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基于道路网画像的交通管控技术应用及展望

2022-09-13

来源 : 赛文交通网

作者 : 朱新宇

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编者按:近日,在城市交通综合治理论坛上,公安部道路交通安全研究中心朱新宇以《基于道路网画像的交通管控技术应用及展望》为主题,做了精彩的报告。

该报告就当前城市的路网结构问题进行了深入分析。详细介绍了我国重点城市的路网结构评估现状、城市道路网全息画像指标体系以及城市路网风险隐患数字化排查等方面的研究内容,最后以“城市道路网全息画像及安全风险监测平台”为例,展望了公安交管部门在推进城市交通管理全要素数字化方面的前瞻性探索。

朱新宇指出,城市道路网是城市交通运行的基础,城市交通管理需要与道路网紧密融合才能发挥作用。

很多时候,城市中所产生的道路交通问题-如交通拥堵、事故多发等,其根源并不是交警部门的管理不善,而是路网结构本身就带有一定的不合理性。

基于此,公安部道路交通安全研究中心研发了城市道路网结构全息画像算法模型以及相应的评估指标体系,根据宏观的路网连通度、中观的道路等级匹配、微观的路口形状等指标对道路网进行剖析,并结合交通拥堵、事故、违法、冲突等多源大数据进行融合分析,能够精准的发现城市道路网中的结构风险隐患点,发布城市路网结构评价报告,推动城市交通安全风险隐患的自主化排查,为后续建立城市安全隐患的排查标准,推动城市公安交管的全要素数字化具有重要意义。

一、研究背景

每个城市的路网结构都有其独特的规律,底层的路网结构不同,城市交通的发展自然也会有所区别。如果路网结构本身存在问题,城市交通管理就会变得非常艰难,以宽大马路、断头路、异型路口、道路级配不合理、出入口间距不合理等路网结构问题为例,这些问题点位附近的交通信控配时、交通组织渠化都会因为路网结构天然存在的问题而受到影响,相应的交通管理效果也会大打折扣。

目前,城市路网结构的评估指标仅包含道路里程、路网密度和干线道路里程指标等较为基础的单项指标,不仅缺少针对整体路网连通性和路网结构的宏观评价分析,对中观层面的道路出入口间距情况,交叉口道路等级匹配情况、断头路分布以及微观层面的交叉口形态、交叉口间距更是缺乏评价依据,无法支撑交通管理工作开展。

在城市交通智能化、数字化快速发展的今天,现有的路网结构指标体系对我国城市的发展来说远远不够。

2022年,习近平总书记主持召开中央财经委员会第十一次会议时强调:“要加强城市基础设施建设,打造高品质生活空间,推动建设城市综合道路交通体系。”《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》和《公安交通管理科技发展规划(2021-2023)》等顶层设计文件也都明确指出:“要打通各类‘断头路’、‘瓶颈路’,提高都市圈基础设施连接性贯通性。”、“要推进城市交通精细组织,推动城市路网结构评估与优化。”为此,亟需把城市道路网的结构进行拆解、剖析,从纷繁的城市路网中提取所需要的关键结构指标。

二、城市道路网全息画像

1.城市道路网全息画像指标体系

为了深入了解城市道路网结构,公安部道路交通安全研究中心首创研发了城市道路网全息画像指标体系,从道路网的整体连通情况,到道路网的层级结构匹配情况,再到道路交叉口的形态、角度甚至于车道级别的道路交叉口等级匹配度,对道路网进行了具体、细微、直观的量化分析,提出了道路网连通度、百公里断头路、交叉口形态、交叉口平均间距、交叉口位阶差、接入口位阶差、高/快速路出入口间距、道路线型曲率坡度等多项量化指标,对道路网进行了全方位的解析画像,该项研究经权威机构查询,在国内外均属首创。

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图1 城市道路网全息画像指标体系

2.《中国重点城市道路网结构画像报告》

基于城市道路网全息画像指标体系,结合地理信息数据对我国36座重点城市进行了实际计算,并形成了《中国重点城市道路网结构画像报告》。

以宏观层面的路网联通度指标为例,连通度是道路网中邻接的路段总数与节点总数的比值,反映道路网的通达性,是检验道路网结构合理性的指标之一。连通度越高,道路网连通情况越好;反之,连通度越低,道路网连通情况越差。

城市道路网连通度与城市规模、城市形态密切相关。我国36个大城市按照城市形态可分为团簇状、组团状和条带状三类,三个类型的平均联通度为3.30、3.27、3.23,呈现依次降低的趋势。

以中观层面的道路级配合理性(位阶差指标)为例,交叉口的位阶差反映相交道路的功能匹配程度,是检验交叉口结构合理性的指标之一,即道路也需要“门当户对”。假如相交道路的等级位阶不相匹配,那么其交通流量、运行速度的差异就会过大,不利于交叉口的通行安全和交通信号控制。

我国北方的一些城市因为修建的宽大马路较多,或者对道路等级的匹配性不重视,往往导致相交道路产生的交叉口位阶差比较大,从而较为容易产生交通隐患。

以微观层面的道路交叉口形态和断头路指标为例,通过对我国36座重点城市的计算,我们发现城市中有近 40% 的交叉口是异型交叉口(斜角十字交叉口、斜角丁字交叉口、Y 型交叉口、多路交叉口)。在城市断头路的识别方面,我们发现我国东南地区的城市、处在大建设阶段的城市断头路会较多,这是因为东南地区水系、山脉比较多,道路往往无法全面连通,而处于大建设期的城市,道路网尚未形成体系,故被识别出的断头路也较多。

3.路网结构与交通安全之间的量化关系

将道路网结构问题点与交通事故、交通违法、交通拥堵等大数据进行融合分析后发现,往往道路网结构存在问题的地方,相应的交通事故发生概率会更为显著,即路网结构和事故有较强的正相关性。

同样,针对非现场查处的交通违法数据发现,路网结构与交通违法也有很强的相关性,最终揭示出,路网结构的问题会导致一定的交通风险隐患。按照实际数据的计算,其量化分析比例如下:位阶差较大的道路交叉口和路段接入口处发生交通事故的概率是一般路口的1.3倍和4.1倍,发生交通违法行为的概率是一般路口的2.3倍和12.7倍。

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图2 路网结构画像与事故点位的融合分析

三、城市路网风险隐患数字化排查

根据海恩法则: 每一起重大事故的背后,必然有29次轻微事故和300起未遂先兆以及1000起事故隐患。重大事故的背后都有很多的交通隐患和冲突在发生,只是我们未能识别而已,如果能够精准识别城市路网中的交通风险隐患点位,就能够从被动防御变为主动防控,防患事故于未然,从而更好的助力城市公安交管“减量控大”。

基于此,在路网画像的基础上,我们又叠加了动态的交通运行数据与路口内的交通冲突数据,建立起“路网拓扑”+“交通运行”+“冲突识别”的三层体系,从而构建了城市路网的风险隐患排查指标体系。

将路网画像作为路网拓扑层,向上叠加交通事故、违法、运行数据,再纳入全息路口等新型设备识别出的交通冲突数据,形成三层识别体系,能够对城市路网进行全量的整体的分析,真正的实现城市路网隐患的数字化排查。

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图3 城市道路风险隐患数字化排查的三层体系

四、应用和展望

未来,公安部道路交通安全研究中心将持续关注城市交通问题,与企业、高校等单位合作,共同制定城市安全隐患数字化排查标准体系,并利用道研中心研发的“城市道路网全息画像及安全风险监测平台”,自动识别整个城市的交叉口的形状、交叉口的位阶差的情况、合理度,路口间距、灯控比、断头路数量、连通度等指标,快速完成城市路网的安全排查工作,精准发现路城市路网结构及交通运行的风险隐患点,并能够辅助相关安全预警设备搜寻应设置的布点位置。

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图4 城市道路网全息画像及安全风险监测平台

最终,期望建立起城市公安交管的全量数字化标准,通过路网的数字化,到交通风险隐患的数字化,再到交通指挥的数字化,实现城市公安交管从底层数据到顶层指挥的全流程一体化,打造任意交通管理场景可分解、可溯源、可编程、可研判、可决策、可评估的全量数字化城市道路交通指挥管控体系。

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图5 城市公安交管的数字化推进流程

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