城市道路VMS版面设计标准关键问题研究

王义生，陈二慧，刘 静，朱雪良，蓝 普，杨 毅，夏曙东，张志平，乔 梁，杨文超，李巨伟

(1.北京四通智能交通系统集成有限公司，北京 100081;2.北京千方科技集团有限公司，北京 100191;3.北京市公安局公安交通管理局，北京 100037)

0 引言

城市道路可变情报板(Variable Message Sign，简称VMS)是智能交通系统中先进出行者信息系统的主要实现工具和关键因素，它的显示形式可以是文字、数字、符号、图形或者几项的组合［1］，能为出行者提供交通状态、交通管制、交通事故以及交通环境等实时动态信息，实时诱导驾驶员的出行方式和路径，在缓解城市交通拥堵方面起到了较好的效果.

目前，我国对VMS版面显示图形和文字的相关理论和实践的研究仍在不断发展和规范.在VMS版面图形方面，国内学者从不同角度对路网分区和路网拓扑的原则、方法等进行了研究，2009年徐丽群［2］设计了动态路网分区概念模型，以根生节点为中心，采用逐层扫描技术对节点交通流作用路径进行搜索，形成路网小区的拓扑结构图;2010年尹洪英等［3］以谱图理论为基础结合谱聚类算法进行路网动态分区的研究.在VMS版面文字方面，2005年林雨等［4］指出黑体汉字的视认性最好，汉字的笔画多少、汉字结构等对其视认性都有显著的影响;笔画越多、结构越复杂就越难辨认，反之则越容易辨认;2006年邱杨等［5］通过驾驶员视认距离来确定指路标志的文字字高和尺寸，并研究了指路标志的版面设计方法;2009年蒋海峰等［6］从定性与定量两个方面分析标志汉字字高与驾驶员视认性之间的关系，并建立了交通标志汉字字高通用模型.

通过国内的研究综述分析可知，城市道路VMS缺乏显示标准，较少对版面设计提出建议和具体参考数值.本文在借鉴现有研究成果的基础上，对城市道路VMS标准设计进行研究，最终为实现和规范城市道路VMS显示标准应用及推广，提升智能交通系统的运行效率.

1 城市道路VMS版面文字设计元素

城市道路VMS文字版面设计包括字符尺寸大小、排列、字符颜色等内容.

信息内容宜使用黑体字，高度与宽度相等，字高计为h.字体因特效变形时，字宽不得低于字高的60%;字母、阿拉伯数字字高为h;字宽为0.5h;字间距至少0.1h;行间距不低于4个像素值.字符与边缘距离不低于8个像素值.

字符应按照从左至右、从上至下的顺序排列，文字分散居中.发布文字信息时，一般不超过3行，每行不超过8个汉字，每幅停留时间5 s以上.视认距离150 m的条件下，字高不小于35 cm;视认距离250 m条件下，字高不小于50 cm.

文字类信息主要包括交通状况信息、交通事件信息、公告宣传信息等.交通状况信息发布中，行驶畅通类信息使用绿色;行驶缓慢类信息使用黄色;拥堵类信息使用红色.交通事件信息发布中，交通事故类信息使用黄色;实施临时管控类信息使用红色;临时管控解除信息使用绿色;道路施工类信息使用红色或黄色;交通气象类信息使用黄色和红色;绕行类信息为黄色.其他状况信息使用绿色，并用黄色和红色显示关键内容，关键内容主要指时间、长度等数字信息.公告宣传信息发布中，路面状况类信息使用黄色;险情类信息使用红色;提示类信息使用黄色;警告类信息使用红色;环境类信息使用黄色或红色.其他状况信息使用绿色，并用黄色和红色显示时间、长度等数字信息.VMS版面文字元素的具体设计效果如图1所示.

图1 城市道路VMS文字版面设计效果

2 城市道路VMS版面图形设计元素

VMS通过各种图形元素的组合，简单、准确地传递道路前进方向、地点、距离、交通状态、交通管制、交通事故及交通环境等信息，帮助驾驶员快速、准确到达目的地并减少交通延误，有效地实现交通流均衡，缓解拥堵.VMS版面图形设计元素主要包括路网拓扑选择及表达不同引导意图的图形元素.

2.1 路网拓扑选择

VMS版面路网拓扑设计方法是通过交叉口和路段的交通状态分析，筛选出饱和度大、等级高的路段和重要的交叉口，作为简化道路路网拓扑的弧段和节点，并以简化的路网作为VMS版面路网拓扑结构.其方法步骤如下:

步骤1 VMS诱导区域内的道路网络拓扑

道路网络拓扑结构是用图论的方法，以相交道路形成的交叉口作为节点，连接两交叉口的路段作为弧段.在实际行驶中，车辆在道路上有运行方向的差异，因此道路网络中的弧段为有向图.路网的拓扑结构以点、线、面3种关系表示，确定关键的点元素和线元素［7］.

步骤2 道路及交通基础资料调查

在确定道路路网拓扑图之后，需要调查路网各组成部分的道路的基础资料和交通基础数据资料，以此作为路段和交叉口的重要度判断的基础资料.道路基础资料包括路段车道数、道路等级等，交通基础资料包括路段交通量、行驶速度等.

步骤3 道路网络中路段及交叉口分析

路段和交叉口分析取决于道路环境和交通状态.道路环境由道路车道数、道路等级确定，交通状态由行驶速度确定，以路段的行驶速度为评价指标.道路等级越高，表示该道路在道路网络中越重要，同时，等级高的道路形成的交叉口是路网中的关键节点.因此，在VMS版面显示路网拓扑中，应该考虑道路等级的影响来选择拓扑路网中的节点.

步骤4 简化路网拓扑结构并确定VMS版面路网拓扑结构

根据道路状况及交通流状况分析的数据，可得到路段平均速度和道路等级.根据诱导路网拓扑结构图，筛选出速度大的路段作为简化的道路网组成路段.同时考虑路网中重要的节点，作为简化路网结构中的节点［8］.以简化的路网作为VMS版面路网拓扑结构，同时考虑VMS版面的大小、类型和显示方式，对简化的路网中的元素进行调整.

2.2 表达不同指导意图的图形元素

图形式和图文混合式VMS，综合运用各种图形元素来表达不同的指导意图.运用红黄绿3种颜色实时显示各路段的交通状况，为驾驶员提供交通诱导信息.

1)路段

用带箭头的LED光带表示路网中的各个路段.光带箭尾表示路段上游起点，箭头表示下游终点.

表示快速路和主干路的光带，宽度约为0.5h，箭头与光带等宽，长度约为0.2h，像素值取奇数，如图2所示;表示次干路和支路的光带，宽度约为0.35h，箭头与光带等宽，长度约为0.18h，像素值取奇数，如图3所示;表示十字交叉路口的光带，纵向光带相交于横向光带的中轴线，两光带相交时，纵向光带在上层，横向光带在下层，如图4所示.

图2 表示高等级道路的VMS光带

图3 表示低等级道路的VMS光带

图4 表示十字交叉口的光带

表示下穿、上跨等非互通式立交的光带应断开，间距为0.15h，如图5所示;路段箭头一端与其他路段基本垂直相交时，应超出相交路段边缘0.45h，如图6所示;路段箭尾一端与其他路段基本垂直相交时，应超出相交路段边缘0.25h，如图7所示.

图5 表示不互通路段的光带

图6 箭头超出边缘距离

图7 箭尾超出边缘距离

路段箭头(尾)不超出相交路段边缘的，表示没有下(上)游路段，如图8所示.

2)位置与方向

指示当前位置的图形为等腰三角形，图形在版面底部，底长0.6h，高0.35h的，底长取奇数个像素值.距离当前路段边缘约0.25h.如下图9所示.

图8 表示无下(上)游路段

图9 指示当前位置图形

指示方向的图形为箭头图形，底约0.35h，高约0.85h，三角高约0.5h，在文字下方约0.25h.指示方向文字高0.75h，如图10所示.

图10 指向图形

3)VMS版面图形设计样图

图11 分辨率为240×144的版面示意图

图12 分辨率256×192为的版面示意图

3 实施效果

截至目前，北京市区VMS数量已经达到 399块，诱导信息覆盖道路里程约1 250 km，占市区主要道路里程的70%，可为交通参与者提供行驶前方道路的实时交通信息，主要包括交通状况(畅通、拥挤、拥堵和行程时间等)和紧急事件(交通事故、临时交通管控和天气等)信息，能有效引导交通参与者的路径选择行为，均衡交通流，减少行驶时间损失，提高路网运行效率，在道路交通管理中起到了非常积极的作用.

4 结论

本文在借鉴现有研究成果的基础上，针对城市道路VMS版面设计标准进行研究，规范了图形版面设计元素(字符、路段、位置与方向、颜色等)和文字版面设计元素(尺寸、排列、颜色等)，给出了VMS版面设计样图，并且将城市道路VMS显示标准在北京、天津、广州、中山、潍坊、济宁等城市成功应用及推广，提升了智能交通系统的运行效率.

［1］中国国家标准化管理委员会.道路交通标志和标线第2部分:道路交通标志［S］.中华人民共和国国家标准GB5768.2—2009，2009:13.

［2］徐丽群.路网分区的树生长算法［J］.计算机应用研究，2009，26(10):3663-3665.

［3］尹洪英，徐丽群，曹永荣.基于谱聚类算法的城市路网动态分区研究［J］.交通信息与安全，2010(1):16-19.

［4］林雨，潘晓东，方守恩.指路标志信息量与认知性关系研究［J］.交通运输工程与信息学报，2005，3(3):73-77.

［5］邱杨，胡光明.指路标志设计设置研究［J］.交通科技与经济，2006，6:9-10

［6］蒋海峰，韩文元，张智勇.交通指路标志字高与视认性关系研究［J］.公路交通科技，2009，26(7):115-120.

［7］杨晓毅.基于GIS的微观交通仿真路网系统设计和实现［D］.北京交通大学，2006.

［8］刘娟，孙建平，刘梦涵，等.微观层次城市道路交通拥堵评价指标的研究［C］.第三届中国智能交通年会论文汇编，2007:210-214.