可變信息標(biāo)志板在路徑誘導(dǎo)中的應(yīng)用

張 磊

(山西省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院有限公司 太原市 030032)

0 引言

近年來，我國高速公路和城市快速路的大量建設(shè)為城市的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和日常生活提供了巨大的便利。然而，隨著汽車保有量和交通需求的不斷增長，交通擁擠日益明顯，交通問題日趨嚴(yán)重。

智能交通系統(tǒng)的研究和發(fā)展中，建立交通誘導(dǎo)系統(tǒng)是解決交通擁擠、保證交通安全、提高交通網(wǎng)絡(luò)使用效率的主要手段之一，也是智能交通管理系統(tǒng)功能體現(xiàn)的關(guān)鍵性子系統(tǒng)。其中，可變信息標(biāo)志系統(tǒng)(Variable Message Sign System)即為一種常見的交通誘導(dǎo)系統(tǒng)。

可變信息標(biāo)志系統(tǒng)一般由交通數(shù)據(jù)采集及交通狀況預(yù)測子系統(tǒng)、通信子系統(tǒng)、中心處理子系統(tǒng)和誘導(dǎo)方案顯示子系統(tǒng)組成(操作流程見圖1)，用來將交通狀況、氣象和環(huán)境等信息實(shí)時(shí)地顯示在道路關(guān)鍵部位的可變信息標(biāo)志板上，供駕駛員路徑選擇之用。可變信息標(biāo)志板在國外稱為VMS(Variable Message Sign)、CMS或DMS，被廣泛地用在高速公路和城市快速路的管理中，并且有著豐富的顯示技術(shù)。

概括來說，VMS的作用主要表現(xiàn)在：

(1)向駕駛員提供前方交通擁擠信息，并為駕駛員提供改道信息來分流、減少擁擠程度，以利疏導(dǎo)交通。

(2)平滑交通流，使同一路段上車速分布均勻，減少相鄰路段的平均速度差，由于事故發(fā)生的外部因素主要是車速不均勻?qū)е鲁嚒⒅苿釉龆?，從而增加了事故發(fā)生的可能性。

(3)提供主線、匝道的開通關(guān)閉情況，為駕駛員選擇合適路線提供輔助信息。

(4)向駕駛員提供事故、災(zāi)害、氣象、施工等信息，減輕其急躁和失望情緒，以利行車。

1 交通誘導(dǎo)的相關(guān)技術(shù)

交通誘導(dǎo)系統(tǒng)的成功是建立在先進(jìn)的交通流信息采集、處理/分析、發(fā)布系統(tǒng)和地理信息平臺的基礎(chǔ)之上的。

(1)車輛定位技術(shù)

作為車載誘導(dǎo)系統(tǒng)的一項(xiàng)基本功能，需要實(shí)時(shí)地了解車輛的準(zhǔn)確位置及其它參數(shù)，即經(jīng)度、緯度、海拔、行駛速度、行駛方向等數(shù)據(jù)以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)導(dǎo)航功能。車輛定位技術(shù)的優(yōu)勢在于：

①可以全球地面連續(xù)覆蓋，從而保證全球全天候?qū)崟r(shí)導(dǎo)航與定位。

②GPS可以為用戶提供動態(tài)目標(biāo)的三維位置、三維速度及時(shí)間信息，并且定位速度快，一次定位和測速工作在秒至數(shù)秒便可完成。

(2)城市交通地理信息系統(tǒng)

地理信息系統(tǒng)用于采集、分析和顯示描述某一地區(qū)范圍的自然特征和邏輯特征的有關(guān)信息。在交通誘導(dǎo)系統(tǒng)中，地理信息系統(tǒng)一方面提供城市道路信息，也提供有關(guān)出行其它信息的查詢。數(shù)字化電子地圖作為其核心部分，將為車載誘導(dǎo)系統(tǒng)提供準(zhǔn)確的定位功能并據(jù)此實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)導(dǎo)航功能。

(3)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)

服務(wù)于智能交通誘導(dǎo)系統(tǒng)的交通信息具有多個(gè)層次，其中第一層次是基于無線通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行交通信息中心與移動用戶之間的數(shù)字碼流通信；第二層次是使用Internet或其它通信載體為用戶提供城市道路交通情況的全面信息，包括城市實(shí)時(shí)交通信息、最優(yōu)路徑及備選路徑選擇以及道路規(guī)劃等服務(wù)。

2 可變信息標(biāo)志板的交通誘導(dǎo)系統(tǒng)

可變信息標(biāo)志板通常作為交通誘導(dǎo)系統(tǒng)的終端顯示部分，其主要作用是將系統(tǒng)后臺獲得的交通信息，經(jīng)過中央計(jì)算機(jī)的處理及分析后顯示出來，對駕駛員進(jìn)行路徑誘導(dǎo)，從而緩解交通擁堵，改善交通狀態(tài)，或者起到平滑交通流的作用，進(jìn)而避免交通事故的發(fā)生。

2.1 交通誘導(dǎo)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框架

交通誘導(dǎo)系統(tǒng)主要由信息采集、數(shù)據(jù)處理、交通流預(yù)測和誘導(dǎo)信息發(fā)布等模塊組成，其結(jié)構(gòu)框架如圖2所示。

(1)交通流信息采集模塊

交通流信息的采集主要是在交通控制中心完成。各級公路上安裝的監(jiān)控設(shè)備及城市道路中安裝的自適應(yīng)式的交通信號系統(tǒng)是采集交通流信息的主要設(shè)備，也是實(shí)現(xiàn)交通誘導(dǎo)的基礎(chǔ)設(shè)施。

(2)數(shù)據(jù)處理模塊

對所采集的可重現(xiàn)性交通信息做處理和分析，將有用的、無異常的數(shù)據(jù)提供給交通流預(yù)測模塊。

(3)交通流預(yù)測模塊

交通流預(yù)測模塊是交通誘導(dǎo)系統(tǒng)的主要組成部分，通過對交通流的有效預(yù)測，結(jié)合預(yù)案選擇庫里的信息和有效預(yù)案，為交通誘導(dǎo)信息的發(fā)布提供依據(jù)。

(4)誘導(dǎo)信息發(fā)布模塊

將交通流預(yù)測結(jié)果、非重現(xiàn)性交通狀況與預(yù)案選擇庫里的信息相結(jié)合，為最終的信息發(fā)布提供必要的信息。誘導(dǎo)信息主要包括出行者最優(yōu)路徑選擇、區(qū)域交通管制信息、交通擁堵區(qū)域信息等。

在現(xiàn)階段的誘導(dǎo)技術(shù)中，最核心問題是誘導(dǎo)依據(jù)和方法問題，即把什么樣的信息提供給用戶才能達(dá)到避免擁擠、提高路網(wǎng)使用效率的目的；如何在短時(shí)間內(nèi)得到這些信息，以及如何根據(jù)這些信息快速確定出最佳出行路徑。換言之，如何建立最優(yōu)的交通流預(yù)測模型，提高其預(yù)測的精度和實(shí)效性，是城市交通誘導(dǎo)系統(tǒng)發(fā)展過程中面臨的主要任務(wù)。

2.2 可變信息標(biāo)志板的信息顯示

可變信息標(biāo)志板(VMS)上顯示的信息應(yīng)該標(biāo)準(zhǔn)、無歧義，使駕駛員迅速感知并根據(jù)實(shí)時(shí)信息做出相關(guān)反應(yīng)。要在有限的空間里達(dá)到以上要求，并且具有良好的視認(rèn)性，就需要建立VMS的顯示規(guī)則。

目前廣泛使用的VMS都顯示不超過三行的信息。為了使路徑誘導(dǎo)信息清晰，至少需要告知在何時(shí)、何地、發(fā)生了何事，造成什么影響。按照三行進(jìn)行分配，第一行介紹發(fā)生了什么、或者根據(jù)目前交通條件將要發(fā)生什么事情，第二行顯示事件在哪里發(fā)生，第三行描述事件產(chǎn)生的影響。如果視認(rèn)性允許，可以加上預(yù)計(jì)的延遲時(shí)間或路徑建議。

當(dāng)不同的交通信息需要同時(shí)發(fā)布時(shí)，就需要對信息進(jìn)行優(yōu)先級的確定，以確保首先發(fā)布最重要的信息。級別高的具有發(fā)布的優(yōu)先權(quán)，信息具有相同優(yōu)先權(quán)時(shí)，距離較近的具有較高優(yōu)先權(quán)，在高等級道路發(fā)生的事件相對支路發(fā)生的具有較高優(yōu)先權(quán)。例如，道路關(guān)閉(的優(yōu)先級)>車道關(guān)閉>天氣信息>一般信息。

2.3 交通誘導(dǎo)信息發(fā)布方式比較

可變信息標(biāo)志板(VMS)是交通誘導(dǎo)系統(tǒng)的信息發(fā)布終端之一，而交通電臺和車載導(dǎo)航設(shè)備或手機(jī)導(dǎo)航軟件也具有同樣的功能。

車載導(dǎo)航設(shè)備或手機(jī)導(dǎo)航軟件安裝在汽車內(nèi)，接收道路旁的無線電信標(biāo)或光信標(biāo)傳遞的誘導(dǎo)信息，并進(jìn)行顯示。由于信息來源一致，車載導(dǎo)航設(shè)備或手機(jī)導(dǎo)航軟件顯示的交通誘導(dǎo)信息與同地點(diǎn)的VMS基本一致，不過車載導(dǎo)航設(shè)備或手機(jī)導(dǎo)航軟件具有的功能更加豐富，可以很好地進(jìn)行車輛誘導(dǎo)。但是由于一個(gè)車載導(dǎo)航設(shè)備或手機(jī)導(dǎo)航軟件一個(gè)時(shí)間內(nèi)只能為一輛車服務(wù)，且整個(gè)路網(wǎng)中使用率不高，難以達(dá)到平衡整體路網(wǎng)運(yùn)行效率的目的。

交通電臺由于具有覆蓋范圍大、基本無盲區(qū)、設(shè)備價(jià)格低廉、普及率高等眾多優(yōu)點(diǎn)，一直深受駕駛員的喜愛。根據(jù)國外調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，職業(yè)駕駛員獲得的動態(tài)交通信息90%以上來自交通電臺。交通電臺的優(yōu)點(diǎn)有很多，不一一列舉。不過由于交通電臺報(bào)導(dǎo)的內(nèi)容豐富，有時(shí)會讓駕駛員難以記憶。例如，報(bào)告交通擁堵情況時(shí)，所有當(dāng)前的擁擠路段會羅列報(bào)出，而駕駛員只能記住前幾個(gè)擁堵路段名稱，不一定能夠獲得自己需要的一個(gè)或幾個(gè)路段的信息。在這種情況下，就造成了信息丟失。

VMS可以動態(tài)地顯示下游路段的道路信息，從功能上來看，接近車載導(dǎo)航設(shè)備或手機(jī)導(dǎo)航軟件；從信息獲取方面，由于給出的信息集中于可能將要行駛的路段，駕駛員不會輕易丟失；從個(gè)人成本上，由于VMS是交通設(shè)施之一，由相關(guān)部門進(jìn)行布設(shè)，駕駛員不用付出任何成本。綜合以上幾點(diǎn)，在三種信息發(fā)布方式當(dāng)中，VMS具有一定的優(yōu)越性，

3 VMS誘導(dǎo)效果實(shí)例

不少研究人員在布設(shè)了VMS的城市里對出行者或者駕駛者進(jìn)行了問卷調(diào)查，得到了用戶對VMS的信息做出的評價(jià)，對其路徑誘導(dǎo)做出的反應(yīng)，也揭示了使VMS路徑誘導(dǎo)發(fā)揮作用的一些關(guān)鍵因素。

北京市在國內(nèi)率先建設(shè)了覆蓋二、三、四環(huán)路及其聯(lián)絡(luò)線的交通流動態(tài)信息實(shí)時(shí)檢測系統(tǒng)和交通誘導(dǎo)室外顯示系統(tǒng)。其中VMS系統(tǒng)自2004年投入試運(yùn)行, 目前發(fā)布范圍包括了北京市二、三、四環(huán)路及其聯(lián)絡(luò)線的50塊VMS。

有學(xué)者對北京的出租車司機(jī)進(jìn)行了問卷調(diào)查，以獲取北京的機(jī)動車駕駛員對VMS信息的反應(yīng)。選擇出租車司機(jī)是因?yàn)槌鲎廛嘜D靈活、路徑可變性大、追求最短時(shí)間或距離，具有一定的代表性。

調(diào)查問卷共發(fā)放了2000份，回收了680份，其中有效的共有497份，有效率為24.9%。在有效的497份問卷中，90.5%的司機(jī)表示無信息時(shí)使用固定路徑，特別留意VMS的占了91.8%，高速行駛時(shí)依然會留意VMS的也達(dá)到了63.8%。當(dāng)VMS顯示前方目標(biāo)道路擁堵時(shí)，有65.4%的司機(jī)可能更改路徑；到達(dá)高峰時(shí)段，數(shù)字則上升到79.9%。若改變路徑，50.7%的司機(jī)會提前2個(gè)路口更改路線。司機(jī)對VMS信息的實(shí)時(shí)性不太滿意，62.4%認(rèn)為信息滯后；而超過半數(shù)的被調(diào)查者對VMS信息的精確度亦提出了更高要求，希望可以精確到準(zhǔn)確數(shù)字。

4 總結(jié)

從上述調(diào)查實(shí)例來看，駕駛員普遍認(rèn)可了VMS上顯示的信息的有效性和可視性，但是信息的實(shí)時(shí)性和更新頻率則做的不夠。在以上調(diào)查中，駕駛員或者出行者根據(jù)VMS的信息進(jìn)行路徑改變的比例并不是很大，有以下幾個(gè)可能：駕駛員依賴自己的經(jīng)驗(yàn)選擇路徑；駕駛員認(rèn)為時(shí)間損失在可以接受的范圍之內(nèi)；獲取信息時(shí)間過晚，沒辦法進(jìn)行響應(yīng)；信息模糊或者實(shí)時(shí)性不夠，駕駛員對信息的信任不足；駕駛員對周圍路網(wǎng)不熟悉。

除開駕駛員本身的主觀因素，可以看出，要使VMS充分發(fā)揮其路徑誘導(dǎo)作用，還須在以下幾點(diǎn)做出改進(jìn)：

(1)VMS上顯示的信息要盡量精確，最好可以清晰扼要地講明影響程度和可能損失的時(shí)間，讓駕駛員得到直觀、關(guān)鍵的信息；

(2)合理地進(jìn)行VMS的布設(shè)，使得司機(jī)有足夠的時(shí)間對VMS上的信息進(jìn)行響應(yīng)，同時(shí)也不會因?yàn)榫嚯x過遠(yuǎn)而忽略信息。

(3)提高整個(gè)誘導(dǎo)信息發(fā)布系統(tǒng)的效率，使信息的實(shí)時(shí)性和更新頻率得到提高，讓駕駛員可以足夠信任VMS上的信息。

相信隨著ITS和交通誘導(dǎo)系統(tǒng)的進(jìn)一步發(fā)展，VMS的重要性將進(jìn)一步凸顯，亦將發(fā)揮更大作用。