城市快速路是全封闭、全立交以机动车为主要服务对象的城市道路系统，构成城市交通的主干路网。如何对城市快速路网的交通实施有效管理，成为交通管理部门的一个新的课题。国内的一些城市虽然对此进行了研究，但＿般仅仅从检测、控制、诱导等单方面提出了建议。本文结合天津市快速路网特点和天津市智能交通系统发展规划，研究并提出适合天津市快速路网的智能交通管理框架结构。

　　一、天津城市快速路交通及其管理特点

　　天津市以“三环十四射”为骨架的路网系统于20世纪80年代末期建落成以后，虽然为城市的发展发挥了重要作用，但是随着城市经济的发展和机动化水平的提高，城市整体路网的功能和效益在加速衰减，承受的交通压力越来越大，主干道机动车运行速度逐年下降，机、非干扰严重，已经无法满足日益增长的交通需求.因此，建设城市快速路网，提高城市道路整体通行能力，已成为解决天津市城市交通问题的关键手段之﹁。天津市中心城区快速路系统的规划方案由一条快速环路、二条横向快速通道、二条纵向快速通道和二条快速射线构成，全长约145公里，计划到2004年年底通快速环路及部分快速通道81公里，到2006年6月全部竣工。在快速路网规划建设方案中，路网建设、智能交通管理、快速公交、生态景观、服务作为五个密不可分的重要组成部分，予以同步规划、设计和建设。这种建设理念在城市快速路网建设中具有超前性和示范性。

　　虽然快速路具有道路条件和行驶环境较好、车辆行驶受非机动车和行人干扰较小、行驶的车速快、规律性比城市普通道路强等特点，但是出入口间距小，车辆进出频率高，车辆在出入口附近交汇频繁，对主干道上正常行驶的车辆干扰较大，容易发生堵塞。同时快速路与城市普通道路关联密切，快速路通过隔离带入口，互通式立交桥、出入口匝道等多种方式与普通道路相沟通，二者之间形成了“主动脉”与“微循环”之间的关系，只有保证连接点之间的顺畅连接，才能最终实现快速路的规划目标。城市快速路所具有的上述特点，决定了城市快速路的管理与普通道路上的交通管理有较大的差别，在管理的目标、范围和侧重点上都有其特点和不同之处。

　　首先，快速路交通管理的内容和范围在扩大。快速路交通的管理不仅包括与快速路平交的交叉口交通流管理，还包括对快速路主干道上交通流的管理、对快速路出入口处交通流的控制。同时，由于快速路的空间覆盖范围的扩大，交通管理警力的分布密度相对减少，单纯依靠人工进行交通管理，往往能力不足，无法及时发现、快速反映和正确处理路网上出现的突发事件。

　　其次，交通管理的手段更加丰富。针对管理的对象不同，快速路上可以采用多种的管理手段和方式，以实现其管理目标，这些手段包括普通的平交口信号控制，主干道车流的速度、密度控制，出入口匝道控制，快速路出入口与普通道路路口的协调控制，此外还可以通过路网状态、车流信息的发布来间接调整车辆的行驶路径。

　　最后，快速路交通的管理不是孤立的。它既是城市快速路系统建设的重要部分，又是整个城市交通管理系统的一个子系统，快速路交通与普通道路间协调控制是快速路交通管理的重要内容。

　　由于起步较晚，国内尚处于探索阶段，缺乏完备的理论方法和成功的经验来应用和借鉴，虽然快速路的管理与普通城市道路和高速公路有某些相似之处，但特定的环境和目标决定了我们无法套用普通道路或高速公路的管理方法，必须在具体的实践过程中不断总结，逐渐完善。

　　二、天津市快速路智能交通管理系统的设计思路

　　快速路智能交通管理系统既应充分满足天津市交通管理现阶段的要求，又应符合与公共交通、物流运输等系统相结合的长远发展目标的需要，保证系统的实用性、先进性和投资的合理性。该系统在设计中从以下三个方面进行研究。

　　1、在智能交通系统的总体框架下构筑快速路智能交通管理系统

　　快速路智能交通管理系统的建设必须在智能交通系统的框架之下进行，并充分结合天津市交通发展的现状和长远规划的要求，使整个系统建立在技术先进、功能完善、结构合理、安全可靠的基础上，同时，快速路智能交通管理系统的建立，应该溶入未来天津市交通总体规划体系中，使之成为今后天津市智能交通系统总体建设的一个组成部分。

　　2、在先进控制系统的框架结构下构建实用先进的快速路智能交通管理系统体系结构

　　交通系统所采用的控制理论和控制技术，随着相关的计算机技术、信息技术、通信技术及电子技术的飞速发展，经历着从简单控制—复杂控制—智能控制的发展过程。从控制手段上说，与其它大型复杂系统的控制方案类似，也经历了从集中控制—集散控制—智能化的集散控制等控制方式。根据对道路交通管理系统所要解决问题的特点的分析，基于智能控制技术和系统，是解决道路交通管理问题的较佳选择。

　　3、在统一的体系架构下对已有的和即将建设的交通管理功能系统进行整合和集成

　　快速路智能交通管理系统建立的目标之一是利用现代化的信息检测技术对快速路网交通信息的数据进行采集、分析、利用，然后在开放式的信息管理平台基础上，对所有交通数据进行数据融合和挖掘，实现对包括交通流信息、交通事件检测、道路运行状况预测等信息的统计分析，实现各种诱导信息的发布，从而提高和改善天津市的交通运行状况。这些功能的实现，不仅需要考虑快速路网本身系统的建设和功能，还要充分利用已有的各个交通管理系统和未来天津市交通管理的构想，做到所有系统和数据的整合和集成。这就需要建立结构清晰、模型简单、与各种系统之间具有完善信息交换模式的信息管理平台。在建设过程中应遵循先进实用、整体协调、安全保密、可靠性兼容性强、可扩展性的基本原则。

　　三、城市快速路交通管理系统的体系结构

　　快速路智能交通系统以快速路交通管理为主要目标，其服务的对象包括快速路的使用者(驾驶员)、管理者(交通管理部门)和建设者(市政部门)。要实现不同服务对象的目标，要求快速路交通管理系统必须在以下三个层次上实现下列功能；

　　1、数据处理层

　　该层次以数据处理为核心，以各种与交通有关的数据采集设备和通信传输设备为支撑，实现各类交通数据的采集、传输、处理、融合、存储、共享，并为其上层的各系统提供经过处理的交通数据。在该层次需要存储或处理的数据有静态数据和动态数据两大类。静态数据包括描述路网空间特性的数据和记录各类交通设施分布位置和技术参数的数据。动态数据是指由各类数据检测、采集设备实时获得、并且不断更新的数据，主要有：包括能见度、主要污染排放物的浓度、噪声、冰雪厚度、降水量等反映当前路网即时通行条件的交通环境数据，包含流量、速度、密度、占有率、饱和度、排队长度、延误时间等在内的反映路网状态的交通流数据：包括车辆的行驶目的地等、当前位置、车型的车辆数据。这些数据将分别存放在数据库和图形库中。

　　该层次在实现过程中还应当确定获得各类数据所采用的技术手段或采集设备，然后根据不同采集设备的技术特性，确定各类设备在路网上分布的数量、密度和位置，做到既满足交通管理所需要的必需的数据，保证数据的容错性，又能降低数据采集的成本和采集系统的整体造价，数据处理层涉及的主要技术有数据检测技术、数据通信技术、数据库技术、图形处理技术，数据挖掘和融合技术等。

　　2、业务功能层

　　该层次以数据处理层提供的经过汇总、校验、精练后的真实反映路网情况的数据为依据，根据上层确定的交通管理的目标、流程、方法和模型，对路网的状态进行全面的评估、对下一时刻的状态进行预测，确定各种路网交通管理、控制方式的实施方案或策略。

　　该层次要完成的主要功能包括快速路交通的监控、快速路交通流的建模和预测、快速路交通信号控制、快速路交通流的诱导、公交优先管理系统，交通事件检测响应及救援保障系统。该层次是快速路交通管理的核心层，其中系统建模预测技术、优化技术、自动控制技术、模式识别技术、人工智能技术是实现该层次的主要技术手段。

　　3、决策管理层

　　该层次能够对业务层的实施效果进行评估，通过人机结合的方式设定、修正各业务层的功能目标、确定各项业务处理的流程，指定生成各业务方案的方法、模型和算法，从而不断改进系统的工作状况，提高交通管理的实际效果。另外，该层次还提供人机界面，使得交通管理者可以直接对各业务层系统的运行直接进行人工干预，以应对一些异常情况的紧急处理。该层次涉及的技术手段复杂，如系统优化建模技术、决策支持技术，模型管理技术等。

　　以上三个层次之间通过数据，方案、指令等方式相互连接，构成了如图1的逻辑结构。

 

　　四、天津市快速路智能交通管理系统的组成及功能

　　1、快速路智能交通管理系统组成结构

　　依据《天津市“十五”及中长期智能交通系统(1TS)发展规划》，针对快速路的道路特点和交通特点，快速路智能交通管理系统由总控中心、信息通信传输系统、自动监控系统，交通信号控制系统、交通信息采集系统、交通诱导系统、救援保障系统共七个子系统组成，其整体结构如图2所示。

　　2、总控中心系统

　　总控中心是快速路智能交通管理系统的中枢，通过应用计算机技术，网络技术、通信技术、自动控制技术等高科技手段，将交通信号控制、自动监控、交通信息采集，交通信息诱导、救援保障等各个独立的子系统通过网络有机地集成在一起，通过关联建设，真正达到各个子系统在网络上按照权限共享信息。交通管理者可以在任何时候对交通状况进行监视、指挥和控制，并依靠计算机软件实现自动控制、紧急控制和预案控制。总控中心的建设应满足ITS系统结构中的交通管理总控中心(TMC)的具体要求，为ITS的建设奠定了基础，

　　总控中心软件系统通过一套集成的管理控制软件，在GIS交通信息管理平台基础上实现电子地图管理、交通信号控制、自动监控、交通信息采集、交通信息诱导、事故分析、救援保障、通信传输的信息集成和协调控制，并且提供交通管理决策支持等功能。此外，总控中心预留与公交、出租、物流运输以及其它系统的网络接口和软件，可以满足系统扩展的需求。

　　3、自动监控系统

　　快速路的特点是全封闭、快速、定向、控制出入，为保证交通参与者的出行安全和快速路的畅通，需要建设智能交通视频监控系统，实现对快速路全程无盲区24小时连续的视频监视。同时，为规范交通参与者的驾驶行为，系统将实现对快速路重要点位交通违章行为的自动监测。

　　4、交通信号控制系统

　　交通信号控制系统由主路车道信号控制系统、出入口信号控制系统、辅路及周边地区道路交叉口信号控制系统组成。通过快速路主路车道信号控制系统可以实现对快速路主路车道通行与关闭的控制，其目的是当快速路主路出现因交通事故、故障车辆或其它紧急突发事件造成部分车道被占用时，引导车辆能安全变更车道。通过快速路匝道信号控制系统可以实现对进出快速路主路交通流的控制，均衡快速路主路交通流，保证快速路主路的畅通。通过快速路辅路及快速路周边地区道路交叉口信号控制系统，实现协调控制，保证快速路辅路及周边地区的交通畅通，进而保障快速路的出入畅通。

　　5、交通信息采集系统

　　交通信息采集系统是快速路智能交通管理系统的基础，能否及时、准确、全面采集快速路及其周边地区的交通信息，将直接影响快速路智能交通管理系统作用的发挥。交通信息采集系统主要采集交通视频信息、交通违章信息、交通流信息、道路环境信息和气象信息等，上述信息经信息采集系统及其他系统的采集后依靠中心处理计算机进行综合分析处理，通过数据交换平台与其它系统如交通诱导系统、救援保障系统、交通信号控制系统实现信息共享，为其它系统的控制运行提供决策依据和触发条件。快速路交通信息采集系统不仅可以为快速路智能交通管理系统提供信息，而且可以为道路交通规划、交通经济分析等宏观决策分析提供准确、翔实的交通数据。

　　6、交通诱导系统

　　交通诱导系统是快速路智能交通管理系统的重要组成部分，该系统可以为交通参与者提供路径诱导信息、实时交通信息、道路环境信息等与交通出行密切相关的信息，因此，交通诱导系统将会成为交通参与者最为关注的系统，也将成为快速路运行效果优劣的晴雨表。

　　7、救援保障系统

　　为确保快速路网的安全、畅通，建立快速、完善、联动、有效的救援系统将至关重要。救援时间的延误将导致损失的成倍增加，对于重大交通事故而言，甚至会导致伤者生命的丧失。通过救援保障系统，控制决策者与指挥部门紧密配合，协调工作，获得事故信息后，双方立即互通情况，统一指挥，紧急救援队伍按指令快速抵达现场并及时将有关信息反馈给控制室，并对现场实行必要的交通管制，控制中心根据反馈信息立即改变管理方案并向有关驾驶员提供有关交通事故的信息，事故现场勘察处理完毕以后，迅速解除紧急状况下的交通管制，恢复正常交通。采用此种救援体制使有关各方职责明确、管理统一，完全能够满足快速路救援保障工作的需要。

　　8、信息通信传输系统

　　快速路智能交通管理系统通过覆盖全市快速路网的信息通信传输系统来获取及时、准确的信息，并提供共享服务和决策支持服务。信息通信传输系统的核心是计算机化的交通管理网络平台，交通管理的各个子系统都基于该网络平台运行。在信息通信传输系统建设过程中采取各种有线、无线通信相互配合使用的方式，尽可能利用已有成熟的网络资源满足不同通信的需要，同时，多种形式的网络通信方式也为公交、物流运输、治安管理等系统扩展提供了信息通道和接口。信息通信传输系统最终将建设成数据、语音、图像三网合一的综合数字网络平台。

　　9、系统扩展接口

　　系统扩展接口是指总控中心向ITS系统提供的公用接口。总控中心不仅是快速路智能交通管理系统的控制中心，而且提供与公交、物流运输、旅游等ITS系统的公用接口，这些ITS系统都可以通过公用接口获取交通管理信息，同时将共享信息通过公用接口输送给总控中心，总控中心可以根据这些信息调整自己的系统以便更好地为各个系统服务。

　　快速路智能交通管理系统充分体现了智能化、信息化和“以人为本”、“可持续发展”的现代交通管理理念，提高道路整体服务功能，实现对快速路智能交通管理系统运行状态进行实时监控：对交通负荷进行有效控制：对交通事故等突发事件做出快速反应，为交通参与者提供实时、准确、人性化的交通诱导服务等功能。同时，快速路智能交通管理系统直接与天津市全市交通管理系统相联接，能够很好地解决局部与整体的协调管理问题。天津市快速路智能交通管理系统的建成，不仅可以大大提高快速路系统的运行效率和交通安全系数，而且可以提升快速路系统的整体服务水平，进而促进城市整体管理水平的提高。