基于gis的道路交通安全管理系統(tǒng)的研究
針對道路交通安全的現(xiàn)狀，筆者分析了利用地理信息系統(tǒng)(gis)建立道路安全管理系統(tǒng)的必要性及優(yōu)點(diǎn)，探討了基于gis的道路安全管理系統(tǒng)的功能、設(shè)計思路及其開發(fā)的技術(shù)路線。利用gis進(jìn)行交通安全管理可以增強(qiáng)交通事故分析的直觀性、可操作性，進(jìn)行區(qū)域安全評價、事故多發(fā)點(diǎn)因素分析，有利于挖掘交通事故的深層原因，從而指導(dǎo)安全管理工作?；趃is的道路交通安全管理的研究，是gis在領(lǐng)域應(yīng)用和迅速提高道路交通安全管理現(xiàn)代化水平的一個創(chuàng)新性探索。
1 引 言
隨著中國汽車保有量的快速增長，道路交通安全問題已經(jīng)成為人民生活中的重要問題之一。2002年我國道路交通事故件數(shù)、受傷人數(shù)、死亡人數(shù)和直接經(jīng)濟(jì)損失四項(xiàng)指標(biāo)分別達(dá)到了77萬多起、56萬多人、10．9萬多人和33億多元人民幣。道路交通安全局勢極其嚴(yán)峻，如何有效地提高道路交通安全是迫切需要解決的課題。采用科學(xué)的分析方法、挖掘肇致道路交通事故的各種原因是合理制定道路交通安全管理措施、預(yù)防交通事故的關(guān)鍵。
國內(nèi)外很多交通安全管理機(jī)構(gòu)都建立了信息決策系統(tǒng)，用于滿足各自特定的需求。但這些交通安全信息系統(tǒng)大多數(shù)都不具有地圖顯示及空間建模分析功能，從而還不能進(jìn)行大面積范圍的交通安全分析。地理信息系統(tǒng)(gis)是一組具有圖形圖像數(shù)字化、空間數(shù)據(jù)管理、查詢檢索、模型運(yùn)算和多種輸出功能的軟件，它可以結(jié)合具體地點(diǎn)的事故數(shù)據(jù)，進(jìn)行直觀的空間分析，因此，適用于與地理位置密切相關(guān)的交通安全問題的研究。
目前，基于gis的道路安全管理系統(tǒng)研究尚處于起步階段。筆者分析了gis技術(shù)應(yīng)用于道路安全管理系統(tǒng)的必要性及優(yōu)點(diǎn)，探討了基于gis的道路安全管理系統(tǒng)的功能、設(shè)計思路及其開發(fā)的技術(shù)路線。這對建立實(shí)用的安全管理系統(tǒng)，提高道路安全管理水平及拓寬gis的應(yīng)用領(lǐng)域具有十分重要的意義。
2 道路交通安全gis
2．1 gis與道路交通安全層次
地理信息系統(tǒng)簡稱'gis'’(geographic lnformation system)，是一門集計算機(jī)科學(xué)、地理學(xué)、信息科學(xué)、管理科學(xué)和測繪科學(xué)為一體的新興技術(shù)。它采用數(shù)據(jù)庫、計算機(jī)圖形學(xué)、多媒體等最新技術(shù)，對地理信息進(jìn)行處理，能夠?qū)崟r準(zhǔn)確地采集、修改和更新地理空間數(shù)據(jù)和屬性信息，為決策者提供可視化的支持。道路交通安全分析可分為3個層次：
第一層次是對某一地區(qū)或區(qū)域的交通事故現(xiàn)狀和趨勢進(jìn)行分析。這一分析可利用數(shù)學(xué)方法進(jìn)行統(tǒng)計和預(yù)測，并分析與該區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展，道路設(shè)施交通流量等因素之間的關(guān)系，從而從宏觀上了解和控制交通事故的發(fā)生。
第二層次為交通事故的區(qū)域分布分析，對某一區(qū)域的交通事故發(fā)生的特征、頻數(shù)、相關(guān)因素等進(jìn)行分析，從總體上了解和把握該區(qū)域的事故情況。由于區(qū)域分布分析中的交通事故數(shù)據(jù)具有很強(qiáng)的區(qū)域地理因素，這就需要有地理數(shù)據(jù)的文件管理系統(tǒng)。
第三層次為微觀分析，分析研究某一路段或某一交叉口交通事故發(fā)生規(guī)律和發(fā)生機(jī)理，以便制定安全對策。這一層次的分析則需要更多的地理因素信息和環(huán)境因素信息，簡單的數(shù)據(jù)文件形式已不再滿足要求，借助直觀形象的地圖進(jìn)行安全分析尤顯必要。
通過以上分析可知，利用海量的數(shù)據(jù)對某一區(qū)域、某一路段或交叉口進(jìn)行交通安全分析，基于gis的存儲、分析、地圖可視化顯示以及輔助決策案的制定是先進(jìn)的道路交通安全管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)和道路交通事故預(yù)防的關(guān)鍵技術(shù)之一。
2．2 功能分析
道路交通安全gis應(yīng)是道路交通安全管理的輔助工具，它不僅能為各級管理部門和事故處理部門的宏觀管理、微觀分析及決策提供全面服務(wù)，而且還能為工程技術(shù)人員提供事故分析的工具。交通安全管理gis應(yīng)具有以下功能：
(1)數(shù)據(jù)的輸入和管理。系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)輸人與管理功能，包括與事故有關(guān)的各種信息。例如，道路幾何尺寸、交通流、交通管理設(shè)施的分布及維修情況等屬性數(shù)據(jù)的維護(hù)工作都可在地圖上進(jìn)行操作，較以往的字符型數(shù)據(jù)庫更方便、直觀。
(2)事故統(tǒng)計、報表。事故的統(tǒng)計方法應(yīng)遵照公安部的統(tǒng)計規(guī)范，并應(yīng)具有事故預(yù)測預(yù)報功能。報表功能應(yīng)包括定期報表和特殊報表功能，定期報表可采用表格形式或地圖形式，這些報表使管理者能夠全面地了解本地區(qū)或某一地點(diǎn)的事故概況和事故頻率。專用查詢報表通常是應(yīng)某一特殊要求而能快速形成報表的功能。
(3)事故黑點(diǎn)識別與顯示。系統(tǒng)可以統(tǒng)計各點(diǎn)、交叉口、路段和整個區(qū)域的事故情況，并可按照一定標(biāo)準(zhǔn)(如事故次數(shù)、事故率或二者相結(jié)合)，自動篩選出事故黑點(diǎn)，并自動標(biāo)識于地圖上。
(4)交通事故信息查詢。各類交通事故數(shù)據(jù)和有關(guān)指標(biāo)數(shù)據(jù)都可在地圖上查詢，并以直觀圖(如餅圖、直方圖、排列圖等)顯示，圖形顯示可任意放大縮小，不同事故類型可按照用戶要求分別顯示或整體顯示，最大限度地提高工程技術(shù)人員的事故分析水平和安全管理人員的決策能力及效率。
(5)事故預(yù)防、預(yù)案。對未來將要發(fā)生的事故作出預(yù)測，分析未來事故的危險程度和發(fā)展趨勢，并給出應(yīng)采取的防治措施，以供道路管理者作出決策，如提出道路改善意見、事故黑點(diǎn)整治措施等。
(6)其他功能。系統(tǒng)在滿足各級管理部門、事故處理部門業(yè)務(wù)處理的同時，應(yīng)預(yù)留接口，與相關(guān)的辦公自動化系統(tǒng)和交通監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)信息共享。此外，道路交通安全管理系統(tǒng)也將是未來智能化交通信息系統(tǒng)(its)的一部分。
3 道路交通安全gis設(shè)計
道路交通安全gis系統(tǒng)主要涉及兩個部分：一是其開發(fā)和運(yùn)行的平臺，即gis系統(tǒng)軟件和地圖部分，該部分的主要功能是為交通安全分析、決策和預(yù)案提供支持平臺和道路空間地理信息；二是交通安全本身所涉及的內(nèi)容，主要指與交通事故相關(guān)的信息，如何通過gis的強(qiáng)大功能(如圖形疊置、緩沖分析等)，將這兩部分內(nèi)容整合在一起，得到道路交通的安全分析、決策和預(yù)案系統(tǒng)，則是系統(tǒng)開發(fā)的主要目的。根據(jù)這一目的和要求，筆者設(shè)計了道路交通安全gis系統(tǒng)，如下圖所示。在該系統(tǒng)中，主要包括6部分：道路地理信息gis地圖、交通事故數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)dbms、區(qū)域安全評價、事故黑點(diǎn)分析及交通事故預(yù)測系統(tǒng)。
3．1 道路地理信息gis地圖
采用空間數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)庫掛接，改變了傳統(tǒng)的信息管理方法，地圖由傳統(tǒng)的靜態(tài)紀(jì)錄變?yōu)樾畔⒇S富多樣的動態(tài)的電子地圖，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)可視化。它使交通安全管理部門對道路安全的管理變得直觀、簡單和易操作，為決策提供科學(xué)快捷的支持。如通過直接對地圖實(shí)體進(jìn)行查詢，可以獲得包括道路信息，如道路等級、橫斷面寬度、橫斷面形式、道路線形等，以及事故多方位信息，如事故發(fā)生量在空間、時間上的分布和交通量的分布。
3．2 交通事故數(shù)據(jù)庫
道路交通安全gis的基礎(chǔ)是存儲在數(shù)據(jù)庫中被用來分析的信息。交通事故信息由公安、交警部門采集與管理。而目前一般的公安與交警部門研制開發(fā)了部分道路的數(shù)據(jù)庫，可根據(jù)實(shí)際情況實(shí)行原有的數(shù)據(jù)庫到gis數(shù)據(jù)庫的轉(zhuǎn)換。
3．3 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)dbms
gis關(guān)鍵技術(shù)之一是空間數(shù)據(jù)庫的設(shè)計，其數(shù)據(jù)庫是一個共享或者分享式的數(shù)據(jù)庫。gis數(shù)據(jù)庫通常應(yīng)該滿足：最小冗余原則(數(shù)據(jù)盡可能不重復(fù))、應(yīng)用程序?qū)?shù)據(jù)資源的共享原則、數(shù)據(jù)獨(dú)立性原則以及統(tǒng)一管理原則。數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)應(yīng)該依其本身的特點(diǎn)進(jìn)行組織，而不是依據(jù)使用目的的不同而不同；同時，數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)反映出不同的應(yīng)用目的要求，支持各種應(yīng)用程序和目的，而且各種應(yīng)用程序是相對獨(dú)立的。因此，gis數(shù)據(jù)庫應(yīng)該容納各種各樣的數(shù)據(jù)類型和格式，在考慮數(shù)據(jù)特征的同時，又需兼顧其應(yīng)用目的。
3．4 事故黑點(diǎn)分析系統(tǒng)
事故黑點(diǎn)及其影響因素分析屬于微觀分析的范疇，其主要用于查找事故黑點(diǎn)，確定其危險水平，并且從多角度分析事故成因。道路交通安全管理人員最需了解哪一路段行車危險、什么情況下最易引發(fā)交通事故。按照管理者需求，采用事故次數(shù)、事故率或二者相結(jié)合的方法，篩選出事故黑點(diǎn)，并對其進(jìn)行多方面分析，如道路狀態(tài)技術(shù)分析、事故成因分析，找出事故發(fā)生的原因，為道路交通管理者提供對策。
3．5 區(qū)域交通安全評價系統(tǒng)
影響道路安全的因素很多，各因素之間往往相互作用、相互制約，形成一個復(fù)雜的系統(tǒng)。對道路交通安全進(jìn)行確切地評價，需要排除次要影響因素，正確地選擇主要影響因素作為評價指標(biāo)。利用gis的可二次開發(fā)性，建立區(qū)域交通安全評價模型，可選擇的方法有4項(xiàng)指標(biāo)法、綜合當(dāng)量指標(biāo)法或灰色系統(tǒng)評價法。參與評價的區(qū)域可直接從圖上拾取，評價結(jié)果可通過區(qū)域著色的方式顯示，不同地點(diǎn)的安全水平則通過不同的符號、顏色、線型或線寬來表示。
3．6 事故預(yù)防預(yù)案系統(tǒng)
交通事故預(yù)防預(yù)案是對未來有可能發(fā)生的事故作出估計，分析未來事故的危險程度和發(fā)展趨勢，并給出應(yīng)采取的防治措施。應(yīng)用gis的接口，裝入事故預(yù)測模型，直接調(diào)用交通事故的空間數(shù)據(jù)，根據(jù)不同的需要對其進(jìn)行預(yù)測。預(yù)測數(shù)學(xué)模型可選擇傳統(tǒng)的概率預(yù)測法、回歸預(yù)測法或非線性的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測技術(shù)。
4 道路交通安全gis開發(fā)技術(shù)
運(yùn)用地理信息系統(tǒng)進(jìn)行交通安全管理，首先應(yīng)建立某一地區(qū)的地理信息系統(tǒng)。由于中國的地理信息系統(tǒng)發(fā)展較晚，只有少數(shù)城市建立了初步的地理信息系統(tǒng)，這為交通安全分析提供了必要的基礎(chǔ)。由此，根據(jù)目前中國的實(shí)際情況，道路交通安全gis適合采用“原型法”進(jìn)行研究開發(fā)。
所謂“原型法”就是：在系統(tǒng)開發(fā)的初級階段，在對初步調(diào)查用戶需求的基礎(chǔ)上，快速構(gòu)造一個可以工作的系統(tǒng)原形，將此原型提供給用戶使用，聽取意見；然后修正原型，補(bǔ)充新的數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和應(yīng)用模型，形成新的原型；經(jīng)過幾次修正迭代后，可以達(dá)到用戶和開發(fā)者之間的完全溝通，明確系統(tǒng)定義和用戶界面要示，形成較為完善、成熟的系統(tǒng)產(chǎn)品。
5 結(jié)束語
中國的交通安全形勢嚴(yán)峻，已引起了相關(guān)部門的關(guān)注，但由于該課題的復(fù)雜性，給研究工作帶來了許多挑戰(zhàn)，交通安全技術(shù)及安全管理的研究任重道遠(yuǎn)。在gis空間數(shù)據(jù)輸入、編輯、圖形數(shù)據(jù)屬性互訪的、信息查詢等功能的基礎(chǔ)上，納人事故多發(fā)點(diǎn)及其影響因素分析、區(qū)域安全評價和事故預(yù)測系統(tǒng)，可將圖像信息、地圖、數(shù)據(jù)及模型綜合管理，為道路交通管理部門提供決策輔助信息和決策方案。筆者通過對這一課題的探討和初步的系統(tǒng)設(shè)計，看到了gis在交通安全管理方面應(yīng)用的潛力和廣闊前景，此項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用必將會帶來交通安全管理技術(shù)的革命。
為了盡快建立起道路交通安全gis管理應(yīng)用系統(tǒng)，筆者提出以下建議：
①要提高各級交通和公安廳部門對地理信息系統(tǒng)技術(shù)重要性的認(rèn)識，并且給予必要的投資；
②逐步建立完善的道路結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫；
③在道路交通安全管理過程中，應(yīng)認(rèn)識到安全管理系統(tǒng)設(shè)計與道路規(guī)劃、設(shè)計、建設(shè)和營運(yùn)車輛的管理的整體性，不能人為地把它們分割開來；
④要實(shí)現(xiàn)交通、公安和建設(shè)部門的信息共享，實(shí)現(xiàn)安全信息指導(dǎo)道路的規(guī)劃和運(yùn)營。
