城市道路VMS版面設(shè)計標準關(guān)鍵問題研究

王義生，陳二慧，劉 靜，朱雪良，藍 普，楊 毅，夏曙東，張志平，喬 梁，楊文超，李巨偉

(1.北京四通智能交通系統(tǒng)集成有限公司，北京 100081;2.北京千方科技集團有限公司，北京 100191;3.北京市公安局公安交通管理局，北京 100037)

0 引言

城市道路可變情報板(Variable Message Sign，簡稱VMS)是智能交通系統(tǒng)中先進出行者信息系統(tǒng)的主要實現(xiàn)工具和關(guān)鍵因素，它的顯示形式可以是文字、數(shù)字、符號、圖形或者幾項的組合［1］，能為出行者提供交通狀態(tài)、交通管制、交通事故以及交通環(huán)境等實時動態(tài)信息，實時誘導(dǎo)駕駛員的出行方式和路徑，在緩解城市交通擁堵方面起到了較好的效果.

目前，我國對VMS版面顯示圖形和文字的相關(guān)理論和實踐的研究仍在不斷發(fā)展和規(guī)范.在VMS版面圖形方面，國內(nèi)學(xué)者從不同角度對路網(wǎng)分區(qū)和路網(wǎng)拓撲的原則、方法等進行了研究，2009年徐麗群［2］設(shè)計了動態(tài)路網(wǎng)分區(qū)概念模型，以根生節(jié)點為中心，采用逐層掃描技術(shù)對節(jié)點交通流作用路徑進行搜索，形成路網(wǎng)小區(qū)的拓撲結(jié)構(gòu)圖;2010年尹洪英等［3］以譜圖理論為基礎(chǔ)結(jié)合譜聚類算法進行路網(wǎng)動態(tài)分區(qū)的研究.在VMS版面文字方面，2005年林雨等［4］指出黑體漢字的視認性最好，漢字的筆畫多少、漢字結(jié)構(gòu)等對其視認性都有顯著的影響;筆畫越多、結(jié)構(gòu)越復(fù)雜就越難辨認，反之則越容易辨認;2006年邱楊等［5］通過駕駛員視認距離來確定指路標志的文字字高和尺寸，并研究了指路標志的版面設(shè)計方法;2009年蔣海峰等［6］從定性與定量兩個方面分析標志漢字字高與駕駛員視認性之間的關(guān)系，并建立了交通標志漢字字高通用模型.

通過國內(nèi)的研究綜述分析可知，城市道路VMS缺乏顯示標準，較少對版面設(shè)計提出建議和具體參考數(shù)值.本文在借鑒現(xiàn)有研究成果的基礎(chǔ)上，對城市道路VMS標準設(shè)計進行研究，最終為實現(xiàn)和規(guī)范城市道路VMS顯示標準應(yīng)用及推廣，提升智能交通系統(tǒng)的運行效率.

1 城市道路VMS版面文字設(shè)計元素

城市道路VMS文字版面設(shè)計包括字符尺寸大小、排列、字符顏色等內(nèi)容.

信息內(nèi)容宜使用黑體字，高度與寬度相等，字高計為h.字體因特效變形時，字寬不得低于字高的60%;字母、阿拉伯數(shù)字字高為h;字寬為0.5h;字間距至少0.1h;行間距不低于4個像素值.字符與邊緣距離不低于8個像素值.

字符應(yīng)按照從左至右、從上至下的順序排列，文字分散居中.發(fā)布文字信息時，一般不超過3行，每行不超過8個漢字，每幅停留時間5 s以上.視認距離150 m的條件下，字高不小于35 cm;視認距離250 m條件下，字高不小于50 cm.

文字類信息主要包括交通狀況信息、交通事件信息、公告宣傳信息等.交通狀況信息發(fā)布中，行駛暢通類信息使用綠色;行駛緩慢類信息使用黃色;擁堵類信息使用紅色.交通事件信息發(fā)布中，交通事故類信息使用黃色;實施臨時管控類信息使用紅色;臨時管控解除信息使用綠色;道路施工類信息使用紅色或黃色;交通氣象類信息使用黃色和紅色;繞行類信息為黃色.其他狀況信息使用綠色，并用黃色和紅色顯示關(guān)鍵內(nèi)容，關(guān)鍵內(nèi)容主要指時間、長度等數(shù)字信息.公告宣傳信息發(fā)布中，路面狀況類信息使用黃色;險情類信息使用紅色;提示類信息使用黃色;警告類信息使用紅色;環(huán)境類信息使用黃色或紅色.其他狀況信息使用綠色，并用黃色和紅色顯示時間、長度等數(shù)字信息.VMS版面文字元素的具體設(shè)計效果如圖1所示.

圖1 城市道路VMS文字版面設(shè)計效果

2 城市道路VMS版面圖形設(shè)計元素

VMS通過各種圖形元素的組合，簡單、準確地傳遞道路前進方向、地點、距離、交通狀態(tài)、交通管制、交通事故及交通環(huán)境等信息，幫助駕駛員快速、準確到達目的地并減少交通延誤，有效地實現(xiàn)交通流均衡，緩解擁堵.VMS版面圖形設(shè)計元素主要包括路網(wǎng)拓撲選擇及表達不同引導(dǎo)意圖的圖形元素.

2.1 路網(wǎng)拓撲選擇

VMS版面路網(wǎng)拓撲設(shè)計方法是通過交叉口和路段的交通狀態(tài)分析，篩選出飽和度大、等級高的路段和重要的交叉口，作為簡化道路路網(wǎng)拓撲的弧段和節(jié)點，并以簡化的路網(wǎng)作為VMS版面路網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu).其方法步驟如下:

步驟1 VMS誘導(dǎo)區(qū)域內(nèi)的道路網(wǎng)絡(luò)拓撲

道路網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)是用圖論的方法，以相交道路形成的交叉口作為節(jié)點，連接兩交叉口的路段作為弧段.在實際行駛中，車輛在道路上有運行方向的差異，因此道路網(wǎng)絡(luò)中的弧段為有向圖.路網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu)以點、線、面3種關(guān)系表示，確定關(guān)鍵的點元素和線元素［7］.

步驟2 道路及交通基礎(chǔ)資料調(diào)查

在確定道路路網(wǎng)拓撲圖之后，需要調(diào)查路網(wǎng)各組成部分的道路的基礎(chǔ)資料和交通基礎(chǔ)數(shù)據(jù)資料，以此作為路段和交叉口的重要度判斷的基礎(chǔ)資料.道路基礎(chǔ)資料包括路段車道數(shù)、道路等級等，交通基礎(chǔ)資料包括路段交通量、行駛速度等.

步驟3 道路網(wǎng)絡(luò)中路段及交叉口分析

路段和交叉口分析取決于道路環(huán)境和交通狀態(tài).道路環(huán)境由道路車道數(shù)、道路等級確定，交通狀態(tài)由行駛速度確定，以路段的行駛速度為評價指標.道路等級越高，表示該道路在道路網(wǎng)絡(luò)中越重要，同時，等級高的道路形成的交叉口是路網(wǎng)中的關(guān)鍵節(jié)點.因此，在VMS版面顯示路網(wǎng)拓撲中，應(yīng)該考慮道路等級的影響來選擇拓撲路網(wǎng)中的節(jié)點.

步驟4 簡化路網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)并確定VMS版面路網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)

根據(jù)道路狀況及交通流狀況分析的數(shù)據(jù)，可得到路段平均速度和道路等級.根據(jù)誘導(dǎo)路網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)圖，篩選出速度大的路段作為簡化的道路網(wǎng)組成路段.同時考慮路網(wǎng)中重要的節(jié)點，作為簡化路網(wǎng)結(jié)構(gòu)中的節(jié)點［8］.以簡化的路網(wǎng)作為VMS版面路網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)，同時考慮VMS版面的大小、類型和顯示方式，對簡化的路網(wǎng)中的元素進行調(diào)整.

2.2 表達不同指導(dǎo)意圖的圖形元素

圖形式和圖文混合式VMS，綜合運用各種圖形元素來表達不同的指導(dǎo)意圖.運用紅黃綠3種顏色實時顯示各路段的交通狀況，為駕駛員提供交通誘導(dǎo)信息.

1)路段

用帶箭頭的LED光帶表示路網(wǎng)中的各個路段.光帶箭尾表示路段上游起點，箭頭表示下游終點.

表示快速路和主干路的光帶，寬度約為0.5h，箭頭與光帶等寬，長度約為0.2h，像素值取奇數(shù)，如圖2所示;表示次干路和支路的光帶，寬度約為0.35h，箭頭與光帶等寬，長度約為0.18h，像素值取奇數(shù)，如圖3所示;表示十字交叉路口的光帶，縱向光帶相交于橫向光帶的中軸線，兩光帶相交時，縱向光帶在上層，橫向光帶在下層，如圖4所示.

圖2 表示高等級道路的VMS光帶

圖3 表示低等級道路的VMS光帶

圖4 表示十字交叉口的光帶

表示下穿、上跨等非互通式立交的光帶應(yīng)斷開，間距為0.15h，如圖5所示;路段箭頭一端與其他路段基本垂直相交時，應(yīng)超出相交路段邊緣0.45h，如圖6所示;路段箭尾一端與其他路段基本垂直相交時，應(yīng)超出相交路段邊緣0.25h，如圖7所示.

圖5 表示不互通路段的光帶

圖6 箭頭超出邊緣距離

圖7 箭尾超出邊緣距離

路段箭頭(尾)不超出相交路段邊緣的，表示沒有下(上)游路段，如圖8所示.

2)位置與方向

指示當前位置的圖形為等腰三角形，圖形在版面底部，底長0.6h，高0.35h的，底長取奇數(shù)個像素值.距離當前路段邊緣約0.25h.如下圖9所示.

圖8 表示無下(上)游路段

圖9 指示當前位置圖形

指示方向的圖形為箭頭圖形，底約0.35h，高約0.85h，三角高約0.5h，在文字下方約0.25h.指示方向文字高0.75h，如圖10所示.

圖10 指向圖形

3)VMS版面圖形設(shè)計樣圖

圖11 分辨率為240×144的版面示意圖

圖12 分辨率256×192為的版面示意圖

3 實施效果

截至目前，北京市區(qū)VMS數(shù)量已經(jīng)達到 399塊，誘導(dǎo)信息覆蓋道路里程約1 250 km，占市區(qū)主要道路里程的70%，可為交通參與者提供行駛前方道路的實時交通信息，主要包括交通狀況(暢通、擁擠、擁堵和行程時間等)和緊急事件(交通事故、臨時交通管控和天氣等)信息，能有效引導(dǎo)交通參與者的路徑選擇行為，均衡交通流，減少行駛時間損失，提高路網(wǎng)運行效率，在道路交通管理中起到了非常積極的作用.

4 結(jié)論

本文在借鑒現(xiàn)有研究成果的基礎(chǔ)上，針對城市道路VMS版面設(shè)計標準進行研究，規(guī)范了圖形版面設(shè)計元素(字符、路段、位置與方向、顏色等)和文字版面設(shè)計元素(尺寸、排列、顏色等)，給出了VMS版面設(shè)計樣圖，并且將城市道路VMS顯示標準在北京、天津、廣州、中山、濰坊、濟寧等城市成功應(yīng)用及推廣，提升了智能交通系統(tǒng)的運行效率.

［1］中國國家標準化管理委員會.道路交通標志和標線第2部分:道路交通標志［S］.中華人民共和國國家標準GB5768.2—2009，2009:13.

［2］徐麗群.路網(wǎng)分區(qū)的樹生長算法［J］.計算機應(yīng)用研究，2009，26(10):3663-3665.

［3］尹洪英，徐麗群，曹永榮.基于譜聚類算法的城市路網(wǎng)動態(tài)分區(qū)研究［J］.交通信息與安全，2010(1):16-19.

［4］林雨，潘曉東，方守恩.指路標志信息量與認知性關(guān)系研究［J］.交通運輸工程與信息學(xué)報，2005，3(3):73-77.

［5］邱楊，胡光明.指路標志設(shè)計設(shè)置研究［J］.交通科技與經(jīng)濟，2006，6:9-10

［6］蔣海峰，韓文元，張智勇.交通指路標志字高與視認性關(guān)系研究［J］.公路交通科技，2009，26(7):115-120.

［7］楊曉毅.基于GIS的微觀交通仿真路網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計和實現(xiàn)［D］.北京交通大學(xué)，2006.

［8］劉娟，孫建平，劉夢涵，等.微觀層次城市道路交通擁堵評價指標的研究［C］.第三屆中國智能交通年會論文匯編，2007:210-214.