李 敏，黃 敏，鈕中銘，李爾達

(中山大學 工學院 廣東省智能交通系統(tǒng)重點實驗室,廣州 510006)

考慮連接性標識的指引信息可達性分析及評價

李 敏，黃 敏＊，鈕中銘，李爾達

(中山大學 工學院 廣東省智能交通系統(tǒng)重點實驗室,廣州 510006)

為了更好地實現(xiàn)對指路標志指引信息可達性的分析及評價，同時為后續(xù)指路標志的優(yōu)化布設做好基礎，本文首先回顧了路網(wǎng)拓撲結構下的指路標志指引信息的表述模型.接著應用先前的研究，對指路標志指引可達性進行分析，并根據(jù)現(xiàn)實情況與管理者的角度提出相關改進措施，在搜索路徑中考慮是否存在連接性標識的情況下，構建了用于搜尋指路標志指引路徑的可達性算法模型.最后以廣州大學城路網(wǎng)為例，將上述模型應用于該路網(wǎng)中，對指路標志指引可達性進行分析評價.實例表明，本算法模型提高了評價結果與現(xiàn)狀的契合度，該算法有效、可行.

智能交通；指引可達性分析；路徑搜索算法；指路標志；連接性標識

本文旨在對城市道路指路標志指引信息的可達性分析進行研究，為后續(xù)指路標志的優(yōu)化布設做好基礎準備.結合前人的研究，首先闡述了路網(wǎng)拓撲結構下的指路標志指引信息的表述模型，此模型是指路標志布設現(xiàn)狀的分析與評價的基礎.接著對先前的指路標志指引可達性分析模型進行應用分析，并基于現(xiàn)實情況完善了路徑搜索規(guī)則.根據(jù)上述理論，在搜索路徑中考慮連接性標識存在與否的條件下，構建了用于搜尋指引路徑的指引信息可達性分析的算法模型.最后以廣州大學城作為實驗區(qū)域，對上述指路標志指引可達性進行分析評價，驗證了算法的實用性及有效性.

2 指路標志指引信息表述模型

根據(jù)前人的研究，本節(jié)對指路標志指引信息的表述是在拓撲路網(wǎng)下進行的，用結點-弧段模型來描述路網(wǎng)，以指路標志項為指引信息的基礎描述單位[5-7].指路標志項指每個被標識對象及其附帶信息（方向、距離等），它是指引信息的基本組成單元[4].以rs表示指路標志項，其主要的表述信息包括：

rs.larc——指路標志項所處弧段；

rs.node——指路標志項指示的交叉口；

rs.narc——通過指示交叉口第一個到達的弧段；

rs.dir——rs.narc相對于rs.larc的轉向；

rs.inf——指路標志項指示的信息名稱.

以圖1為例，圖中指路標志牌共有6個指路標志項，以右轉方向的指路標志項“解放路”為例，其對應的主要表述信息為：rs.larc=BO;rs.node=O; rs.narc=OA；rs.dir=7（右轉）；rs.inf=解放路.

圖1 指路標志項示意圖Fig.1 Schematic diagram of guide sign item

3 指引信息可達性分析算法模型

本節(jié)首先概述了指引可達性的含義，接著對先前的指路標志指引可達性分析模型進行應用分析，根據(jù)現(xiàn)實情況對駕駛員的默認尋路規(guī)則加以改善，為后續(xù)指路標志可達性優(yōu)化做好基礎.根據(jù)上述分析，在搜索路徑中連接性標識存在與否的情況下，建立搜尋指路標志指引路徑的指引可達性分析算法模型，同時定義其評價指標.

3.1 指引信息可達性分析

一般情況下出行者在出發(fā)前都會上網(wǎng)查找目的地信息，了解目的地的方向、目的地所在的區(qū)域等信息，從而對整個行程有個大致的了解，再結合誘導系統(tǒng)提供的指引信息尋路到達目的地.當出行者來到交叉口時，尋找目的地的指引信息，若有則按照指示前進，若無則根據(jù)自己的經(jīng)驗知識來選擇路徑.稱在缺乏指引信息下道路使用者結合經(jīng)驗知識來確定路徑的規(guī)則為默認規(guī)則[8-11].若出行者通過指路標志的指引及其默認規(guī)則能夠到達目的地，則稱為指引可達.有學者基于上述理論，構建了指路標志指引可達性的分析評價模型[4].模型中采用直行或保持在同等級道路上行駛作為尋路的默認規(guī)則.然而，該模型僅從出行者尋路的角度考慮，若直接應用于評價分析則具有其局限性.

將上述模型應用于廣州大學城中，對中環(huán)東路的指引可達性進行分析，如圖2所示.圖中的線表示連續(xù)指引路徑，即通過指引信息及默認規(guī)則能夠到其目的地.前人的研究對于默認規(guī)則只考慮直行、道路等級等條件，并沒有考慮連接性標識的缺失情況.由于缺少連接性指引信息駕駛員有可能兜了個圈仍可到達目的地或者不可達，這樣本可以轉個彎就能到其目的地，現(xiàn)卻需要按照默認規(guī)則行駛很遠，這樣很明顯不符合現(xiàn)實情況及交通管理的要求.如圖2中所示，假設出行者從S處出發(fā)，根據(jù)指引信息行駛到A處，由于A處缺少對中環(huán)東路的直接指引（根據(jù)前人的研究將A處所缺的直接指引稱為連接性標識[5]），因此根據(jù)先前的研究，則繼續(xù)向前搜尋，背離目的地，繞行一段距離后仍能到達目的地，其行駛路線為S-O-A-B-C-D-E-F-G-H；雖然駕駛員能到達目的地，但此條行駛路線是不合理的.為此本文對前人的可達性分析模型[4]進行改進，使得指路標志可達性分析結果更加與現(xiàn)狀相吻合.

圖2 中環(huán)東路指引可達性部分示意圖Fig.2 The partial guiding accessibility diagram of Zhonghuandong road

3.2 連接性標識

根據(jù)指引信息與拓撲路網(wǎng)的關系可以將指路標志項分成連接性標識、方向性標識、狀態(tài)性標識3種[5].其中連接性標識的定義為：在道路網(wǎng)絡中，指路標志項所指示的路段與其所在的路段是直接相連，且相交于同一交叉口則稱該指路標志項為連接性標識.其數(shù)學表達式如下：若rs.larc≠rs.narc，但 rs.larc?rs.narc=rs.node，稱rs為連接性標識.以圖1為例，在圖中北京路（東）、北京路（西）、中山一路均為連接性標識.

3.3 默認搜索規(guī)則介紹

當?shù)缆烦鲂姓咝旭傇谀骋唤徊婵跁r，此交叉口由于缺少對目的地指引信息，從而按照道路使用者的默認規(guī)則來選擇道路.其中搜索規(guī)則主要考慮以下幾方面的限制因素：

（1）搜索的弧段必須為相鄰且連通的弧段；

（2）特殊區(qū)域內(nèi)部的道路不在其搜索范圍中（如景區(qū)內(nèi)部道路、村落道路等）；

（3）在默認尋路中，假設相鄰弧段均連通，轉向優(yōu)先性為：直行>右轉>左轉>掉頭；

（4）考慮連接性標識存在與否，防止已到目的地但由于缺少連接性標識而錯誤地繼續(xù)搜索.

（5）考慮搜索距離的限制.

圖3 默認搜索規(guī)則算法流程圖Fig.3 The default search rules algorithm

判斷是否需要繼續(xù)搜索路徑的思路為:

首先在當前所有的連通弧段中，按照轉向優(yōu)先性選出一條轉向優(yōu)先級最高的非限制弧段（非限制弧段指不屬于特殊區(qū)域內(nèi)部的道路），判斷從指路標志指引信息缺失處到該弧段處的距離，若大于距離D則停止搜索，否則判斷該弧段是否屬于連接性標識所指示的弧段，若是則說明已經(jīng)到達目的地，否則判斷其余連通且非限制弧段是否有連接性標識所指示的弧段，若有則停止搜索（說明此處是由于缺少連接性標識使得駕駛員不能夠到達目的地，防止駕駛員錯誤地繼續(xù)背離目的地搜索路徑），若無則以先前轉向等級最高的道路繼續(xù)前進行駛.其中默認搜索規(guī)則主要算法流程圖如圖3所示.

3.4 指引可達性分析算法模型

基于上述理論方法，提出了指引信息可達性分析算法模型，其算法的基本思想：

獲取當前路網(wǎng)中所有指示目的地的指路標志項，按照標志項的指引搜索路徑，若到達某一交叉口時沒有相關指引信息，則按照上節(jié)中的默認搜索規(guī)則繼續(xù)尋路直至到達目的地或目的地的入口路段；當默認搜索的距離大于給定的閾值或由于連接性標識的缺失而不能使得駕駛員到達目的時，則停止搜索，認為沒有連續(xù)的指引路徑即指引信息不可達.算法流程如圖4所示.其中：

O——被標識對象；

Oetn——為O在路網(wǎng)上的入口路段集，指引到達Oetn為完成；

rs，tmprs——指路標志項，相關屬性如第1節(jié)所列；

rs.flag——用于標示指路標志項rs是否已找到有效指引路徑；

RSO——指示O的指路標志項集合，RSO={rs |rs.inf=O}；

cuar——當前正在搜索的弧段；cuar.len——弧段cuar的長度；W——指引路徑標記，W＝1有連續(xù)路徑，W＝0沒有連續(xù)路徑；

dist——在搜索過程中，已經(jīng)過路段的長度之和；

D——搜索距離閾值D，從開始搜索的第一個標志項起到當前搜索弧段的距離，搜索距離大于D則認為找不到連續(xù)路徑，認為指引不可達.

定義被標識對象O的可達性指引率Pa(O)，可達性指引率為在所有指示O的指路標志項中，能夠連續(xù)指引路徑的指路標志項的比重[12].其計算公式為

Pa(O)=(S1(O)/S(O))×100%

式中 S1(O)=#{rs|rs.flag=1,rs∈RSO}，S(O)= #{rs|rs∈RSO}符號#表示集合元素的個數(shù).

圖4 指引可達性分析算法流程Fig.4 Algorithm model for accessibility analysis of guiding information

4 實例應用

在拓撲路網(wǎng)結構下，以廣州大學城為應用示范區(qū)域，并構建其指路標志誘導系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，利用Visual Basic語言以及ArcGIS二次開發(fā)組件建立了指路標志評價分析模塊.

選取廣州大學城主要道路：西五路、中環(huán)東路、中環(huán)西路、外環(huán)西路、北一路等主要道路作為被標識對象，運用上述算法對指路標志指引可達性進行分析，計算各對象的可達性指引率，其中得到評價結果如表1所示.從表中可以看出，廣州大學城指路標志系統(tǒng)對各主干道的指引較多而且可達性也較好，對次干道的指引較少.其中，西五路與北三路的指引可達性最高，已經(jīng)達到100%，而北一路由于是次干道對其指引較少，且可達性也比較低.以中環(huán)東路為例，應用前人提出的算法模型[4]得到的指引路徑搜尋結果已如圖2所示，而應用本文提出的算法模型，得到指引路徑搜尋結果如圖5、圖6所示，其中兩個算法所得到的可達性指引率如表2所示.由于本文根據(jù)現(xiàn)狀及交通管理者后續(xù)優(yōu)化的角度，排除了因缺少連接性標識而背離目的地搜索，例如兜了個圈后又回到目的地的情況，而是認為在缺少連接性標識下，背離目的地繼續(xù)行駛是一種指引不可達的情況，故指引可達性要稍低于先前的算法模型.圖5、圖6中形式的點為對“中環(huán)東路”進行指引的指路標志點，為不連續(xù)指引路徑，弧段為連續(xù)指引路徑.圖5是在默認搜索路徑中考慮了連接性標識缺失的情況，由于A處缺失連接性標識，則認為指引不可達，無需繼續(xù)進行路徑搜索即S-O-A段是不連續(xù)指引.從圖6中可以看出，在不連續(xù)路徑上，由于部分交叉口缺少對被標識對象的指引信息，道路使用者不能順利到達目的地，圖6中有5處地方不連續(xù)都是由于缺乏連接性標識所導致的（圖中大圓圈表示缺乏連接性標識處）.在連續(xù)指引路徑上，道路使用者可以通過指路標志的指引信息并結合默認尋路規(guī)則到達目的地.

表1 廣州大學城指引信息可達性評價結果Table 1 The guiding accessibility evaluation results in Guangzhou Higher Education Mega Center

表2 算法模型應用結果比較Table 2 Comparison of model application

圖5 中環(huán)東路指引可達性部分示意圖Fig.5 The partial guiding accessibility diagram of Zhonghuandong road

圖6 考慮連接性標識的指路標志指引路徑搜尋結果示意圖Fig.6 The guiding accessibility diagram considering connection Signs

5 研究結論

指路標志作為靜態(tài)誘導系統(tǒng)的重要組成部分已經(jīng)受到交通研究機構與管理部門的重視，對指路標志誘導系統(tǒng)可達性分析研究是后續(xù)優(yōu)化指路標志誘導功能的基礎，連續(xù)的指引信息是保障道路出行者到達目的地的前提.本文結合前人的相關工作，在搜索路徑中，考慮連接性標識的存在與否對駕駛員的尋路規(guī)則進行完善，建立了用于搜尋指引路徑的指引信息可達性分析算法，并將模型應用于廣州大學城.結果表明，本算法模型提高了評價結果與現(xiàn)狀的契合度.因此道路管理者可以根據(jù)該算法模型得到的路徑搜索結果去完善指路標志的布設，并對不同被標識對象的指引路徑進行優(yōu)化，從而滿足不同的交通需求，進而充分發(fā)揮指路標志的誘導指引功能.

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Analysis and Evaluation for Guiding Accessibility Considering Connection Signs

LI Min,HUANG Min,NIU Zhong-ming,LI Er-da
(Guangdong Provincial Key Laboratory of Intelligent Transportation System,School of Engineering, Sun Yat-sen University,Guangzhou 510006,China)

In order to better analyze and evaluate the guiding accessibility of guide sign system,and lay a foundation of deploying and optimizing guide signs.Firstly,the representation model for guiding information is discussed based on the road network topology.And the previous study on analysis and evaluation for guiding accessibility is applied to a certain area,and some improved methods are proposed from the current situation and management.Then,the analysis algorithm model for path-finding and guiding accessibility is constructed taking connection signs into consideration according to above-mentioned improved methods.At last, a case study is conducted:the analysis algorithm model is tested in Guangzhou Higher Education Mega Center,and evaluated the guiding accessibility of guide sign system.Application revealed that this analysis algorithm model fits better with the present status,and the algorithm model is feasible and effective.

intelligent transportation;guiding accessibility analysis;path searching algorithm;guide sign; connection signs

1 引 言

2013-07-24

2013-09-25錄用日期：2013-11-29

廣東省科技計劃項目（2012B010100023）；國家自然科學基金項目（51178475）.

李敏(1988-),男,湖南常德人,碩士生.*通訊作者：huangm7@mail.sysu.edu.cn優(yōu)化指路標志的布設，以及更好地提高指路標志的誘導功能打下良好的基礎[2].目前許多學者對指路標志分析評價進行了研究，并提出了相關評價指標，如：連接性標識率、實地信息指引率、路徑復雜度等[3，4].

隨著我國社會、經(jīng)濟建設的快速發(fā)展，城市現(xiàn)代化建設不斷深入，城市快速道路、環(huán)路、立交橋等隨之融入城市路網(wǎng)之中，道路路網(wǎng)結構日趨復雜，道路使用者的路徑選擇更趨于多樣化，從而使得道路使用者對指路標志誘導系統(tǒng)的依賴越來越強烈.指路標志是道路交通的語言，為交通參與者傳遞道路方向、地點、距離等信息[1].科學合理地設置指路標志不僅能為道路使用者提供有效的指引信息，而且能提高整個路網(wǎng)的運行效率.對現(xiàn)有的指路標志誘導系統(tǒng)進行分析與評價能夠較為詳細地了解當前指路標志系統(tǒng)所存在的問題，進而為