不夠成熟,沒有建立起統一的道路交通安全管理系統。
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展,其中之一就是將GIS系統應用到道路交通安全管理中。GIS系統是由計算機硬件、軟件、地理信息數據組成,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。GIS系統除了可以滿足數據管理的需要,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計分析等。
GIS系統一般由5個子系統構成:
(1)數據獲取和處理系統;
(2)數據存儲和數據庫管理系統(DBMS);
(3)數據轉換系統;
(4)數據查詢系統;
(5)數據輸出系統。
可以看出,數據是直接影響到GIS應用潛力、成本和效率的關鍵。除靜態的圖形數據、圖形拓撲數據、特性數據和屬性數據外,基于GIS的道路交通安全管理系統還可以通過GPS、攝像頭和道路監視器獲取道路的實時動態信息。例如,在發生交通事故時,GIS可以可視化地描述事故發生的地點,準確地在電子地圖上定位,并根據拓撲計算得出事故造成的交通影響范圍,并自動將碰撞發生的時間、類型(正面或側面剮蹭等)、嚴重程度、占用車道的情況自動分類和存儲。
道路交通安全GIS系統
采用道路交通安全GIS系統可以充分利用GIS數據輸入和預處理、數據管理以及可視化表達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、動態反應城市道路變化的現狀資料,實現對各類設施系統、全面和高效的管理;利用GIS空間查詢和分析(緩沖區分析、疊置分析、網絡分析)的功能對道路交通安全問題進行多層次、多角度的分析研究,從而幫助管理部門實現交通事故防治、傷亡控制和事故發生地段的交通疏導;GIS系統結合車載通信設備和道路信息顯示屏以及交通信號燈的使用,可以預先提醒進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生的可能性。
系統的結構
城市道路交通安全GIS系統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測;
(3)交通事故的管理。
其具體的結構如圖1所示。
數據的組織
GIS系統中的信息由能夠提高道路交通安全性的地理信息組成,數據的精度將直接影響分析和決策的準確性�；A地理信息的來源包括現有地圖(地形圖/專題地圖)、全野外數字測圖(GPS/全站儀/電子手簿)、衛星影像、航空照片、調查統計數據、現有的數據文件和數據庫等。
除基礎地圖的地理信息外,城市道路交通安全GIS系統包括專題地圖信息。不同類型的數據用于表現交通安全的不同方面,數據的選取滿足實用性、有效性、可擴展性的原則。其主要包括以下幾方面:
(1)路網信息,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、車道數和寬度、道路占用情況、公交系統的運行時間表等。
(3)交通設施信息,包括交叉口、信號燈和交通標志的位置,公共汽車、電車、地鐵車站的位置,顯示屏、攝像頭等數據采集設施的位置等。
(4)與交通事故相關的信息,包括事故頻發地段的位置、地形條件(如可視條件差、無交通標志或道路條件差的路段),容易引發交通事故的位置、交通事故的屬性信息(如嚴重程度、類型等)。
(5)統計信息,包括路段的年通行能力、平均通行速度等。
GIS系統中的信息可以組織到專題圖層中。每個圖層有一個主題,同時包含空間數據和屬性數據,圖層中每個特征點都可以通過坐標和屬性來確定和描述。根據我國城市道路交通安全管理的特點,GIS系統專題地圖可分為如下表所示的幾層。
數據的分析和利用
數據的空間分析包括靜態和動態的數據分析。靜態數據分析指根據在一定時間段內不變的固有數據信息進行的分析,例如交通事故的區域分布分析,對某一地區交通事故發生的特征和發生頻率進行分析,并通過建立數學模型,對交通事故的相關因素進行分析。
分析的結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;動態數據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的緊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備和道路上的信息顯示屏,對進入危險地段的交通參與者提供警示信息。
統計分析
根據存儲在數據庫中的交通事故相關信息(包括事故地點、性質和原因等),對事故多發地點進行分析,統計研究區域內滿足分析條件的事故多發路段、點,或按照指定事故類型統計事故多發路段�？刹捎梅秶祵ｎ}圖、點密度專題圖或直方圖專題圖的形式輸出統計結果。例如,按照事故發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、右轉碰撞、左轉碰撞、同向車輛剮蹭、車輛自身事故(如碰撞護欄等)和車輛追尾等分別統計。
分布分析與類型分析
GIS系統可以對引起交通事故的各因素進行分析評價,分析交通事故與各影響因素之間的敏感性和不確定性關系,從而對道路的規劃、道路設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；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；交通流等五方面進行分析�？梢圆捎茂B置分析的方法,重建拓撲關系,產生新的空間圖形。例如,將事故層與交叉口層疊加,經疊加分析后,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；如果再與交通設施層疊加,還可以了解交通設施與交叉口事故的統計關系。如圖2所示。
根據分析得出的結論,有針對性地提出事故的控制和預防策略,包括相關因素的控制(道路規劃、設備完善)、交通參與者的行為規范、事故的警示和防治、緊急救援和傷亡控制。
交通事故的預測
在交通事故數據的基礎上,利用相關因素分析、系統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系,并建立適當的預測模型,針對各種影響因素的變化對事故的發生進行預測。如雨雪天氣事故可能發生地段,根據這些預測結果,在這些地段設立危險地段警示或增加交通警力控制,減少事故的發生。
基于道路交通安全GIS系統的事故管理
事故管理是一個行為鏈,是從事故發生的發現到管理人員處理事件的整個過程。它包含事故的發現、驗證、響應和緊急救援的組織,事故發生地點的處理和相關的交通控制措施。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,醫療機構到達事故現場的路線可以通過GIS系統根據最短路徑的計算自動生成的救援路線獲得。
首先通過GPS的定位確定事故發生點,采用逐步增加的步長的方法建立事故點緩沖區,并采用圖形疊加的方法找到能夠提供緊急救援的最近醫療機構。
采用狄克斯特累算法(Dijkstra’salgorithm)求解最短路徑,在這一過程中,首先節點的選擇在一定范圍內,以避免對路網所有節點的搜索,減少計算時間,其次將當時道路的通行速度作為路段的權值,該權值隨權值關系式變化,還有可能臨時出現一些障礙點,所以需要動態的計算最優路線。路徑確定后,可以及時通知救援部門,使其盡快到達事故現場。
交通誘導和控制
從對道路通行量來說,通過預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,提高道路的服務水平;同時還可以通過限制接近交通事故現場車輛的速度,整體上提高道路交通流量,使事故對交通的影響減到最小。
系統可以根據事故類型、程度生成的點緩沖區、線緩沖區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、車載通信設備等,及時給駕駛者和行人發布交通信息,實現提示和預警功能;通過各種信號燈等控制設備和交通警務人員的協助,調整交通流的速度、密度,預防和減少事故的發生。