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高速公路可變情報板（CMS）的特性分析
【摘要】可變情報板在高速公路的信息發(fā)布、交通誘導等方面起著(zhù)非常重要的作用。文章在 簡(jiǎn)單介紹可變情報板（CMS）系統的基礎上，著(zhù)重顯示的信息角度分析了 CMS，進(jìn)1步了 解了 CMS 發(fā)布信息的類(lèi)型及其技術(shù)，并探討了 CMS 的安裝位置及設計方法，為可變情報 板的推廣提供有價(jià)值的建議。
關(guān)鍵詞：可變情報板（CMS）；信息發(fā)布；交通誘導；設計
0．引言
隨著(zhù)公路運輸的發(fā)展，高速公路車(chē)流量越來(lái)越大，交通擁擠和交通事故頻繁發(fā)生，重特大 惡性事故比例較大，而且事故處理難度大，這給高速公路管理者帶來(lái)了諸多困擾，而且給國家和社會(huì )也帶來(lái)了不必要的損失。這些事件的發(fā)生有許多是由于管理手段不夠完善，交通信 息發(fā)布不夠及時(shí)準確造成的。為了降低高速公路交通擁擠和交通事故發(fā)生的頻率，改善高速 公路運行條件和現有的安全保障體系,減少交通事故、交通擁擠及2次事故、擁擠所帶來(lái)的 延誤和損失，應充分發(fā)揮高速公路信息發(fā)布系統的作用，為高速公路安全、高速和暢通的運行保駕護航。 [1,2] 交通信息發(fā)布系統亦稱(chēng)之為誘導信息系統，是高速公路監控系統的重要組成部分。信息發(fā)布的目的是為道路使用者提供指導其正確駕駛或更改行車(chē)路線(xiàn)的有效的交通信息，并且為道路管理者提供發(fā)布交通信息的平臺。
1．CMS 的簡(jiǎn)介
可變情報板（CMS）又稱(chēng)為 DMS 或 VMS，是發(fā)布信息的最重要基礎設施。CMS 是可編 程的交通控制設施，通過(guò)顯示組合字符向駕駛員提供信息，分固定式與移動(dòng)式兩種類(lèi)型。這 種情報板可以固定放置在路上方或者路邊。移動(dòng)式 CMS 通常比固定式 CMS 大得多，通過(guò) 固定在卡車(chē)或托車(chē)上以應對突發(fā)事件，如發(fā)生大事故或自然災害、特殊事件（如運動(dòng)會(huì )）及 其他應急狀態(tài)。本文把 CMS 分為兩類(lèi)：顯示固定信息數量的可變情報板及本質(zhì)上無(wú)顯示信息容量限制的可變情報板 [3] 。
1.1 顯示固定數量信息的 CMS
顯示固定數量信息的情報板，包括以下內容：
¾ 翻轉式可變信號標志 翻轉式標志是高速公路上使用的1種傳統型的標志，其標志板面為折疊式。這種標志可以 顯示兩種信息（當板面折疊時(shí)顯示1種信息，當板面打開(kāi)時(shí)顯示另1種信息），也可以只在 板面打開(kāi)時(shí)顯示1種信息（板面折疊時(shí)不顯示信息）。在高速公路應用中，翻轉式情報板通 常被用作預告危險路況或稱(chēng)重站是否關(guān)閉等。
¾ 旋轉鼓型標志 旋轉鼓型標志由4面旋轉鼓面組成，每個(gè)旋轉鼓面包括2到6個(gè)信息單元。也會(huì )用到3面
顯示鼓，這種3面顯示鼓又稱(chēng)為菱型標志。每1面顯示鼓都有1列固定信息，并通過(guò)旋轉以
獲得顯示信息的最佳角度�，F在運用新技術(shù)以增加每1列的顯示信息。
¾ 氖式標志 氖式標志用氖管顯示信息。它有兩重基本設計：分離信號表面的每個(gè)信息；堆疊氖燈以表 示信息。堆疊式設計有顯示缺陷，因為當發(fā)射的光線(xiàn)穿過(guò)重疊氖管時(shí)，其光線(xiàn)會(huì )擴散，而降低了它的易讀性。相反地，分離式設計即使只是顯示中等數量的信息也需要相當大地信息表 面。
顯示鼓，這種3面顯示鼓又稱(chēng)為菱型標志。每1面顯示鼓都有1列固定信息，并通過(guò)旋轉以
獲得顯示信息的最佳角度�，F在運用新技術(shù)以增加每1列的顯示信息。
¾ 氖式標志 氖式標志用氖管顯示信息。它有兩重基本設計：分離信號表面的每個(gè)信息；堆疊氖燈以表 示信息。堆疊式設計有顯示缺陷，因為當發(fā)射的光線(xiàn)穿過(guò)重疊氖管時(shí)，其光線(xiàn)會(huì )擴散，而降低了它的易讀性。相反地，分離式設計即使只是顯示中等數量的信息也需要相當大地信息表 面。
1.2 無(wú)信息數量限制的 CMS
該類(lèi) CMS 通過(guò)矩陣格式顯示信息，通常有以下3種設計形式：
¾ 特征矩陣
該格式下，每個(gè)信息字符都由 5×7 個(gè)象素矩陣組成，雖然大多的交通部門(mén)配置 3 行 18 個(gè) 字符的 CMS，但是每1行的字符數可以依據制造商及需求而不盡相同，如下圖 1。
圖 1 特征矩陣
¾ 行矩陣
該格式下，每1顯示行都由連續的象素矩陣構成，并與其他行分離，如下圖 2：
¾ 全矩陣
該格式下，整個(gè)顯示面都由連續的矩陣象素組成，如下圖 3。應當指出，盡管行矩陣與全 矩陣 CMS 在顯示不同字符和符號時(shí)在尺寸方面有提供彈性，許多案例指出由于需要合適的 比例字符寬度，由連續矩陣的1行或全矩陣上顯示的字符數比特征矩陣1行顯示的字符數少。
2．CMS 發(fā)布的信息類(lèi)型
1旦安裝，CMS 即成為信息發(fā)布系統的1部分，顯示的信息及其放置地點(diǎn)必須與高速公 路靜態(tài)標志協(xié)調。從而使駕駛員做出1系列動(dòng)作：察覺(jué)情報板、看到并理解情報板上信息、 基于信號板上信息做出適當的判斷并根據實(shí)際情況做出反應。
在高速公路中，CMS 扮演重要角色，通過(guò)提供實(shí)時(shí)信息，引導駕駛員駕駛并提高安全性，
從而減少交通阻塞與延遲。CMS 通過(guò)發(fā)布以下幾種信息以管理交通：
¾ 預警信息 預警信息預先通告駕駛員前方擁擠及排隊狀況并有效降低2次事故的發(fā)生。當在高速公路 上應用時(shí)，預警信息可提供關(guān)于新建道路、變道路段、通道模式變化、限速方法等方面的信息。
¾ 引導信息 引導信息為駕駛員提供有關(guān)其沿線(xiàn)信息，此信息使駕駛員在到達問(wèn)題區域之前改變他們的 行駛速度或路線(xiàn)、鼓勵他們采用其他道路到達目的地。
¾ 可供選擇路線(xiàn)的信息 可供選擇的路線(xiàn)信息油交通部門(mén)指定，影響駕駛員選擇與初衷不同行車(chē)路線(xiàn)到達目的地。 當高速公路由于施工、事故或者自然災害關(guān)閉時(shí)，提示駕駛員選擇其他道路行駛。表 1 列出 CMS 的應用狀況。
表 1 CMS 的應用
3．CMS 技術(shù)
CMS 技術(shù)主要包括以下方面 [4] ：
¾ 反光磁盤(pán)矩陣標志
210世紀910年代，這類(lèi) CMS 在高速公路管理中非常普及，因為其發(fā)光的 CMS 技術(shù)需 要較低的能量。反射盤(pán)矩陣式的 CMS 觀(guān)察面由1組永久磁性旋轉指示器組成。該指示器1面是黑色的粗糙面，另1面是黃色或者其他相近顏色反射面。顯示器可以是方形、3角形或 圓形。當特定象素轉向顯示器時(shí)，1股電流從黑色粗糙面轉向反射面。 反射磁盤(pán)的主要缺點(diǎn)是需要在夜晚照明情報板，這帶來(lái)了眩光或圖像模糊等問(wèn)題。另1個(gè) 潛在問(wèn)題是，隨時(shí)間推移，1些磁盤(pán)由于塵土及濕氣可能粘在1起。如今除了用到發(fā)光裝置
（也就是下面要介紹的混合型信號）或小型專(zhuān)業(yè)信號（例如，收費停車(chē)場(chǎng)處的收費標志）外， 只有少量 CMS 運用這種技術(shù)，。
¾ 光纖標志 光源發(fā)出的光線(xiàn)經(jīng)光纖維束引導到達標志板面上。標志面上的光纖端頭的矩陣結構與其他 矩陣型標志類(lèi)似。每1幅信息需要1個(gè)獨立的光源和光纖束，所有預置信息都要預先布置好 光纖，排好圖形。這類(lèi)標志的失誤率較低，但其有1潛在問(wèn)題，即狹窄的視覺(jué)空間，使得如何布置這種標志成為重要考慮因素。
¾ 發(fā)光2極管（LED）標志
發(fā)光2極管是半導體，當加上電壓時(shí) LED 可以發(fā)光，如圖 5。為獲得每1個(gè)象素，1些
單個(gè) LED 被困綁在1起。LED 標志有1額外好處，可以顯示彩色信息。LED 燈的可靠度很
高。它與光纖標志相似，視野比較狹窄。
¾ 混合型標志
混合型 CMS 結合了反射磁盤(pán)與光發(fā)射技術(shù)（即光學(xué)光纖，LED）�；旌闲蜆酥居�1些顯著(zhù) 優(yōu)點(diǎn)——陽(yáng)光直接照射時(shí)可見(jiàn)度很高，夜晚不再需要光源照射標志，但同時(shí)混合型標志也有 兩種技術(shù)的缺點(diǎn)。
4．CMS 的安裝位置
安置固定式 CMS 考慮的關(guān)鍵因素是駕駛員可以讀取 CMS 上信息并及時(shí)采取有效措施。 CMS 不應與高速公路上現有的標志競爭，而是與其配合。有時(shí)需要重新調整 CMS 的安裝位 置。1般情況下，CMS 會(huì )安置在以下位置：位于主要決策地點(diǎn)的上游（例如，出口匝道、高速公路之間的轉換處或允許駕駛員選擇其他線(xiàn)路與主路線(xiàn)交叉點(diǎn)）；位于交通瓶頸、事故 多發(fā)地點(diǎn)或者特殊事件設施上游（如，大型運動(dòng)場(chǎng)、會(huì )議中心）；需要獲取關(guān)于天氣狀況如 冰雪、霧、風(fēng)或灰塵等基本的信息的區域。
加強駕駛員的可見(jiàn)度，標志可被察覺(jué)(顯著(zhù)性)；增強信息的作用，標志可被理解(易讀性)。 另外,必須考慮信息的顯示方式(例如,假如信息很明亮,它顯著(zhù)性高,而易讀性低。)。影響發(fā)光
CMS 易讀性因素有以下幾種：字符大小、標記寬度尺寸及對比比例。
5．CMS 的設計
由于區域特征影響可顯示的信息特性，所以為最大限度的發(fā)揮 CMS 作用，需要在了解 CMS 附近區域特征的基礎上設計及運行 CMS。影響信息的區域特征包括，高速公路上交通流速 度；影響標志距離的任意豎直曲線(xiàn)特征；影響 CMS 能見(jiàn)度的障礙物現狀，如樹(shù)木、橋墩或 施工車(chē)輛；與光線(xiàn)相關(guān)的 CMS 位置（白天條件下）；臨近區域的靜態(tài)導向標志的數量及信
息；雨霧天氣是否降低標志能見(jiàn)度 [5] 。 設計時(shí)，需要考慮1些其他設計因素，包括：標志尺寸（影響信息長(cháng)度及支持結構）、養 護方法、技術(shù)、視角及距離、字符尺寸、1天內不同時(shí)刻或不同日期的與太陽(yáng)相關(guān)的標志位 置。
信息的最大長(cháng)度，主要取決于駕駛員在達到 CMS 可視距離內可認讀的信息長(cháng)度，同時(shí)， 又受到標志特征影響，包括標志種類(lèi)（LED 式、光纖式等）、可利用的信息數量及每1信息 行上的字符數。每1種標志特征都影響 CMS 的可視距離從而影響顯示信息數量。
CMS 的設計非常重要。若在明確標志目標及信息之前，相關(guān)部門(mén)就購買(mǎi) CMS 容易導致當 所需要的信息不能顯示、標志所帶來(lái)價(jià)值低于期望值或所在地點(diǎn)的環(huán)境因素導致標志易讀性低時(shí)，造成相關(guān)部門(mén)不愿再購買(mǎi)可以滿(mǎn)足其需求的更昂貴的 CMS，從而形成惡性循環(huán)。
6．結語(yǔ)
高速公路 CMS 是高速公路信息發(fā)布系統研究的1個(gè)重要方面,CMS 發(fā)揮越來(lái)越大的作用, 越來(lái)越受到人們的重視。它是以電子、通信、計算機、網(wǎng)絡(luò )等現代技術(shù)為基礎，以提高高速 公路的運輸效益、降低高速公路事故為目的。本文比較全面的介紹了 CMS 的特性及應用， 以期為相關(guān)部門(mén)提供參考。
參考文獻
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（2） 靳引利,朱春平．高速公路信息發(fā)布設施的特性分析[J]．中國水運，2007（10）：65-67．
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（6） Federal Highway Administration. FREEWAY MANAGEMENT AND OPERATIONS
HANDBOOK[M].September,2003．364-207．
ANALYSIS on THE CHARACTARISTIC of FREEWAY
CHANGEABLE MESSAGE SIGNS
Zhang Di, He Jie
Transportation College, Southeast University, Nanjing, Jiangsu, China (210096)
Abstract
Changeable Message Signs (CMS) have an important effect in information dissemination and transport
inducing on freeway. Based on introducing CMS system, this paper focused on analyzing CMS from the point of information. By discussing the installation position and design way, valuable advice has been presented to generalizing CMS using.
Keywords: Changeable Message Signs (CMS), information dissemination，transport inducing，design
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