大數據背景下公路非現場執法點位布局探討

安 睿，郭英男，林時金，徐國山

（1.天津市政工程設計研究總院有限公司，天津 300392；2.天津市公路事業發展服務中心，天津 300110）

2020年底全國高速公路全面實現入口治超，公路治超壓力集中轉向普通國省干線公路。由于傳統的超限檢測站、流動執法存在一定限制，如何有效擴展超限檢測站的時空范圍，緩解執法力量不足，加強公路治超力度成為當前交通運輸執法部門面臨的突出問題。非現場治超執法作為一種新興執法模式，以全天候實時檢測、空間覆蓋率更高、土地資源與建設資金更少等優勢成為治超執法發展方向。非現場治超執法系統主要依靠精確的動態稱重和車牌識別設備[1]，自動采集貨車違法信息，通過信息化平臺實現數據自動判別，以此來認定貨車是否存在超限、超載的違法行為。系統由外場終端和應用系統兩部分組成，其中外場終端主要設備包括動態稱重系統、車輛輪廓測量系統、車牌識別系統、信息顯示系統、視頻監控系統、安全保障系統6部分[2]。應用系統主要包括云平臺及存儲設備、數據資源、業務應用系統3部分。通過外場終端與應用系統數據交互，實現對超限超載違法行為的實時在線識別與反饋。

為進一步提高非現場執法點位規劃的精準性，提升治超設施的利用效率，本文以天津市為例，基于大數據識別貨運通道，研究執法點位的布局。

1 基于交通大數據的貨運通道分析

1.1 基礎數據概況

貨運車輛裝載的衛星定位裝置可以全天候傳輸車輛位置信息，從而得到車輛用數據點連接出的行駛軌跡線和時間信息。本文以12 t以上貨車衛星定位數據開展研究。

12 t及以上貨車衛星定位數據一日分布數據不存在明顯的峰谷差別，分布相對均勻，夜間數據量較白天稍低，但不會對交通運行狀態產生太大影響，部分時段會有少許波動，不影響數據使用。見圖1。

圖1 12 t及以上貨車一日內數據

1.2 路徑匹配算法

對12 t以上貨車衛星定位數據歸納整理后與路網數據做匹配處理，由于面向天津市全域，涉及地圖范圍較大，無法使用傳統地圖匹配方法[3]；采用基于網格索引的方式對GIS道路網進行匹配計算。

網格索引的主要任務是將衛星定位數據對應到GIS道路網絡上，形成連續的行駛道路序列；對應過程涉及到點與不同道路路段的距離及軌跡前進方向與道路方向的匹配度[4]。以圖2為例，介紹具體算法流程。

圖2 路徑匹配算法概念

1）對路徑匹配涉及的區域制作50 m×50 m的覆蓋網格。

2）對任意匹配的點P2，通過空間映射關系檢索，找到其所在的網格及距離其最近的3個網格并找到這些網格空間內相關的GIS路網路段link1、link2、link4和link5。

3）計算P2前一點P1到P2的方位角V2（1方位角一般以正北方向為0°）。

4）計算所有找到的相關路段方位角。

5）計算P2到P1向與相關路段的夾角，保留夾角方向＜15°的路段：若路段唯一則該路段為對應匹配路段；若不唯一，則選取距P2最近的路段為匹配路段。

根據出行路徑匹配結果可得到一次貨車出行的完整OD空間信息。相鄰兩次停留點按前后時間順序分別為出行起終點。從起點到終點的GIS網絡路段序列{link1，link2，……，link5}為車輛行駛路徑，得到全部車輛的路徑后，按路段編號累加求和得到每個路貨車交通量情況。見圖3。

圖3 出行信息提取

1.3 集疏運主要貨運通道分析

為反映真實交通量，采用識別單輛汽車通行路徑數據；再以路段為單位進行多條單軌跡疊加的交通量計算方法，即路段通行頻次[5]，根據路段通行頻次指標，識別出關鍵集疏運通道與路段。見表1。

表1 12 t重載貨車軌跡數據記錄

對擬合后的單條貨運車輛運行軌跡進行疊加，得到整體貨運車輛的軌跡。以路段為統計單位，對路段內的交通量進行匯總，形成集疏運貨車路網交通量分布。目前，大貨車、特大貨車是超限超載主要源頭，根據分析結果：當前國道中大部分道路貨車流量均超過3 000輛/d，其中又以G233津圍公路、G102京哈公路、G205津榆公路等道路貨車流量最高，已超過6 000輛/d；省道中有41條道路貨車流量超過3 000輛/d，其中S307梅豐公路已超過1萬輛/d，S218漢北路、S206港塘路也向1萬輛/d的規模逼近?；谛l星定位數據的建模分析結果與天津市公路交調數據結果趨勢基本一致。見圖4。

圖4 天津市干線公路中重型貨車流量分布

2 點位布局方案

2.1 布局方法

為提升非現場執法點位布局的科學性和準確性，在設施布局方法上，結合天津市貨運交通特點及既有的62處非現場執法點，按照重點貨運通道防護、省界防護、特殊橋梁防護以及消除普通國省干線公路治超盲點4種方式進行布局。

1）強化重點貨運通道防護。根據交通模型的分配結果確定主要貨運通道，通過主要貨運通道的執法監控可以實現資源利用效率的最大化，擴大貨車檢測范圍，提升檢測效率[6]。

重點貨運通道的認定可通過公路日均貨車流量進行判斷[7]。以流量＞3 000輛/d作為重點貨運通道認定標準，共規劃新建重點貨運通道動態監測設施6處。

2）強化省界防護。天津市位于東北與華北貨運大通道的重要節點上，過境貨運交通較多，對所有省界入口布設治超設施，可實現對進入天津市的貨運車輛全量檢測，及時發現超限超載車輛。對全部普通國省干線公路省界及縣道的一級公路進行布防[8]，綜合考慮河北省、北京市省界治超設施布局情況，在天津市省界布局非現場執法設施27處，實現省界入口的治超設施覆蓋率100%。

3）強化特殊橋梁防護。橋梁是溝通河流兩岸的重要基礎設施，可通過兩側布局非現場執法點位實現防護，規劃新建非現場執法點位3處，實現對天津市特殊橋梁的實時動態監測。

4）消除治超盲點。在省界、橋梁、重點貨運通道以外，部分道路通行條件好、現狀貨車流量較小的公路易成為大力治超下貨車的潛在通行路徑。對當前貨車流量不大，但有“百噸王”貨車通行的路徑進行分析，在關鍵節點布局非現場執法點位，強化治超盲點設施布局，預防超限貨車借道通行，共規劃新增規劃公路非現場執法點位10處。

2.2 布局方案

天津市治超非現場執法系統規劃新增布局46處，與既有62處動態監測設施共同形成治超防線，有效形成對貨運通道和重要節點的覆蓋，超限檢測站、超限檢測點、非現場執法設施、高速公路出入口治超設施共同構成治超網絡。見圖5。

圖5 天津市治超非現場執法點位布局

3 結語

建設治超非現場執法系統是提升科技治超水平的重要探索，做好非現場執法點位布局對提升執法效率、保障運輸安全、優化資源配置具有重要意義。本文以天津市治超非現場執法點位規劃為依托，闡述了基于貨車大數據識別關鍵集疏運通道與路段的方法，用于支撐非現場執法設施的規劃布局，以達到布局科學、效率最優的目標，為治超非現場執法設施規劃布局提供參考。