高速公路路网运行管理系统建设
路网运行管理系统主要实现路网日常运行监测与预警、路网运行协调联动、路网运行信息服务、路网运行统计分析等功能，其用户主要包括“省-市-县（区）”普通公路管理部门，“省局-分局-管理处”高速公路管理部门、高速公路运营公司、路政、养护管理人员，公路路政管理局各级路政管理人员以及省厅相关处室业务管理人员、信息中心等。
路网运行管理系统功能框架示意图如下图所示。
运行监测人员运行管理人员应急值守人员
交通流量
数据公路环境
数据
基础设施
数据
设备运行
状况数据
突发事件
数据
车辆定位
数据
预警数据
信息报送
指标数据
监控视频
数据养护施工
数据
基础设施
数据
设备运行
状况数据
公路空间和
属性数据
管理机构
数据
应急资源
数据
系统功能模块
交通流监测与预警
设备运行状态监测与预警
交通突发事件监测与预警
路网环境监测与预警
基础设施技术状况监测与预警
路网运行协调联动协调调度
治超协同
调度处置方案生成
养护协同
日常调度
路网运
行监测
与预警
实时路况公路网运行状态分析
设备运行信息
1路网运行监测与预警
路网运行监测与预警功能主要依据《公路网运行监测与服务暂行技术要求》中的监测指标和评价方法，开展省内路网运行状态监测系统建设，实现对交通流监测、交通环境监测、基础设施健康状况监测、设备运行状况监测、交通突发事件监测等信息的统一采集、编辑、维护等。其中，路网监测指标包括路网中断率、拥挤度、环境指数、节点通阻度、公路交通突发事件等级、设施健康状况等6个单项指标和通道运行指数、路网综合运行指数等2个综合指标。
——交通流监测：主要包括来源于“公路交通量调查管理系统”（外场自动
交通情况调查设备终端）、高速公路车速检测终端监测到的动态交通流数据。通过上述指标数据分析监测路网中断率、拥挤度、节点通阻度及流量分布情况、车型结构分布、交通量方向分布、交通量时间分布等指标；
——交通环境监测：主要包括环境监测数据和环境共享信息，其中环境监测数据主要通过在气象条件恶劣路段、隧道安装的能见度检测仪、多要素气象检测仪等实时采集获得的能见度、结冰、雨量等以及“公路交通量调查管理系统”（外场自动交通情况调查设备终端）中获取的车辆类型分布特征信息；环境共享信息主要通过与气象、国土等部门共享获得，具体包括日常气象监测与预报信息、公路气象预报预警信息，地质灾害预报预警信息等。通过上述指标数据分析监测路网环境指标；
——基础设施健康状况监测：主要从普通国省干线公路和高速公路主管部门建设的“公路养护管理系统”、“桥梁隧道管理系统”中依据《公路技术状况评定标准》（JTG H20-2007）、《公路桥梁技术状况评定标准》（JTG/TH21-2011）、《公路隧道养护技术规范》（JTG H12-2003）获取的路面、桥梁、隧道技术状况，通过上述指标数据分析监测路网设施健康状况；
——设备运行状况监测：主要由监测设备管理维护人员完成设备状态实时监测的故障报警值守和解除、维护日志记录、故障统计与报送、设备基础信息更新等功能，从而实现对设备运行状况监测；
——交通突发事件监测：突发事件数据一方面来自视频监控，对摄像机采集的视频信号进行数字化处理，采用事件识别技术对异常的交通事件进行自动检测、记录和预警。另一方面，大部分路网可人工采集突发事件信息，由养护或执法巡查人员、社会公众人工填报或利用电话、短信、传真、邮件等方式报送到本系统，按照《公路交通突发事件应急预案》中突发事件的预警和响应级别对路网交通突发事件等级进行表征和监测。
在上述指标数据运行监测的基础上，可按照预先设定各指标阈值，当监测指标超过阈值范围后进行预警提示。路网运行监测与预警主要包括交通流监测与预警、交通环境监测与预警、基础设施健康状况监测与预警、设备运行状态监测与预警、交通突发事件监测与报警等模块。
1.1交通流监测与预警管理
交通流监测与预警的服务对象是各级公路管理部门的运行监测人员、运行管理人员和社会公众。
交通流监测与预警主要实现交通运行状态信息（流量、速度、密度）的采集与分析，实现对路况的实时分析和拥堵程度分析，其功能同时适用于高速公路和普通公路，实现对路网服务水平进行自动识别和展现，并根据交通流的波动性趋势和环境状态的变化进行预警。
系统功能可分为三级，即省级（公路局、高管局、路政局）、市级（市公路处、高速公路管理分局、路政分局）、县（区）级（公路段、收费站所、养护道班、路政分局）。
根据《公路网运行监测与服务暂行技术要求》，为了对路网运行状况进行评价，省级用户重点关注6项指标，其中3项可通过交通流状况监测得到，因此系统应能够由监测得到的原始数据计算出省范围或指定区域、路线的路网中断率A、拥挤度F、节点通阻度D等3项指标。
可依托交通流量调查站及手机数据两种方式完成上述各项指标的统计，交通流量调查站侧重于全路网的宏观数据进行分析，手机数据则侧重于某一重要路段的精细化数据分析，主要利用车辆中人员携带的手机设备沿道路行驶时，发生的基站切换的信息来统计分析路段的平均车速和道路通行状况，可选取部分路段作为试点，利用基于手机信令的实时交通数据采集和处理技术，建设与传统交通流调查站相互补充的交通数据采集、处理、发布、应用为一体的交通流监测与预警管理系统，通过对道路交通状态的实时监控和信息发布，指导车辆绕行拥堵路段优化出行路线，最终达到缓解交通压力，改善人们出行环境的目的。
基于传统交通量调查站提供宏观交通流运行监测，基于手机数据方式则提供微观交通流监测与预警管理。
1.1.1基于交通量调查站的宏观交通流监测与预警
1、省级
（1）实时交通流状况监测
可实现对全省范围内国省干线公路和高速公路交通流运行状况进行综合查询。
实现对全省范围内公路交通运行状况信息的实时查询和浏览，包括流量分布情况、车型结构分布、交通量方向分布、交通量时间分布等，所有查询结果均可以通过列表和“一张图”（即交通地理信息GIS平台）的形式进行展示。
提供对省内所有路网交通运行状况信息的综合统计和对比分析，包括不同时间维度（年度、季度、月度、周、日、小时等）、空间维度（行政区划、公路等级）、其他维度（预警级别）公路网交通运行状况信息的综合统计、对比分析。交通量调查统计分析指标体系构成如下表所示：
本系统能够提供路网运行监测重点关注的3项单项指标，即由监测得到的原
始数据计算出全省范围或指定区域、路线的路网中断率、拥挤度、节点通阻度。
①路网中断率
路段中断状态依据公路交通突发（阻断）事件信息，以及路段车速和流量数据综合判别。路网中断率采用定义路网上处于中断状态的路段里程占该路网中路段总里程的百分比来表征。
式中：A为路网中断率，L为定义公路网的总里程，N为定义路网中发生中为定义公路网中第i个中断路段的里程。
断的路段数量，a
i
路网中断率等级划分标准根据可采用以下两种方式确定：
方式1：利用历史监测数据的分布规律进行确定，如下表所示：
A70——路网中断率历史数据从低到高排列的70%分位值；
A30——路网中断率历史数据从低到高排列的30%分位值。
注：
——路网中断率历史数据指根据近三年积累的路网中断信息按照本技术要求的测算方法得到的路网中断率数据；
——路网中断率等级划分标准在一定时期内应保持稳定，随着路网运行状态的发展演化，该划分标准不再适应时，应根据实际情况重新确定。
方式2：根据路网中断百分比阈值进行确定，如下表所示：
的发展演化，该划分标准不再适应时，应根据实际情况重新确定。
②拥挤度
拥挤度描述定义路网内交通流的拥挤程度，包括路段拥挤度和路网拥挤度两个指标。
路段拥挤度根据路段时间平均速度（有条件地区可用路段平均行程车速）和断面交通量数据进行综合分析，并分为不同等级。路段时间平均速度（路段平均行程车速）越高，表示拥挤程度越低。
高速公路路段拥挤度等级划分标准如下表所示：
国省干线公路路段拥挤度等级划分标准如下表所示：
路网拥挤度采用定义路网中处于拥挤和堵塞状态的路段总里程占路网总里程的百分比来表征。
C=∑d i
m
i=1
+∑e j
n
j=1
L
×100%
式中：C为公路网拥挤度，L为公路网中路段的总里程，m为处于拥挤等级
的路段数量，d
i
为处于拥挤等级的路段i的里程，n为处于堵塞等级的路段数量，
e
j
为处于堵塞等级的路段j的里程。
路网拥挤度等级划分标准如下表所示：
③节点通阻度
节点通阻度描述公路网中关键节点处于拥堵或畅通两种状态，节点通阻度指标分为节点通阻度和路网节点通阻度两个指标。
关键节点特指公路网中的易拥堵路段、枢纽互通立交、收费站点（省界、入城）、重点治超站和服务区等。
节点通阻度根据节点的排队长度是否超过一定限值（即排队长度）进行分析，超过限值为拥堵状态，用“1”表示；未超过限值为畅通状态，用“0”表示。
路网节点通阻度采用路网中处于拥堵状态的节点数量占节点总数量的百分比来表征。
D=∑d i
N
i=1
N
×100%
式中：D为路网节点通阻度，N为公路网中节点的总数量，di为节点i的通阻度。
路网节点通阻度等级划分标准如如下表所示：
（2）拥堵预警
系统可对上述3项指标结果自动进行分级判断：可按照预先设定的指标阈值，自动对“拥挤”和“堵塞”等级的拥堵度进行识别，对不同拥挤度级别以不同颜色表示，在“一张图”上以专题图形式进行展现；可从原有养护管理业务系统获取计划性养护施工数据，结合中断率数据对不正常的高等级中断率进行识别；可按照预先设定的指标阈值，对低等级节点通阻度进行识别。
对识别出的异常情况，系统可采用声、光报警形式提醒监测人员进行人工筛查和确认。
当识别出异常情况时，可自动推荐周边高清摄像机，方便日常运行监控人员通过摄像机视频图像了解拥堵路段实时情况。
（3）交通流状况查询
对全省范围内公路交通流运行状况进行综合查询。
实现各类公路按车道、车型、车速交通实况查询功能；实现公路交通流的属性数据与空间数据动态联接，实现交通流数据空间查询、空间分析功能；实现查询服务水平等级分布、适应交通量分布、拥挤情况分布、车速情况分布等。
为方便省公路管理人员以不同的时间粒度、空间粒度对国省干线公路网基本交通流情况进行对比分析，计算选定区域的年、月平均日交通量，交通构成，交通量月变系数、周变系数、高峰小时系数，交通量方向分布系数等。
2、市级
（1）实时交通流状况查询
对本市管辖范围内公路交通流运行状况进行综合查询和分析。
（2）拥堵预警
功能与省级系统相同。
3、县（区）级
（1）实时交通流指标监测监控
通过外场交通情况调查设备，实时采集获取交通流数据，计算交通流量、饱和度、平均速度、拥堵指数等指标，确定公路服务水平。
①路段交通流量时变分析
分析指定时间段内路段交通流量的变化趋势，测算高峰小时系数。
②路段饱和度（V/C）分析
路段饱和度是反映路段服务水平的一个物理量，描述了路段交通容量对路段交通需求的适应程度，等于流量与路段适应交通量比值（V/C）。
③车型结构分析
根据观测车型分类分析不同车型的流量比重，结合速度值及车道情况等计算修正标准车型换算系数。
④交通量方向分布分析
按不同路段行政等级、位置分析路段交通流量地点变化，并进行分级排序。
⑤路段平均车速分析
路段平均车速是指分析时段内，拟分析路段的平均行程车速或称区间平均车速，可以采用单位时段地点平均车速的调和平均数来表示。
⑥交通量时间分布
按不同路段行政等级、位置分析路段交通流量时间分布变化，并进行分级排序。
⑦路段拥堵状态
交通拥堵是指一定时间内的交通需求（一定时间内要通过某道路的车辆总数）超过某道路的交通容量（一定时间内该道路所能通过的最大车辆总数）时，超过部分的交通量滞留在道路上的交通现象。
路段拥堵状态是对路段发生的交通拥堵现象的规范性语言描述，采用五级来描述路段拥堵状态，分别是：非常畅通、畅通、轻度拥堵、中度拥堵和严重拥堵。
考虑到数据采集的稳定性和可行性，建议采用地点车速和饱和度两个指标进行综合判断的方法来确定路段拥堵等级，普通公路拥堵分级及评价指标表如下表所示。
（2）拥堵识别
针对拥挤程度的判断主要通过平均车速和饱和度的判别两种方法。针对利用平均车速和饱和度分别计算的拥挤状态，采用以下原则进行平衡，从而输出最终判断结果，决定是否预警：
——同时按平均车速和饱和度分别计算相应的交通拥挤情况。按饱和度进行计算的拥挤情况简称“等级B”，按车速计算得到的拥挤情况简称“等级S”；
——当车速小于1公里时，交通拥挤情况不考虑等级S之值，直接按等级B 进行取值。
其他情况按下表中的对应关系进行取值：
在对某路段的实时交通运行状态判断后，根据“畅通、基本畅通、一般、拥挤、堵塞”五种判断结果，分别用不同颜色表示，在“一张图”上以专题图形式进行展现表达。
（3）拥堵预警
根据路段实时的拥堵状态进行预警：
——当路段的实时拥堵状态达到“拥挤”时，进行“蓝色”预警，提醒路网运行监测人员注意路网交通运行情况的变化；
——当路段的实时拥堵状态达到“堵塞”时，进行“黄色”预警，提醒路网运行监测人员密切注意路网交通运行情况的变化，进行跟踪监测；
——当路段的拥堵状况达到“堵塞”并持续时间超过1个小时，进行“橙色”预警，路网运行监测人员应及时将有关情况通知路网运行管理人员，路网运行管理人员应采取有效措施（如发布交通拥堵信息及绕行建议等），对路网运行进行合理调度，以避免或延缓大规模交通阻断突发事件的发生；
——当路段的拥堵状态达到“堵塞”并持续时间超过2个小时，进行“红色”预警，及时将预警信息提交给“应急值守接报”，进入突发事件处置流程。
1.1.2基于手机信令的交通流监测与预警
基于手机数据的交通流监测与预警系统是以手机作为交通探测器，以移动通信网的手机数据监测为基础，建立用于试点路段的手机数据数据标准和技术要求，并从移动运行商相关的接口获得符合要求的手机数据，对移动通信网中特定的数据过程，如呼叫、移动性管理等进行分析和挖掘，并将手机数据处理结果映射、融合成交通流状况，提供给特定用户。
1、手机数据处理平台
（1）路网手机数据模型配置模块
负责分析路网与基站的空间位置，建立基站覆盖区域和路网道路的匹配关系，识别出基站切换路段。基于基站位置信息建立初步的切换路段和切换序列。
针对被监测的道路需要预先配置相关的道路模型参数，包括以下部分内容：——道路模型处理相关的基础配置：包括地理位置数据，沿线基站参数和地理位置数据等；
——手机数据处理相关的基础配置：包括选定的手机数据类型，手机数据的剔除规则，数据处理间隔等；
——接口相关的基础配置：包括手机数据的共享服务器的地址和端口、帐号、分析结果输出的路径、内部管理模块通信接口等。
（2）运行状态评估模块
负责对运营商手机数据进行接收、缓存和分类处理等。
1）手机数据采集
手机数据的接收通过与移动运营商的手机数据接口实时通信，提取手机数据，提取的手机数据包括手机识别号、时间戳、位置区编号、小区编号、事件类型、原因编码、MscID 、BscID 、手机所属归属地等。
2）手机数据解析
信令处理系统包括信令的采集、信令的解析、信令的提取、信令数据的ETL ，信令无线定位算法等组成部分。对采集过后的数据需要通过专用手机数据分析设备进行手机数据解析合成处理，采集处理后的手机数据即变成一条完整的用户行为记录，包括用户行为发生开始时间、结束时间、用户手机号码、用户终端号码、地点、行为类型等信息。
? 信令的采集
信令的接收通过与移动运营商的信令接口实时通信提取信令。运营商网络中涉及用户位置信息的接口2/3G 网路主要有MC 口（A 口+IUCS 口）、C/D/E 接口。4G 网络主要有S1-MME 、S10、S11、S6a 接口。一般C/D/E 接口为TDM 链路，采用高阻跨界接入TDM 板卡的方式采集；MC 接口为IP 电口链路，采用TAP 旁路方式采集；S1-MME 、S10、S11、S6a 接口为IP 光口链路，采用分光器采集。主要采用A 口进行数据采集。
? 信令的解析
对采集过后的数据，需要通过专用信令分析设备进行信令解析合成处理，数据采集及解析合成处理的架构如下图。
中心局域网(业务交换机)
镜像/ TAP/分光
采集层
处理层
汇聚层存贮层
接口层
SE6000信令交换机
SE6000-RD
信令存贮模块
数据库服务器
数据存贮设备
接口服务器
高阻接入
SE6000信令交换机
外部访问层
客户端
第三方系统
DCN
经过上述流程采集处理后的信令数据即变成一条完整的用户行为记录，包括用户行为发生开始时间、结束时间、用户手机号码、用户终端号码、地点、行为类型等大量信息。
?信令的提取
根据监测系统的需求，从原始数据记录中提取所需字段信息。对涉及运营商及最终用户的字段信息进行加密处理，比如运营商的基站编码、位置区编码以及用户的身份标示信息，都需要进行加密处理，对数据使用者，通过加密的信息仍是唯一的、可识别的。
?信令数据的ETL
以监测范围的移动通信网络基站为数据选择依据，对从移动运营商的信令接口中提取的信令记录进行筛选过滤，筛选出的信令进而进行清洗，剔除运动特征异常的信令样本等，对剩余信令记录进行降噪，从而选择出符合要求的记录并进行传输和装载。
?信令无线定位算法
为了提高定位精度，采用移动通信网络终端定位方法，包括如下步骤：
a.对移动通信网络覆盖的区域依照制定的大小划分栅格，并给每个栅格编号；
b.根据每一栅格的地理特征和无线传播特征建立该栅格的初始无线传播模型；
c.根据DT（路测）数据生成每一栅格的无线传播模型的特征数据；
d.从移动通讯网络采集信令数据，筛选出信令数据中的每一次通话，将通话中的测量报告（MR）提取出来，并对测量报告进行筛选；
e.逐条分析筛选后的测量报告与每一栅格的特征数据的匹配度，计算出概率值；
f.找到概率值最高的几个栅格的中心，即为该通话的移动通信网络终端的位置。
（3）手机数据筛选清洗模块
手机数据筛选和清洗系统以试点路段沿线移动通信网络基站为数据选择依据，对从移动运营商的手机数据接口中提取的原始手机数据进行筛选过滤，筛选出被监测公路上发生的手机数据，进而剔除未在道路车辆上的手机数据、驻留用户、清洗运动特征异常的手机数据样本等，对其进行降噪，从而选择出符合公路
网运行监测要求的手机数据以进行公路网运行状态分析。
与路网无关的手机数据其行为特征主要有：
——手机数据仅发生在相邻基站区域（属于驻留用户发生的手机数据）； ——前后手机数据不一致，例如前后手机数据显示穿越了道路或与实际道路偏差较大等（属于异常手机数据）；
——在高速公路网的进出匝道、服务区发生的手机数据也需要特殊处理，以避免这些手机数据对交通流参数估算的不良影响。
2、发布平台
（1）手机数据分析及运行状态评估模块
手机数据分析子模块经过分析处理手机数据中的事件信息，综合手机数据关联的用户的基站变化和时间变化，通过预先建立的数学模型，计算出用户的移动轨迹和在时间窗口内的平均速度。针对被监测的道路上的多个用户样本集，采用数学模型建模，经过前期筛选，将有效样本映射到相应道路，再进行统计，分析和计算，最后综合出被监测的道路上的平均速度。
手机数据分析计算模型的主要过程如下：
——根据元数据包含的事件信息（比如，用户标识，时间，基站LAC/CI 等），描绘单个用户的基站区域的移动轨迹；
——根据用户的基站区域的移动轨迹，映射用户产生事件的基站的地理位置； ——根据用户事件关联的地理位置，和相邻事件之间的时间差，计算当前统计窗口内的用户的每段轨迹的速度；
——计算出用户的每段轨迹的速度，公式为：速度=距离/时间差（
T L
V ??=
）；
——根据多个用户的轨迹和速度，按照设置的条件，经过筛选，将有效样本再进行统计，分析和计算，最后综合出被监测的道路上的平均速度。
通过监测的评价速度，实现基本交通流参数（车速、车流量）评估和异常事件的识别和报警。
（2）预测预警模块
根据当前路段基本信息（例如道路容量）、运行情况、交通事件（交通事故、维修）、交通影响因素（天气、节假日、时间等因素）和路段运行历史数据（包括车辆检测器数据、交通量调查数据、车辆的卫星定位位置数据、车辆用户的手
机数据等）预测上下行路段或通道运行情况。
系统主要功能模块包括异常事件识别、运行情况预测、预警信息验证、预警信息推送、预警参数设置、告警方式设置等。
1）异常事件识别
根据“两客一危”车辆的电话号码、对应的手机数据和运行GPS数据，识别出车辆的异常运行事件；将根据拨打高速公路救援电话（如12328）的手机数据，识别出车辆运行故障事件；将根据限速路段信息，进行车辆超速检测。
2）运行情况预测
根据历史数据为高速公路中的立交互通建立交通流参数（包括车流量、车速、占有率等）独立和联合模型预测交通状况，主要包括预测当前的交通流参数值，并且在预测值超过预先设定的阈值时触发报警；预测大流量、小流量和低流量下发生交通事件（指公路上偶发性事件如交通事故、货物散落等引起的交通堵塞现象）时的交通流参数值；建立受监控车辆（两客一危车辆）的运行模型（包括轨迹和手机数据），并根据这些车辆当前的运行状况（位置数据和手机数据），识别出这些车辆的异常运行事件（例如夜晚停运时段未停运休息等）。
运行情况预测模块主要功能是实现重要路段及重要通道运行情况的预测。
——重要路段运行情况预测：根据当前路段基本信息（例如道路容量）、运行情况、交通事件（交通事故、维修）、交通影响因素（天气、节假日、时间等因素）和路段运行历史数据（包括车辆检测器数据、车辆的卫星定位位置数据、车辆用户的手机数据等）预测上下行路段的路况；
——重要通道运行情况预测：根据当前通道基本信息（例如道路容量）、运行情况、交通事件（交通事故、维修）、交通影响因素（天气、节假日、时间等因素）和路段运行历史数据（包括车辆检测器数据、车辆的卫星定位位置数据、车辆用户的手机数据等）预测重点通道上下运行情况。
（3）辅助决策模块
1）运行监测统计报告
可以根据用户不同需求生成交通运行监测统计报告，其结果根据用户选择的监测范围、时间、指标不同而变化，报告生成方式也可以根据用户选择而生成不同的形式。具体可生成报告的指标维度如下：
——监测范围选择：设置需要分析的交通运行情况的范围，包括重要路段、
重要通道以及路网的基本信息。通过选择不同的监测范围，生成交通运行监测报告；
——时间范围选择：选择需要分析的交通运行情况的时间范围生成交通运行监测报告，如按天、周、月、年；
——监测指标选择：生成报告所分析的交通运行监测指标可进行设置，如断面交通量（密度）、平均时速等。
生成报告的方式支持表格、图标、文字，或通过历史数据动态回放的视频效果显示。
2）交通历史情况统计查询
根据用户的查询需求，对交通运行情况的历史数据进行统计，结果显示的方式也可以根据用户需求而形式不同。具体可统计的指标维度如下：——监测范围选择：根据需求选择交通运行监测情况历史数据的范围，如某重点路段、某重点通道、某区域路网等。
——监测时间选择：可按天、周、月、年等不同时期选择查询的时间范围；
——监测指标选择：可选择查询的检测指标，如断面交通量（密度）、平均时速。
支持表格、图标、文字，或通过历史数据动态回放的视频效果显示。
3）交通运行情况分析预测
根据当前路段基本信息（例如平均车道数、限速、地形等）、运行情况、交通事件（交通事故、维修）、交通影响因素（天气、节假日、时间等因素）和路段运行历史数据，预测未来路段、通道或路网整体运行情况，为交通路网规划提供数据支撑。具体可预测的指标选择如下：
——预测的路网范围选择：根据需求，选择交通运行监测情况历史数据的范围，如，某重点路段、某重点通道、某区域路网等。
——预测的时间选项：可按天、周、月、年，或春运期间、黄金周期间等不同时期选择查询的时间范围；
——预测的指标选择：可选择查询的检测指标，如断面交通量（密度）、平均时速等。
支持表格、图标、文字，或通过历史数据动态回放的视频效果显示。
1.2路网环境监测与预警管理
以公路、桥梁、隧道的能见度、路面状况（可区分干燥、潮湿、冰雪）及风速、风向、大气温度、相对湿度、降水量、路面温度为核心，同时共享接入省气象部门卫星云图、降水实况、中短期天气预报，暴雨、暴雪、雾霾、寒潮、大风、沙城暴、高温定气象信息，共享接入国土部门地质灾害范围、区域和时间，以及地质灾害类型（如泥石流、滑坡、塌方）等，主要用于及时发现关键路段（如气象条件恶劣路段、事故易发路段、交通流量大路段、自然灾害频发路段、特大桥和互通立交等）交通环境的变化情况和气象状况，并根据极端或恶劣运行环境发出预警信息，系统功能可分为三级，即省级（公路局、高管局、路政局）、市级（市公路处、高速公路管理分局、路政分局）、县（区）级（公路段、收费站所、养护道班、路政分局）。
根据《公路网运行监测与服务暂行技术要求》，本系统可将环境监测结果结合交通流监测与预警的监测结果，计算出《公路网运行监测与服务暂行技术要求》中重点关注的第4个单项指标——路段、通道或路网的环境指数R。
1、省级
（1）实时路网环境监测
实现对全省范围内公路环境监测信息的实时查询和浏览，包能见度、路面状况及风速、风向、大气温度、相对湿度、降水量、路面温度、省气象部门区域气象信息、国土部门地质灾害信息等，所有查询结果均可以通过列表和“一张图”的形式进行展示。
提供对全省所有路网环境监测信息的综合统计和对比分析，包括不同时间维度（年度、季度、月度、周、日、小时等）、空间维度（行政区划、公路等级）、其他维度（预警级别）路网环境监测信息的综合统计、对比分析。
实现对全省范围内公路路网环境预警信息的类别、预警等级、影响范围、影响持续时间等查询。系统可将环境监测结果结合交通流监测与预警系统的监测结果，计算出路段、通道或路网的环境指数R。
环境指数描述特定交通和气象条件下行车的适宜程度，包括路段环境指数和路网环境指数两个指标。
①路段环境指数
路段环境指数根据路段监测的气象环境指数（包括能见度、风力等级、道面干湿状况）和交通环境指数（大车比例20）进行综合分析和测算。
路段环境相关参数等级划分如下表所示：
根据上述各参数等级划分，不同参数不同等级的组合对应一定的路段环境指数，路段环境指数等级划分为好、中、差三个等级，建立相应的规则推理算法，即：
路段环境指数=f （大车比例等级，能见度等级，风力等级，道面状况等级）
路段环境指数等级的定性描述如下表所示： ② 路网环境指数
路网环境指数采用路网中路段环境指数等级为差的路段里程占路网总里程的百分比来表征。
R =∑r i
n i=1L
×100%
式中：R 为路网环境指数，L 为路网中路段的总里程，n 为环境指数为差的路段数量，r i 为环境指数为差的第i 个路段的里程。
路网环境指数等级划分标准如下表所示：
（2）路网环境预警识别
根据市县（区）级系统上报的预警信息，通过与预警分类标准进行比对，实现对预警事件的类别级别判断。
对路网环境指数可按照预先设定的指标阈值，自动对“中”和“差”等级的环境指数进行识别，并可采用声、光报警形式提醒监测人员进行人工筛查和确认。
（3）预警信息查询
实现对全省普通公路环境预警信息的类别、预警等级、影响范围、影响持续时间等预警信息的查询。
2、市级
（1）实时路网环境查询
功能与省级系统相同。
（2）路网环境预警
功能与省级系统相同。
3、县（区）级
充分利用公路上现有的气象检测设备获取公路环境监测数据；接入气象局、国土局等单位的气象环境监测、预警信息。
（1）路网环境实时监测
环境监测数据包括重要路段节点的断面气象数据，部分可通过在桥梁、隧道、气象条件恶劣路段安装的能见度检测仪、光强检测器、风力风向检测器、烟雾探测器、气象检测器等进行实时采集，另有大部分数据通过人工观测和气象、国土等部门共享的信息作为补充。
人工观测数据主要由公路养护道班的工作人员根据经验判断或通过简易设备（如风向标、风速杯、雨量器）人工获取，包括能见度、风力风向、降雨量等数据。与气象、国土等单位共享的环境信息主要包括：天气预报信息（如能见度、温度、湿度、结冰、降水、风速等）、公路气象预报预警信息、地质灾害预报预警信息等。系统可将上述环境监测结果结合交通流监测与预警的监测结果，计算出路段、通道或路网的环境指数。
（2）路网环境预警识别
建立适合全省的短时预警模型，以冰雪、暴雨、大雾、冰冻等气象灾害和滑坡等地质灾害为重点，结合沿线实况监测、气象局预报和国土部门提供的地质灾
害信息，对可能因气象环境变化而发生的交通突发事件进行提前预警，并对预警级别进行判断。
对于路网环境指数，可根据预设的阈值，对本区县范围内路网环境指数进行自动识别和分级预警。
（3）路网环境预警信息上报
将识别出的预警信息上报至省级系统，并可将信息输出到相关系统进行提示预警。
1.3基础设施健康状况监测与预警管理
基础设施健康状况监测与预警主要服务对象是各级公路管理部门的运行监测人员和养护、路政人员。
基础设施健康状况监测与预警主要实现对路网基础设施健康状况的实时跟踪监测，根据监测数据对路网基础设施的技术状况进行评估，并根据评估结果发出预警信息，系统功能可分为三级，即省级（公路局、高管局、路政局）、市级（市公路处、高速公路管理分局、路政分局）、县（区）级（公路段、收费站所、养护道班、路政分局）。
对于高速公路和普通干线公路基础设施，可利用养护管理系统和桥梁管理系统中的相关数据。根据《公路网运行监测与服务暂行技术要求》，本系统实现对全省范围内路网基础设施健康状况的查询和浏览，包括实时监测数据、历史监测数据、是否接近警戒值、综合评价结果等，可计算出路段、通道或路网的设施健康状况H。
1、省级
（1）基础设施健康状况监测
根据监测数据，以自动和人工判断相结合的方式，对基础设施的技术状况进行综合评价得到设施健康状况指标。其中，高速公路和普通公路路面、桥梁、隧道技术等级评价数据来自于同期实施的“公路养护管理系统”、“公路桥梁、隧道管理系统桥梁隧道管理系统”。根据《公路网运行监测与服务暂行技术要求》进行综合评价，评价结果自动上报市及省级系统，系统应可在“一张图”中以不同颜色显示不同等级技术状况的基础设施。
（2）基础设施健康状况查询