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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(dǎo)等方面起著非常重要的作用。文章在 簡單介紹可變情報板（CMS）系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，著重顯示的信息角度分析了 CMS，進1步了 解了 CMS 發(fā)布信息的類型及其技術(shù)，并探討了 CMS 的安裝位置及設(shè)計方法，為可變情報 板的推廣提供有價值的建議。
關(guān)鍵詞：可變情報板（CMS）；信息發(fā)布；交通誘導(dǎo)；設(shè)計
0．引言
隨著公路運輸?shù)陌l(fā)展，高速公路車流量越來越大，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了諸多困擾，而且給國家和社會也帶來了不必要的損失。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)布不夠及時準(zhǔn)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(xiàn)有的安全保障體系,減少交通事故、交通擁擠及2次事故、擁擠所帶來的 延誤和損失，應(yīng)充分發(fā)揮高速公路信息發(fā)布系統(tǒng)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(tǒng)亦稱之為誘導(dǎo)信息系統(tǒng)，是高速公路監(jiān)控系統(tǒng)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(dǎo)其正確駕駛或更改行車路線的有效的交通信息，并且為道路管理者提供發(fā)布交通信息的平臺。
1．CMS 的簡介
可變情報板（CMS）又稱為 DMS 或 VMS，是發(fā)布信息的最重要基礎(chǔ)設(shè)施。CMS 是可編 程的交通控制設(shè)施，通過顯示組合字符向駕駛員提供信息，分固定式與移動式兩種類型。這 種情報板可以固定放置在路上方或者路邊。移動式 CMS 通常比固定式 CMS 大得多，通過 固定在卡車或托車上以應(yīng)對突發(fā)事件，如發(fā)生大事故或自然災(zāi)害、特殊事件（如運動會）及 其他應(yīng)急狀態(tài)。本文把 CMS 分為兩類：顯示固定信息數(shù)量的可變情報板及本質(zhì)上無顯示信息容量限制的可變情報板 [3] 。
1.1 顯示固定數(shù)量信息的 CMS
顯示固定數(shù)量信息的情報板，包括以下內(nèi)容：
¾ 翻轉(zhuǎn)式可變信號標(biāo)志 翻轉(zhuǎn)式標(biāo)志是高速公路上使用的1種傳統(tǒng)型的標(biāo)志，其標(biāo)志板面為折疊式。這種標(biāo)志可以 顯示兩種信息（當(dāng)板面折疊時顯示1種信息，當(dāng)板面打開時顯示另1種信息），也可以只在 板面打開時顯示1種信息（板面折疊時不顯示信息）。在高速公路應(yīng)用中，翻轉(zhuǎn)式情報板通 常被用作預(yù)告危險路況或稱重站是否關(guān)閉等。
¾ 旋轉(zhuǎn)鼓型標(biāo)志 旋轉(zhuǎn)鼓型標(biāo)志由4面旋轉(zhuǎn)鼓面組成，每個旋轉(zhuǎn)鼓面包括2到6個信息單元。也會用到3面
顯示鼓，這種3面顯示鼓又稱為菱型標(biāo)志。每1面顯示鼓都有1列固定信息，并通過旋轉(zhuǎn)以
獲得顯示信息的最佳角度。現(xiàn)在運用新技術(shù)以增加每1列的顯示信息。
¾ 氖式標(biāo)志 氖式標(biāo)志用氖管顯示信息。它有兩重基本設(shè)計：分離信號表面的每個信息；堆疊氖燈以表 示信息。堆疊式設(shè)計有顯示缺陷，因為當(dāng)發(fā)射的光線穿過重疊氖管時，其光線會擴散，而降低了它的易讀性。相反地，分離式設(shè)計即使只是顯示中等數(shù)量的信息也需要相當(dāng)大地信息表 面。
顯示鼓，這種3面顯示鼓又稱為菱型標(biāo)志。每1面顯示鼓都有1列固定信息，并通過旋轉(zhuǎn)以
獲得顯示信息的最佳角度。現(xiàn)在運用新技術(shù)以增加每1列的顯示信息。
¾ 氖式標(biāo)志 氖式標(biāo)志用氖管顯示信息。它有兩重基本設(shè)計：分離信號表面的每個信息；堆疊氖燈以表 示信息。堆疊式設(shè)計有顯示缺陷，因為當(dāng)發(fā)射的光線穿過重疊氖管時，其光線會擴散，而降低了它的易讀性。相反地，分離式設(shè)計即使只是顯示中等數(shù)量的信息也需要相當(dāng)大地信息表 面。
1.2 無信息數(shù)量限制的 CMS
該類 CMS 通過矩陣格式顯示信息，通常有以下3種設(shè)計形式：
¾ 特征矩陣
該格式下，每個信息字符都由 5×7 個象素矩陣組成，雖然大多的交通部門配置 3 行 18 個 字符的 CMS，但是每1行的字符數(shù)可以依據(jù)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(xù)的象素矩陣構(gòu)成，并與其他行分離，如下圖 2：
¾ 全矩陣
該格式下，整個顯示面都由連續(xù)的矩陣象素組成，如下圖 3。應(yīng)當(dāng)指出，盡管行矩陣與全 矩陣 CMS 在顯示不同字符和符號時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(xù)矩陣的1行或全矩陣上顯示的字符數(shù)比特征矩陣1行顯示的字符數(shù)少。
2．CMS 發(fā)布的信息類型
1旦安裝，CMS 即成為信息發(fā)布系統(tǒng)的1部分，顯示的信息及其放置地點必須與高速公 路靜態(tài)標(biāo)志協(xié)調(diào)。從而使駕駛員做出1系列動作：察覺情報板、看到并理解情報板上信息、 基于信號板上信息做出適當(dāng)?shù)呐袛嗖⒏鶕?jù)實際情況做出反應(yīng)。
在高速公路中，CMS 扮演重要角色，通過提供實時信息，引導(dǎo)駕駛員駕駛并提高安全性，
從而減少交通阻塞與延遲。CMS 通過發(fā)布以下幾種信息以管理交通：
¾ 預(yù)警信息 預(yù)警信息預(yù)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(dāng)在高速公路 上應(yīng)用時，預(yù)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(dǎo)信息 引導(dǎo)信息為駕駛員提供有關(guān)其沿線信息，此信息使駕駛員在到達問題區(qū)域之前改變他們的 行駛速度或路線、鼓勵他們采用其他道路到達目的地。
¾ 可供選擇路線的信息 可供選擇的路線信息油交通部門指定，影響駕駛員選擇與初衷不同行車路線到達目的地。 當(dāng)高速公路由于施工、事故或者自然災(zāi)害關(guān)閉時，提示駕駛員選擇其他道路行駛。表 1 列出 CMS 的應(yīng)用狀況。
表 1 CMS 的應(yīng)用
3．CMS 技術(shù)
CMS 技術(shù)主要包括以下方面 [4] ：
¾ 反光磁盤矩陣標(biāo)志
210世紀(jì)910年代，這類 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。反射盤矩陣式的 CMS 觀察面由1組永久磁性旋轉(zhuǎn)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(dāng)特定象素轉(zhuǎn)向顯示器時，1股電流從黑色粗糙面轉(zhuǎn)向反射面。 反射磁盤的主要缺點是需要在夜晚照明情報板，這帶來了眩光或圖像模糊等問題。另1個 潛在問題是，隨時間推移，1些磁盤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）或小型專業(yè)信號（例如，收費停車場處的收費標(biāo)志）外， 只有少量 CMS 運用這種技術(shù)，。
¾ 光纖標(biāo)志 光源發(fā)出的光線經(jīng)光纖維束引導(dǎo)到達標(biāo)志板面上。標(biāo)志面上的光纖端頭的矩陣結(jié)構(gòu)與其他 矩陣型標(biāo)志類似。每1幅信息需要1個獨立的光源和光纖束，所有預(yù)置信息都要預(yù)先布置好 光纖，排好圖形。這類標(biāo)志的失誤率較低，但其有1潛在問題，即狹窄的視覺空間，使得如何布置這種標(biāo)志成為重要考慮因素。
¾ 發(fā)光2極管（LED）標(biāo)志
發(fā)光2極管是半導(dǎo)體，當(dāng)加上電壓時 LED 可以發(fā)光，如圖 5。為獲得每1個象素，1些
單個 LED 被困綁在1起。LED 標(biāo)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(biāo)志相似，視野比較狹窄。
¾ 混合型標(biāo)志
混合型 CMS 結(jié)合了反射磁盤與光發(fā)射技術(shù)（即光學(xué)光纖，LED）�；旌闲蜆�(biāo)志有1些顯著 優(yōu)點——陽光直接照射時可見度很高，夜晚不再需要光源照射標(biāo)志，但同時混合型標(biāo)志也有 兩種技術(shù)的缺點。
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 上信息并及時采取有效措施。 CMS 不應(yīng)與高速公路上現(xiàn)有的標(biāo)志競爭，而是與其配合。有時需要重新調(diào)整 CMS 的安裝位 置。1般情況下，CMS 會安置在以下位置：位于主要決策地點的上游（例如，出口匝道、高速公路之間的轉(zhuǎn)換處或允許駕駛員選擇其他線路與主路線交叉點）；位于交通瓶頸、事故 多發(fā)地點或者特殊事件設(shè)施上游（如，大型運動場、會議中心）；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(qū)域。
加強駕駛員的可見度，標(biāo)志可被察覺(顯著性)；增強信息的作用，標(biāo)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(biāo)記寬度尺寸及對比比例。
5．CMS 的設(shè)計
由于區(qū)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(qū)域特征的基礎(chǔ)上設(shè)計及運行 CMS。影響信息的區(qū)域特征包括，高速公路上交通流速 度；影響標(biāo)志距離的任意豎直曲線特征；影響 CMS 能見度的障礙物現(xiàn)狀，如樹木、橋墩或 施工車輛；與光線相關(guān)的 CMS 位置（白天條件下）；臨近區(qū)域的靜態(tài)導(dǎo)向標(biāo)志的數(shù)量及信
息；雨霧天氣是否降低標(biāo)志能見度 [5] 。 設(shè)計時，需要考慮1些其他設(shè)計因素，包括：標(biāo)志尺寸（影響信息長度及支持結(jié)構(gòu)）、養(yǎng) 護方法、技術(shù)、視角及距離、字符尺寸、1天內(nèi)不同時刻或不同日期的與太陽相關(guān)的標(biāo)志位 置。
信息的最大長度，主要取決于駕駛員在達到 CMS 可視距離內(nèi)可認(rèn)讀的信息長度，同時， 又受到標(biāo)志特征影響，包括標(biāo)志種類（LED 式、光纖式等）、可利用的信息數(shù)量及每1信息 行上的字符數(shù)。每1種標(biāo)志特征都影響 CMS 的可視距離從而影響顯示信息數(shù)量。
CMS 的設(shè)計非常重要。若在明確標(biāo)志目標(biāo)及信息之前，相關(guān)部門就購買 CMS 容易導(dǎo)致當(dāng) 所需要的信息不能顯示、標(biāo)志所帶來價值低于期望值或所在地點的環(huán)境因素導(dǎo)致標(biāo)志易讀性低時，造成相關(guān)部門不愿再購買可以滿足其需求的更昂貴的 CMS，從而形成惡性循環(huán)。
6．結(jié)語
高速公路 CMS 是高速公路信息發(fā)布系統(tǒng)研究的1個重要方面,CMS 發(fā)揮越來越大的作用, 越來越受到人們的重視。它是以電子、通信、計算機、網(wǎng)絡(luò)等現(xiàn)代技術(shù)為基礎(chǔ)，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(yīng)用， 以期為相關(guān)部門提供參考。
參考文獻
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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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