数字化转型 | 高速公路运行分析与辅助决策平台研究及功能设计

高速公路运行分析与辅助决策平台实现高速现有数据资源的梳理、分析，采用评估决策方法，实现高速的交通状况评价与研判，并进行辅助决策，可有效提升道路条件、运行环境和运行秩序，保证交通运输的安全性、连续性。

系统目标

（1） 实现对交通流数据的实时分析，在交通流到达危险临界阈值时，系统发出预警，进行提前管理。

（2） 实现交通流、交通事件、气象、路网情况、交通设施的综合分析，运用交通控制理论及算法实现安全态势评估、天气态势研判、养护辅助决策等决策分析功能。

（3） 通过数据分析与趋势研判，采用“数字画像”手段，为管理者展示整个路网的流量分布特征、运行特征、变化规律等报告内容，进一步提高高速公路管理能力。

功能模块设计

1. 基础数据管理功能

通常根据信息的变化程度，将交通信息分为2种：静态交通信息和动态交通信息。

其中，静态交通信息指短期内不会发生太大变化的交通信息，如路网信息、交通基础设施信息等；动态交通信息是指随时间变化的交通信息，如交通流信息、交通事故信息和环境状况信息等。

本模块实现对静态数据的管理：

（1）路网信息：道路基础信息、空间地理信息等；

（2）基础设施信息：收费站信息、ETC门架系统信息、服务区信息等；

（3）运行评价指标：道路交通运行指数、道路交通拥堵指数等；

（4）系统参数：系统运行的各类运行参数；

（5）支持基础数据导入功能，支持EXCEL格式。

2. 数据交换功能

数据交换服务实现对Oracle、MySQL等现有主流关系型数据库的接口适配，完成平台内的各种数据信息的存取，可根据客户的实际需求灵活选择一种或多种数据库产品。

完成与数据采集引擎服务的数据交换，同时与目前路段上运行的第三方子系统进行数据交换。

同时提供数据接口，供消防、交警、路政等其他单位的第三方平台调用，实现数据交换。

功能还包括：

• 完成基于IP的ACL访问控制；
• 完成基于JWT的身份认证和鉴权；
• 支持数据通知功能，有数据到达时，通知感兴趣服务；
• 上级平台进行数据上报时，需根据上级平台要求，对本平台数据，从数据构成、组织格式、采样频率、统计方式等方面进行再次加工，生成符合上级平台要求的数据，传输给数据交换服务，并由该服务上报至上级平台；
• 基于消息队列的数据交换：服务根据格式进行组织后，按类别写入特定消息队列，流处理程序通过读取相应的队列，来获取数据，并将分析结果，存储到特定主题数据库中；
• 基础数据库的数据交换：服务根据将需要的数据按照一定格式进行组织后，写入中间库，如MySQL、mongodb、SQL Server等，流处理程序读取相应的表，来获取数据，并将分析结果，存储到特定主题数据库中；
• 支持与大数据存储计算系统的对接，提供平台基础设施进行交换，以提高数据交换效率与交换容量。

3. 交通量分析服务

• 道路总交通量分析，完成整个路段通行交通流量的统计；
• 区段交通量分析，按照重要路段划分，对区段交通流量进行统计分析，列出排名，并对每个区段交通量的变化趋势进行分析和历史数据对比；
• 互通分流交通量分析，对高速交互的路段交通流进行分析，实现相邻路段流入流出本路段的交通流量统计，并可进行历史对比；
• ETC门架系统流量分析，完成ETC门架系统的流量分析，并可进行相邻门架流量的对比从而发现是否有车辆滞留等异常状况的存在，并可实现ETC门架系统的流量历史对比；
• 重要收费站车道平均压力分析，对重要收费站的车道流量进行比对分析，通过流量比对，对车道开放关闭的安排进行辅助决策；
• 路网拥挤度分析，包括基于道路交通密度的道路拥堵指数分析，基于综合评价方法的道路交通指数分析、基于拥堵里程比例的交通拥堵指数分析、基于出行时间比的交通运行指数分析等。
• 节假日流量研判，通过近3年免费节假日道路流量变化情况，预测目标节假日道路流量、一型客车流量、拥堵路段、拥堵收费站、热门景区附件流量及相应的拥堵时段等信息。

4. 突发事件分析功能

• 突发事件总体情况的汇总，包括气象事件、交通事件、施工事件、管制事件、其他事件等分类汇总统计、占比分析；
• 突发事件时间分布分析，基于时间序列，对事件的时间分布进行分析，从而了解路段事件多发时段，对监控工作起到指导作用。
• 突发事件空间分布分析，基于地理分布，对事件的位置进行分析，从而了解路段事件多发路段，对监控工作起到指导作用。
• 突发事件影响因素分析，通过分析编号的敏感点，能及时、准确的抓住导致突变的关键因素及该因素的变化规律，进而准确分析原因、准确解决问题。

5. 出行服务分析服务

• 公众发布情况的汇总，对整个路段面向公众发布的所有信息进行汇总统计，查看对公众的出行服务次数，有效提高路段服务水平。
• 发布渠道信息发布情况分析，分别对路段情报板、微博、微信、官网等各种渠道的信息发布数量进行分类统计。
• 信息类别分析，对出行服务的发布信息进行分类，可按照：出行提示信息、法规信息、交通管制信息、气象信息、交通事件信息、节假日信息等进行分类统计。

6. 路网运行评价服务

将道路运行情况量化，以数字、图形的形式，使管理者了解路网运行情况，主要关注与上月环比、与去年同月的同比情况，及时了解发现道路运行存在的问题。

• 节假日运行情况评价，在国家法定节假日后，对刚过去的节假日流量情况进行数据分析，并对节假日流量研判的结果与实际流量进行对比，以数据为依据对节假日保畅工作进行最终评价。
• 道路运行总体评价，分别对道路饱和度、区间平均车速、交通时间占有率、环境指数、突发事件等级进行计算，进而分析一周内，道路运行指标的趋势，按照《公路网运行监测与服务暂行技术要求》，对道路运行进行评价。
• 道路运行特征分析：

分析路段总的运行特征，包括日均车次、日平均周转量、每车平均行驶公里数；

流量分布特征分析，包括流量差异最大的区间段、流量差异最大的收费站、流量差异最大的ETC门架，发布流量热点图、流量变化趋势图、免费车辆占比（绿通车、特种车辆、节假日免费车辆、其他免费车辆）等；

交通组成特征分析，对本路段交通组成比例进行统计，分析货车、两客一危等特殊车辆占比，发布路段交投组成占比图；

车速特征分析，分别分析50%位车速、85%位车速和15%位车速的数值，对事故多发路段限速决策提供辅助，发布道路运行车速直方图、运行车速累计频率分布图等；

交通量时间分布特征分析，基于日交通量、小时交通量，分析本路段的高峰区间，指导监控工作，同时得到高峰小时流量比和高峰小时系数，发布交通量变化图、高峰小时系数分布图等；

7. 辅助决策功能

（1）养护辅助决策功能

• 根据路基、路面、桥梁、涵洞、隧道、沿线设施、交通绿花等项目各项指标的检测数据，计算评定道路目前状况和使用性能；
• 根据路面病害检测情况和路面基层强度情况，系统可自动生成专门针对病害的具体养护处治措施对策和费用分析结果（系统根据养护质量综合指标MQI得分、病害情况、养护对策费用模型对下季度和下年度的养护费用做出预算）；
• 根据路面路基、桥涵构造物等综合检测数据和评价结果，系统自动生成宏观养护措施对策和综合费用分析；
• 根据各项检测指标和评定结果，结合最终调整后的养护对策和费用，生成规范的养护计划报告。

（2）运维辅助决策功能

• 机电系统健康指数评估，建立高速公路机电设备健康指数，基于老化模型计算每个设备的健康指数，并对健康指数进行修正，然后进行整个路段机电系统的健康指数评价。
• 行为模式分析，通过机电运维的流程记录、操作记录来对运维人员的行为模式、运维过程进行分析，发现问题所在，及时纠正、改进“人”的因素；
• 运维成熟度分析，通过多维度数据对整体或某一维度的成熟度进行分析，了解当前成熟度及与目标的差距，为提升改进提供数据支撑。
• 运维预警分析：通过对系统运行监控信息的分析，能够提前预知系统运行阈值，提前采取必要措施规避可能的故障，达到预警分析的效果。
• 运维热点分析：面向决策层、管理层和操作层不同人员所关心热点信息，能够采集相关信息并通过整理分析生成有价值的运维热点分析结果。包括故障高发位置、高发故障类型、故障设备类型等。

8. 态势研判功能

1）交通流态势研判

交通信息研判主要通过对机动车、交通流、违法、事故、信息平台等各类交通数据进行收集整理、挖掘分析，进而达到为交通管理部门和领导提供辅助决策依据，提高工作效率，推进交通信息化、智慧化管理水平的目标。功能包括：

• 研判分析重点路段、重点时段的交通流状况；
• 对重大节假日和重大活动的交通流状态进行分析和预测。
• 系统主要对节假日、恶劣天气下的交通流态势进行研判。
• 研判与预测结果在GIS地图上进行展示和自动预警提示。

2）安全态势评估功能

依据评估对象，参照多因素组合条件下的权重值，综合评估公路交通安全态势等级。综合评估的方法可以采用模糊综合层次分析法、主成分分析法、层次分析法。在电子地图上展示综合评估等级，对安全态势等级达到预警级别的，自动预警提示。

具体规范参考《GAT960-2011公路交通安全态势评估规范》针对不同的评估对象，应用不同指标将路网或路段交通安全态势等级划分为Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级、Ⅳ级。其中,“Ⅰ级”（红色）表示路网或路段的交通安全态势特别严重；“Ⅱ级”（橙色）表示路网或路段的交通安全态势严重；“Ⅲ级”（黄色）表示路网或路段的交通安全态势比较严重；“Ⅳ级”（蓝色）表示路网或路段的交通安全态势一般。

3）天气态势研判功能

按照雾、风、冰冻、雪等不同气象条件评估天气态势，分析研判恶劣天气下交通拥堵和交通事故发展趋势。

根据封路数据分析极端天气情况下车流量影响程度，通过气象站采集的能见度、路面水膜厚度、风力、路面温度及各级气象部门的气象数据等，进行数据分析对车辆安全通行的影响。

9. 数据统计分析

系统提供各类信息的数据查询与统计分析，展现形式包括数据列表、图表等方式。

功能模块包括：

（1）交通调查指标数据的计算——道路的交通状况有多种表现的方式，一般从交通量、交通流密度、交通流速度、交通延误、道路通行能力等各个方面去评估。完成本路段的交通量月变系数、交通量日变系数、高峰小时系数的计算。

（2）交通运行指数的计算——实现道路交通运行指数的时空动态计算，为交通管理部门提供实时的决策参考，避免原有静态运行指数无法提供实时参考的问题。完成本路段的道路交通运行指数、道路交通拥堵率的计算。

（3）应急事件处理查询、统计报表、事故事件分类查询、统计报表——用户可根据地段、事件类型、事件等级、日期时间等要素对应急事件信息进行统计、查询。并可对事件信息详情进行展示；

（4）系统状态查询、统计报表——系统提供系统平台历史运行状态的查询、统计报表；

10. 养护决策模型维护功能

模型由病害对策费用模型、养护对策模型、评价模型、费用模型、决策模型、预估模型组成：

病害对策费用模型

• 针对病害对策生产而设置，分为路基基层良好和路基基层不足两类；

养护对策模型

• 针对养护决策生成而设置的。

评价模型

• 用于评价时的规范，按最新的规范要求设定，在规范修订或改变时可以进行修改。

费用模型

• 在养护对策已经建立后，再根据每个对策设置各种费用汇总后得出每个对策的总费用和单价，便于养护对策生成系统调用。

决策模型

• 根据PCI、PSSI、RQI、SRI四项指标的得分情况，对应生成的养护方案，调用的方案是在对策管理中建立的；

预估模型

• 根据PCI、PSSI、RQI、SRI四项指标的得分情况及采取的的养护方案而得出指标的发展趋势，并用曲线表示出来。

结语

高速公路运行分析与辅助决策系统采用模块服务化结构，松耦合、高内聚、满足高可靠、实时响应快、安全性好、开放性好。

系统易于操作维护、可扩展性好，能满足系统的采集、运算、控制、显示、报警、存贮、打印等全部功能要求。