基于GIS的道路交通安全管理系统的研究
[摘 要] 针对道路交通安全的现状，笔者分析了利用地理信息系统(GIS)建立道路安全管理系统的必要性及优点，探讨了基于GIS的道路安全管理系统的功能、设计思路及其开发的技术路线。利用GIS进行交通安全管理可以增强交通事故分析的直观性、可操作性，进行区域安全评价、事故多发点因素分析，有利于挖掘交通事故的深层原因，从而指导安全管理工作。基于GIS的道路交通安全管理的研究，是GIS在领域应用和迅速提高道路交通安全管理现代化水平的一个创新性探索。
[关键词] 道路交通；交通安全；地理信息系统；交通事故
1 引 言
随着中国汽车保有量的快速增长，道路交通安全问题已经成为人民生活中的重要问题之一。2002年我国道路交通事故件数、受伤人数、死亡人数和直接经济损失四项指标分别达到了77万多起、56万多人、10．9万多人和33亿多元人民币。道路交通安全局势极其严峻，如何有效地提高道路交通安全是迫切需要解决的课题。采用科学的分析方法、挖掘肇致道路交通事故的各种原因是合理制定道路交通安全管理措施、预防交通事故的关键。
国内外很多交通安全管理机构都建立了信息决策系统，用于满足各自特定的需求。但这些交通安全信息系统大多数都不具有地图显示及空间建模分析功能，从而还不能进行大面积范围的交通安全分析。地理信息系统(GIS)是一组具有图形图像数字化、空间数据管理、查询检索、模型运算和多种输出功能的软件，它可以结合具体地点的事故数据，进行直观的空间分析，因此，适用于与地理位置密切相关的交通安全问题的研究。
目前，基于GIS的道路安全管理系统研究尚处于起步阶段。笔者分析了GIS技术应用于道路安全管理系统的必要性及优点，探讨了基于GIS的道路安全管理系统的功能、设计思路及其开发的技术路线。这对建立实用的安全管理系统，提高道路安全管理水平及拓宽GIS的应用领域具有十分重要的意义。
2 道路交通安全GIS
2．1 GIS与道路交通安全层次
地理信息系统简称"GIS'’(Geographic lnformation System)，是一门集计算机科学、地理学、信息科学、管理科学和测绘科学为一体的新兴技术。它采用数据库、计算机图形学、多媒体等最新技术，对地理信息进行处理，能够实时准确地采集、修改和更新地理空间数据和属性信息，为决策者提供可视化的支持。道路交通安全分析可分为3个层次：
第一层次是对某一地区或区域的交通事故现状和趋势进行分析。这一分析可利用数学方法进行统计和预测，并分析与该区域经济发展，道路设施交通流量等因素之间的关系，从而从宏观上了解和控制交通事故的发生。
第二层次为交通事故的区域分布分析，对某一区域的交通事故发生的特征、频数、相关因素等进行分析，从总体上了解和把握该区域的事故情况。由于区域分布分析中的交通事故数据具有很强的区域地理因素，这就需要有地理数据的文件管理系统。
第三层次为微观分析，分析研究某一路段或某一交叉口交通事故发生规律和发生机理，以便制定安全对策。这一层次的分析则需要更多的地理因素信息和环境因素信息，简单的数据文件形式已不再满足要求，借助直观形象的地图进行安全分析尤显必要。
通过以上分析可知，利用海量的数据对某一区域、某一路段或交叉口进行交通安全分析，基于GIS的存储、分析、地图可视化显示以及辅助决策案的制定是先进的道路交通安全管理系统的基础和道路交通事故预防的关键技术之一。
2．2 功能分析
道路交通安全GIS应是道路交通安全管理的辅助工具，它不仅能为各级管理部门和事故处理部门的宏观管理、微观分析及决策提供全面服务，而且还能为工程技术人员提供事故分析的工具。交通安全管理GIS应具有以下功能：
(1)数据的输入和管理。系统具有数据输人与管理功能，包括与事故有关的各种信息。例如，道路几何尺寸、交通流、交通管理设施的分布及维修情况等属性数据的维护工作都可在地图上进行操作，较以往的字符型数据库更方便、直观。
(2)事故统计、报表。事故的统计方法应遵照公安部的统计规范，并应具有事故预测预报功能。报表功能应包括定期报表和特殊报表功能，定期报表可采用表格形式或地图形式，这些报表使管理者能够全面地了解本地区或某一地点的事故概况和事故频率。专用查询报表通常是应某一特殊要求而能快速形成报表的功能。
(3)事故黑点识别与显示。系统可以统计各点、交叉口、路段和整个区域的事故情况，并可按照一定标准(如事故次数、事故率或二者相结合)，自动筛选出事故黑点，并自动标识于地图上。
(4)交通事故信息查询。各类交通事故数据和有关指标数据都可在地图上查询，并以直观图(如饼图、直方图、排列图等)显示，图形显示可任意放大缩小，不同事故类型可按照用户要求分别显示或整体显示，最大限度地提高工程技术人员的事故分析水平和安全管理人员的决策能力及效率。
(5)事故预防、预案。对未来将要发生的事故作出预测，分析未来事故的危险程度和发展趋势，并给出应采取的防治措施，以供道路管理者作出决策，如提出道路改善意见、事故黑点整治措施等。
(6)其他功能。系统在满足各级管理部门、事故处理部门业务处理的同时，应预留接口，与相关的办公自动化系统和交通监控系统实现信息共享。此外，道路交通安全管理系统也将是未来智能化交通信息系统(ITS)的一部分。
3 道路交通安全GIS设计
道路交通安全GIS系统主要涉及两个部分：一是其开发和运行的平台，即GIS系统软件和地图部分，该部分的主要功能是为交通安全分析、决策和预案提供支持平台和道路空间地理信息；二是交通安全本身所涉及的内容，主要指与交通事故相关的信息，如何通过GIS的强大功能(如图形叠置、缓冲分析等)，将这两部分内容整合在一起，得到道路交通的安全分析、决策和预案系统，则是系统开发的主要目的。根据这一目的和要求，笔者设计了道路交通安全GIS系统，如下图所示。在该系统中，主要包括6部分：道路地理信息GIS地图、交通事故数据库、数据库管理系统DBMS、区域安全评价、事故黑点分析及交通事故预测系统。
3．1 道路地理信息GIS地图
采用空间数据和数据库挂接，改变了传统的信息管理方法，地图由传统的静态纪录变为信息丰富多样的动态的电子地图，实现了数据可视化。它使交通安全管理部门对道路安全的管理变得直观、简单和易操作，为决策提供科学快捷的支持。如通过直接对地图实体进行查询，可以获得包括道路信息，如道路等级、横断面宽度、横断面形式、道路线形等，以及事故多方位信息，如事故发生量在空间、时间上的分布和交通量的分布。
3．2 交通事故数据库
道路交通安全GIS的基础是存储在数据库中被用来分析的信息。交通事故信息由公安、交警部门采集与管理。而目前一般的公安与交警部门研制开发了部分道路的数据库，可根据实际情况实行原有的数据库到GIS数据库的转换。
3．3 数据库管理系统DBMS
GIS关键技术之一是空间数据库的设计，其数据库是一个共享或者分享式的数据库。GIS数据库通常应该满足：最小冗余原则(数据尽可能不重复)、应用程序对数据资源的共享原则、数据独立性原则以及统一管理原则。数据库中的数据应该依其本身的特点进行组织，而不是依据使用目的的不同而不同；同时，数据库的结构应当反映出不同的应用目的要求，支持各种应用程序和目的，而且各种应用程序是相对独立的。因此，GIS数据库应该容纳各种各样的数据类型和格式，在考虑数据特征的同时，又需兼顾其应用目的。
3．4 事故黑点分析系统
事故黑点及其影响因素分析属于微观分析的范畴，其主要用于查找事故黑点，确定其危险水平，并且从多角度分析事故成因。道路交通安全管理人员最需了解哪一路段行车危险、什么情况下最易引发交通事故。按照管理者需求，采用事故次数、事故率或二者相结合的方法，筛选出事故黑点，并对其进行多方面分析，如道路状态技术分析、事故成因分析，找出事故发生的原因，为道路交通管理者提供对策。
3．5 区域交通安全评价系统
影响道路安全的因素很多，各因素之间往往相互作用、相互制约，形成一个复杂的系统。对道路交通安全进行确切地评价，需要排除次要影响因素，正确地选择主要影响因素作为评价指标。利用GIS的可二次开发性，建立区域交通安全评价模型，可选择的方法有4项指标法、综合当量指标法或灰色系统评价法。参与评价的区域可直接从图上拾取，评价结果可通过区域着色的方式显示，不同地点的安全水平则通过不同的符号、颜色、线型或线宽来表示。
3．6 事故预防预案系统
交通事故预防预案是对未来有可能发生的事故作出估计，分析未来事故的危险程度和发展趋势，并给出应采取的防治措施。应用GIS的接口，装入事故预测模型，直接调用交通事故的空间数据，根据不同的需要对其进行预测。预测数学模型可选择传统的概率预测法、回归预测法或非线性的神经网络预测技术。
4 道路交通安全GIS开发技术
运用地理信息系统进行交通安全管理，首先应建立某一地区的地理信息系统。由于中国的地理信息系统发展较晚，只有少数城市建立了初步的地理信息系统，这为交通安全分析提供了必要的基础。由此，根据目前中国的实际情况，道路交通安全GIS适合采用“原型法”进行研究开发。
所谓“原型法”就是：在系统开发的初级阶段，在对初步调查用户需求的基础上，快速构造一个可以工作的系统原形，将此原型提供给用户使用，听取意见；然后修正原型，补充新的数据、数据结构和应用模型，形成新的原型；经过几次修正迭代后，可以达到用户和开发者之间的完全沟通，明确系统定义和用户界面要示，形成较为完善、成熟的系统产品。
5 结束语
中国的交通安全形势严峻，已引起了相关部门的关注，但由于该课题的复杂性，给研究工作带来了许多挑战，交通安全技术及安全管理的研究任重道远。在GIS空间数据输入、编辑、图形数据属性互访的、信息查询等功能的基础上，纳人事故多发点及其影响因素分析、区域安全评价和事故预测系统，可将图像信息、地图、数据及模型综合管理，为道路交通管理部门提供决策辅助信息和决策方案。笔者通过对这一课题的探讨和初步的系统设计，看到了GIS在交通安全管理方面应用的潜力和广阔前景，此项技术的应用必将会带来交通安全管理技术的革命。
为了尽快建立起道路交通安全GIS管理应用系统，笔者提出以下建议：
①要提高各级交通和公安厅部门对地理信息系统技术重要性的认识，并且给予必要的投资；
②逐步建立完善的道路结构数据库；
③在道路交通安全管理过程中，应认识到安全管理系统设计与道路规划、设计、建设和营运车辆的管理的整体性，不能人为地把它们分割开来；
④要实现交通、公安和建设部门的信息共享，实现安全信息指导道路的规划和运营。
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（作者系北京交通大学交通运输学院 摘自：《中国安全科学学报》2004.14卷.2期）