高速公路可变情报板（CMS）的特性分析程力学

【摘要】可变情报板在高速公路的信息发布、交通诱导等方面起着非常重要的作用。文章在 简单介绍可变情报板（CMS）系统的基础上，着重显示的信息角度分析了 CMS，进1步了 解了 CMS 发布信息的类型及其技术，并探讨了 CMS 的安装位置及设计方法，为可变情报 板的推广提供有价值的建议。
关键词：可变情报板（CMS）；信息发布；交通诱导；设计
0．引言
随着公路运输的发展，高速公路车流量越来越大，交通拥挤和交通事故频繁发生，重特大 恶性事故比例较大，而且事故处理难度大，这给高速公路管理者带来了诸多困扰，而且给国家和社会也带来了不必要的损失。这些事件的发生有许多是由于管理手段不够完善，交通信 息发布不够及时准确造成的。为了降低高速公路交通拥挤和交通事故发生的频率，改善高速 公路运行条件和现有的安全保障体系,减少交通事故、交通拥挤及2次事故、拥挤所带来的 延误和损失，应充分发挥高速公路信息发布系统的作用，为高速公路安全、高速和畅通的运行保驾护航。 [1,2] 交通信息发布系统亦称之为诱导信息系统，是高速公路监控系统的重要组成部分。信息发布的目的是为道路使用者提供指导其正确驾驶或更改行车路线的有效的交通信息，并且为道路管理者提供发布交通信息的平台。
1．CMS 的简介
可变情报板（CMS）又称为 DMS 或 VMS，是发布信息的最重要基础设施。CMS 是可编 程的交通控制设施，通过显示组合字符向驾驶员提供信息，分固定式与移动式两种类型。这 种情报板可以固定放置在路上方或者路边。移动式 CMS 通常比固定式 CMS 大得多，通过 固定在卡车或托车上以应对突发事件，如发生大事故或自然灾害、特殊事件（如运动会）及 其他应急状态。本文把 CMS 分为两类：显示固定信息数量的可变情报板及本质上无显示信息容量限制的可变情报板 [3] 。

1.1  显示固定数量信息的 CMS 

显示固定数量信息的情报板，包括以下内容：

¾     翻转式可变信号标志 翻转式标志是高速公路上使用的1种传统型的标志，其标志板面为折叠式。这种标志可以 显示两种信息（当板面折叠时显示1种信息，当板面打开时显示另1种信息），也可以只在 板面打开时显示1种信息（板面折叠时不显示信息）。在高速公路应用中，翻转式情报板通 常被用作预告危险路况或称重站是否关闭等。

¾     旋转鼓型标志 旋转鼓型标志由4面旋转鼓面组成，每个旋转鼓面包括2到6个信息单元。也会用到3面

显示鼓，这种3面显示鼓又称为菱型标志。每1面显示鼓都有1列固定信息，并通过旋转以

获得显示信息的最佳角度。现在运用新技术以增加每1列的显示信息。

¾     氖式标志 氖式标志用氖管显示信息。它有两重基本设计：分离信号表面的每个信息；堆叠氖灯以表 示信息。堆叠式设计有显示缺陷，因为当发射的光线穿过重叠氖管时，其光线会扩散，而降低了它的易读性。相反地，分离式设计即使只是显示中等数量的信息也需要相当大地信息表 面。

显示鼓，这种3面显示鼓又称为菱型标志。每1面显示鼓都有1列固定信息，并通过旋转以

获得显示信息的最佳角度。现在运用新技术以增加每1列的显示信息。

¾     氖式标志 氖式标志用氖管显示信息。它有两重基本设计：分离信号表面的每个信息；堆叠氖灯以表 示信息。堆叠式设计有显示缺陷，因为当发射的光线穿过重叠氖管时，其光线会扩散，而降低了它的易读性。相反地，分离式设计即使只是显示中等数量的信息也需要相当大地信息表 面。

1.2  无信息数量限制的 CMS

该类 CMS 通过矩阵格式显示信息，通常有以下3种设计形式：

¾     特征矩阵

该格式下，每个信息字符都由 5×7 个象素矩阵组成，虽然大多的交通部门配置 3 行 18 个 字符的 CMS，但是每1行的字符数可以依据制造商及需求而不尽相同，如下图 1。

（科教作文网http://zw.NSEaC.com编辑发布）
图 1 特征矩阵

¾     行矩阵

该格式下，每1显示行都由连续的象素矩阵构成，并与其他行分离，如下图 2：

¾     全矩阵

该格式下，整个显示面都由连续的矩阵象素组成，如下图 3。应当指出，尽管行矩阵与全 矩阵 CMS 在显示不同字符和符号时在尺寸方面有提供弹性，许多案例指出由于需要合适的 比例字符宽度，由连续矩阵的1行或全矩阵上显示的字符数比特征矩阵1行显示的字符数少。
 

2．CMS 发布的信息类型 

1旦安装，CMS  即成为信息发布系统的1部分，显示的信息及其放置地点必须与高速公 路静态标志协调。从而使驾驶员做出1系列动作：察觉情报板、看到并理解情报板上信息、 基于信号板上信息做出适当的判断并根据实际情况做出反应。

在高速公路中，CMS 扮演重要角色，通过提供实时信息，引导驾驶员驾驶并提高安全性，

从而减少交通阻塞与延迟。CMS 通过发布以下几种信息以管理交通：

¾     预警信息 预警信息预先通告驾驶员前方拥挤及排队状况并有效降低2次事故的发生。当在高速公路 上应用时，预警信息可提供关于新建道路、变道路段、通道模式变化、限速方法等方面的信息。

¾     引导信息 引导信息为驾驶员提供有关其沿线信息，此信息使驾驶员在到达问题区域之前改变他们的 行驶速度或路线、鼓励他们采用其他道路到达目的地。

¾     可供选择路线的信息 可供选择的路线信息油交通部门指定，影响驾驶员选择与初衷不同行车路线到达目的地。 当高速公路由于施工、事故或者自然灾害关闭时，提示驾驶员选择其他道路行驶。表 1 列出 CMS 的应用状况。

3．CMS 技术 

CMS 技术主要包括以下方面 [4] ：

¾     反光磁盘矩阵标志

210世纪910年代，这类 CMS 在高速公路管理中非常普及，因为其发光的 CMS 技术需 要较低的能量。反射盘矩阵式的 CMS 观察面由1组永久磁性旋转指示器组成。该指示器1面是黑色的粗糙面，另1面是黄色或者其他相近颜色反射面。显示器可以是方形、3角形或 圆形。当特定象素转向显示器时，1股电流从黑色粗糙面转向反射面。 反射磁盘的主要缺点是需要在夜晚照明情报板，这带来了眩光或图像模糊等问题。另1个 潜在问题是，随时间推移，1些磁盘由于尘土及湿气可能粘在1起。如今除了用到发光装置

（也就是下面要介绍的混合型信号）或小型专业信号（例如，收费停车场处的收费标志）外， 只有少量 CMS 运用这种技术，。

¾     光纤标志 光源发出的光线经光纤维束引导到达标志板面上。标志面上的光纤端头的矩阵结构与其他 矩阵型标志类似。每1幅信息需要1个独立的光源和光纤束，所有预置信息都要预先布置好 光纤，排好图形。这类标志的失误率较低，但其有1潜在问题，即狭窄的视觉空间，使得如何布置这种标志成为重要考虑因素。

¾     发光2极管（LED）标志

发光2极管是半导体，当加上电压时 LED  可以发光，如图 5。为获得每1个象素，1些

单个 LED 被困绑在1起。LED 标志有1额外好处，可以显示彩色信息。LED 灯的可靠度很

高。它与光纤标志相似，视野比较狭窄。

¾     混合型标志

混合型 CMS 结合了反射磁盘与光发射技术（即光学光纤，LED）。混合型标志有1些显著 优点——阳光直接照射时可见度很高，夜晚不再需要光源照射标志，但同时混合型标志也有 两种技术的缺点。

4．CMS 的安装位置 

安置固定式 CMS 考虑的关键因素是驾驶员可以读取 CMS 上信息并及时采取有效措施。 CMS 不应与高速公路上现有的标志竞争，而是与其配合。有时需要重新调整 CMS 的安装位 置。1般情况下，CMS  会安置在以下位置：位于主要决策地点的上游（例如，出口匝道、高速公路之间的转换处或允许驾驶员选择其他线路与主路线交叉点）；位于交通瓶颈、事故 多发地点或者特殊事件设施上游（如，大型运动场、会议中心）；需要获取关于天气状况如 冰雪、雾、风或灰尘等基本的信息的区域。

加强驾驶员的可见度，标志可被察觉(显著性)；增强信息的作用，标志可被理解(易读性)。 另外,必须考虑信息的显示方式(例如,假如信息很明亮,它显著性高,而易读性低。)。影响发光

CMS 易读性因素有以下几种：字符大小、标记宽度尺寸及对比比例。

5．CMS 的设计 

由于区域特征影响可显示的信息特性，所以为最大限度的发挥 CMS 作用，需要在了解 CMS 附近区域特征的基础上设计及运行 CMS。影响信息的区域特征包括，高速公路上交通流速 度；影响标志距离的任意竖直曲线特征；影响 CMS 能见度的障碍物现状，如树木、桥墩或 施工车辆；与光线相关的 CMS  位置（白天条件下）；临近区域的静态导向标志的数量及信

息；雨雾天气是否降低标志能见度 [5] 。 设计时，需要考虑1些其他设计因素，包括：标志尺寸（影响信息长度及支持结构）、养 护方法、技术、视角及距离、字符尺寸、1天内不同时刻或不同日期的与太阳相关的标志位 置。

信息的最大长度，主要取决于驾驶员在达到 CMS 可视距离内可认读的信息长度，同时， 又受到标志特征影响，包括标志种类（LED 式、光纤式等）、可利用的信息数量及每1信息 行上的字符数。每1种标志特征都影响 CMS 的可视距离从而影响显示信息数量。

CMS 的设计非常重要。若在明确标志目标及信息之前，相关部门就购买 CMS 容易导致当 所需要的信息不能显示、标志所带来价值低于期望值或所在地点的环境因素导致标志易读性低时，造成相关部门不愿再购买可以满足其需求的更昂贵的 CMS，从而形成恶性循环。

6．结语

高速公路 CMS 是高速公路信息发布系统研究的1个重要方面,CMS 发挥越来越大的作用, 越来越受到人们的重视。它是以电子、通信、计算机、网络等现代技术为基础，以提高高速 公路的运输效益、降低高速公路事故为目的。本文比较全面的介绍了 CMS 的特性及应用， 以期为相关部门提供参考。

参考文献

 （1） 黄淑琴．公路可变信息标志 CMS[J]．国外公路，1996（5）：30-31．

（2） 靳引利,朱春平．高速公路信息发布设施的特性分析[J]．中国水运，2007（10）：65-67．

（3） 高速公路丛书编委会．高速公路交通工程及沿线设施[M]．1999.06.96-107.

（4） 龚南江,莫良红．广深高速可变情报板改造[J]．中国水运，2006（12）：59-60．

（5） 张燕,蔡伯根等．城市交通信息发布系统的设计与实现[J]．北京交通大学学报，2007，（5）：53-57．

（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