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智慧高速热潮下的建设样板

2020年的交通领域不太平静,开年的“黑天鹅”疫情令人猝不及防,给交通行业带来了不可避免的冲击与挑战;疫情还未散去,“新基建”的鸣笛就已拉响,5G、AI、大数据等新技术加速向交通行业融合。这一年,在政策与技术的双重驱动下,智慧高速建设按下了加速键。

伴随着“新基建”风口的来临,智慧高速项目遍地开花,浙江、江苏、广东、四川、湖北等地的智慧高速建设均取得了阶段性成果。在这轮建设热潮中,各地智慧高速建设有何亮点?又存在什么样的问题?在第二十二届中国高速公路信息化大会上,多位与会专家对此进行了探讨分析。本文选取浙江省沪杭甬智慧高速、江苏省五峰山未来智慧高速、广东省乐广高速试点三个具有代表性的智慧高速建设样板,对其建设情况及特点进行了梳理。

沪杭甬智慧高速

四大应用,十三种算法

沪杭甬高速智慧化提升改造承担着浙江省智慧高速“先行先试”和“开拓创新”的使命,对推动长三角区域高质量一体化发展具有重要意义。据悉,沪杭甬高速分两期开展了智慧提升改造工程,从建设来说主要有三部分,一是先行先试,智慧引领;二是积极探索“浙江做法”;三是努力实现“四省”,即省心、省时、省钱、省油。
浙江沪杭甬高速公路股份有限公司副总经理王炳炯对沪杭甬智慧高速的建设亮点进行了介绍。他表示,沪杭甬智慧高速通过智慧大脑与智慧算法实现了“双重提升”。“智慧大脑”是浙江省首个高速公路云平台,在数据汇聚、处理、查询等方面具备强大的运算能力,数据查询从10分钟提升到秒级。“智慧算法”有十三种,包括交通态势感知、交通事件预警分析、非标八车道智慧扩容算法、短时交通预测、行程时间预测、智能终端数据分析、节假日车流及拥堵路况预测、智能交通应急疏导、最优车流诱导、偷逃通行费行为分析等,实现了监测管理、客户服务、道路管控、收费管理四方面应用。
具体而言,在监测管理应用方面,沪杭甬智慧高速可通过对交通态势的有效监测,改变传统视频轮巡方式,从而提高交通事件主动发现、主动管控及预警能力,实现精细化感知、智能化管控。此应用主要包括非标八车道智慧扩容、交通态势感知、交通事件预警分析。
在客户服务应用方面,可通过多元诱导系统等方式为客户提供精准的路网预测服务,包括短时交通预测、行程时间预测、节假日车流及拥堵路况预测、智能终端数据分析。
在辅助管控应用方面,一是通过辅助管控疏导,缓解收费站、主线的拥堵状况,提升客户的出行体验感,同时创造更好的经济效益;二是对两客一危车辆进行实时跟踪,保障道路安全性;三是对危险驾驶行为进行分析和管控。
在收费管理应用方面,主要包括两点:一是偷逃通行费行为分析,即实施对收费通行数据以及全路网卡口车辆信息的分析,发现ETC车辆以及非ETC车辆中存在偷逃通行费的车辆;二是自由流下的应收不漏分析,即实施对收费通行数据以及全路网卡口车辆信息的分析,发现ETC车辆以及非ETC车辆中存在的偷逃通行费车辆。
沪杭甬智慧高速建设可以说并无先例可循,经过不断探索和创新,取得了以下主要成果:管理精准化、管理高效化、管理智能化、交通诱导数字化、道路信息精准化、道路设施醒目化等。
管理精准化包括两个层面,一方面为试验路段事故秒级发现,即在30秒内通过视频数据结构化、毫米波雷达分析出异常事件,通过监控大屏弹窗报警告知管理人员;另一方面为全路段交通态势感知,即通过智慧算法计算全网交通态势,3分钟内可发现全路段的拥堵情况,并自动调出拥堵路段监控摄像画面,管理人员快速知悉拥堵原因,并启动应急措施。 
管理高效化是指在试验路段,当车流量大时,正常打开第四车道;当车流量小时,关闭第四车道作为应急车道。在发生交通事故时,可立即通过主动管控系统实行分车道控制,从而有效减少二次事故发生。 
管理智能化是通过大数据平台数据汇聚结合智慧算法,实现交通实时态势分析、短时流量预测、通行费应收不漏和打偷分析,提升管理、收费和稽查效率。
交通诱导数字化包括三方面,一是通过远程诱导标志牌,为客户提供实时交通态势,预测客户到达时间,并提供最佳路线参考建议;二是通过智能车载终端、智慧高速APP实时为客户播报前方路况信息,亦可提供个性化服务;三是通过数字式高清晰诱导标志牌,进行夜间提示。
道路信息精准化主要包括路网预测、事故播报与气象预测。
道路设施醒目化是通过反光标线改造等措施,减少夜间行车事故和提升车速。
沪杭甬高速智慧化提升改造工程已于2019年底完成一期建设。据王炳炯介绍,智慧化提升改造后,经过测算,试验路段夜间平均车速提升9.51%,局部拥堵路段通行能力提升18.6%,道路拥堵时间降低10%,道路行车事故降12.9% ,救援时间缩短 10.4%,有效提升了车辆通行效率与车辆节能降碳。

五峰山未来智慧高速

二十九个场景,五项关键技术

五峰山过江通道项目是江苏省“十五射六纵十横”高速公路网中“纵四”组成部分,江苏省重要的交通中轴通道,支撑长江经济带、长三角一体化城市群。据了解,五峰山过江通道项目具有交通流量大、重载货车比例高、桥梁比例高、资源环境敏感等显著特点,因此迫切需要智慧化和综合性的解决方案来提升道路运营管理和服务能力。
江苏省交通工程建设局五峰山建设指挥部副指挥卢毅对五峰山未来智慧高速的总体框架和建设场景进行了介绍。
卢毅表示,五峰山未来智慧高速项目设计,以人为本,从驾乘者和管理者需求出发,并以此为核心,践行平安、绿色、智慧理念。该项目围绕全天候安全保障、全方位出行服务、全数字运营养护、全寿命绿色建管四个方向,设计了二十九个典型应用场景。 
在全天候安全保障方面,包括八个应用场景:车道级雾天行车诱导、消冰除雪、匝道分流诱导与合流警示、驾驶行为监测预警、交通事故智能取证、车路协同、交通事件极速感知、 匝道流量管控。 
在全方位出行服务方面,包括八个应用场景:5G全覆盖及应用、车道级精细化管控、双模充电桩、智慧照明、智慧厕所、智慧餐厅、无人超市、未来高速展厅。
在全数字运营维护方面,包括五个应用场景:GIS+BIM全数字管养、BIM物联网综管平台、4K+5G无人机、多维度主动感知沥青路面、数据共享与数字孪生。
在全寿命绿色建管方面,包括八个应用场景:沿线环境文物保护、节约土地资源、桥面径流收集、预制装配结构、施工期绿色技术应用、新型新风除霾系统、太阳能光伏人行路面、海绵场区。
更值得关注的是,五峰山未来智慧高速设立了五项关键技术专题科研,为建设提供技术支撑,与建设同步实施内容的研究工作在2020年完成,部分研究将持续至运维阶段。这五项关键技术包括车道级雾天行车诱导研究、车路协同技术研究及应用、基于无线探针的交通状态识别研究、基于4K+5G的无人机数据采集与分析研究、多维度主动感知沥青路面技术研究与应用。

关键技术之一:车道级雾天行车诱导

车道级雾天诱导是考虑在低能见度条件下保障行车安全,主要包括区域能见度检测、车辆所处车道和速度感知、车道级安全诱导行驶、车辆后方形成拖曳红色轨迹。
具体而言,车道级诱导将诱导灯设置在每个车道的边缘线位置,并可以检测每个车道的车辆占用情况,在车辆后方一段距离形成红色拖拽轨迹,通过红色诱导灯频闪,向后方车辆提供警示信息,提醒驾乘人员与前车保持一定距离。 

关键技术之二:车路协同技术研究及应用

该项目将搭建面向未来的高速公路开放环境下车路协同测试和示范应用场景,基于当前技术条件,提出广义车路协同的概念,对配置V2X车载终端或持有手机专有APP的车辆,提供能见度、交通事故、交通拥堵、检修维护等路域信息,以及安全驾驶建议信息。

关键技术之三、四:无线探针、4K+5G无人机

基于4G/5G的无线探针技术,可作为外场感知设备的补充。无人机4K高清视频+5G传输在高速公路运营管理中进行试点应用,实现视频监控盲区覆盖,应急状况下实现现场视频获取与语音诱导。

关键技术之五:多维度主动感知沥青

多维度主动感知主要涉及材料与环境两方面,其中材料感知包括热力特性感知与电磁特性感知,环境感知包括环境温度感知与地质状态感知。
在五峰山的芒稻河大桥附近,将试点应用多维度感知沥青,通过改变沥青的热力特性,加入铁氧体复合材料,增强后期雷达检测效果。 
据悉,2020年10月,五峰山未来智慧高速示范工程《基于4K+5G的无人机数据采集及分析平台》和《基于无线探针的交通状态识别研究》两项科研中间成果及落地工程施工图设计,通过了江苏省交通工程建设局组织的专家评审,课题成果将为五峰山未来智慧高速示范工程的综合管控平台建设提供高质量的数据支撑。

乐广高速试点

一个中心,五个应用

广东省的智慧高速试点示范工程主要内容是“一中心、五应用”,实现高速公路基础设施数字化、路运一体化车路协同、北斗高精度应急指挥调度与收费、“互联网+”服务、基于大数据的路网综合分析决策等业务应用,有效提升粤港澳大湾区路网营运、服务公众的水平,并为探索车路协同以及未来自动驾驶奠定基础。 
为了达到智慧高速的“一中心、五应用”,广东省提出了基于“云-网-节-端”的智慧公路全新体系架构及建设理念,由端到云,实现智感、智控、智联、智决,主要思路包括三个方面: 
第一,按级分层的算力体系。该体系分为中心计算、节点计算、路侧计算、车载计算,可以将计算资源均衡化、全局化、颗粒化,从而实现各类业务应用的精细控制。 
第二,业务系统与设施物理性无关,即不再需要按业务链条重复部署硬件,同一设备可同时服务于各种业务应用,减少重复投入。 
第三,系统高度解耦,应用服务、传输服务、感知设备分层解耦。各层级相互独立,系统扰动少,部署灵活、扩展性强。 
乐广高速是大湾区向泛大湾区辐射的重要通道,示范路段里程28公里。广东省高速公路有限公司副总经理辛镜坤对乐广高速公路试点的建设情况进行了介绍。
他表示,乐广高速公路试点由“区域级—路段级”构成路运一体化车路协同系统,基于基础设施数字化及高精度公路地理信息系统,在乐广高速示范段构建车路协同交通控制网,依托高速公路骨干通信网,新建交通控制网路侧智能站系统,新建北斗地面增强站,部署车路协同车载终端,构建车路协同一张交通控制网,最终实现以下效果:
  • 一张图:基础设施数字化资产管理系统;

  • 全感知:建成全面感知的智能交通基础设施;

  • 精定位:高精度地图与高精度定位设施;

  • 智慧云:智慧公路控制与服务云数据中心;

  • 享先知:基于大数据的路网决策分析及应用;

  • 优服务:应急救援服务、互联网+服务。

辛镜坤按照广东省智慧高速试点示范工程“五个应用”的维度,即高速公路基础设施数字化、路运一体化车路协同、北斗高精度应急指挥调度与收费、基于大数据的路网综合分析决策、“互联网+”服务,对乐广高速公路试点的建设特点进行了介绍。

在基础设施数字化应用方面,通过基础设施的数字化,最终呈现3D数字高精度地图。
在路运一体化车路协同方面,实现了二十一个场景。二十一个应用场景涉及智能路侧基站、车载终端、出行服务、运营管理与服务、交通控制与管理、交通环境感知服务、路运一体化车路协同平台。其中,智能路侧基站可实现环境监测、交通状态检测、交通事件检测、信息采集与记录、边缘计算、信息上传与发布;车载终端可实现定位车辆状态信息采集、车辆环境感知、车辆通信、车内信息发布、智能辅助驾驶;出行服务可实现拥堵疏导、服务区引导;运营管理与服务可实现驾驶安全信息播报、隧道深度监控、超时监测、交通拥堵状态监测、营运车辆监管;交通控制与管理可实现交通事件预警、实时交通信息发布;交通环境感知服务可实现灾害频发路段的监控与预警、交通事故监测与信息提醒;路运一体化车路协同平台可实现一体化救援服务、一体化出行服务。
在北斗高精度定位综合应用方面,实现快速通行、精准收费、应急救援等。
在基于大数据的路网综合管理方面,建设基于大数据的路网“省级—区域级—路段级”三级系统,实现与救援、公安、路政、运输、养护等多个业务数据互通,实现跨板块,跨部门的数据研判与分析决策。 
在“互联网+”路网综合服务方面,给公众出行提供地理位置、收费与救援服务等多项路网综合服务。
下一步乐广高速试点将通过全路网泛在感知、全要素精确实时受控、业务无监督智能处理,最终达到人、车、路、环境的和谐统一,从而打造高效、安全、绿色的交通。

热潮下的冷思考

三个关键,四点建议

总体来看,当前已经完成或者正在建设中的智慧高速涉及10余个省份,包括30余个项目,主要的智慧亮点包括基础设施数字化、车路协同创新应用、服务区智慧管理与服务、基于大数据路网综合管理与服务、便捷精准的信息发布、北斗高精度定位应用、新能源及无线充电等。
智慧高速建设是发展的必然选择,也面临着很大压力。路的智慧化,本质上是新技术与传统技术设施的融合,新技术是不断迭代的,基础设施却具有长生命和耐久性,二者生命周期并不相同,如何才能更好地融合?智慧高速在建设时,如何为新技术预留条件?智慧高速建成后,又该如何解决运营与养护压力?
交通运输部路网监测与应急处置中心技术与网络安全处处长陈智宏认为,要实现高速的数字化和智慧化升级,有三个关键动作要做:
第一,技术架构体系的统一。从架构上给出约束与建议,各业主、设备供应商、集成商按照统一架构进行建设,避免将来出现混乱,这样各路段与各运营主体之间就可以正常对接,未来的业务升级就可以平滑进行。
第二,产业发展和商业发展要融合,以商业促产业,以产业育商业。商业运营主体、建设主体、设备供应商、汽车制造商、各标准组织等,要形成一个产业共同体,要做到以商业促产业,以产业育商业。
第三点,推进产业标准统一,促产业良性发展。智慧交通的发展非常复杂,涉及到交通、通信、汽车等多个行业。标准统一,各个子系统才能对接,整个系统才能保证稳定,整个产业才能健康发展。
面对如火如荼的智慧高速建设热潮,中国公路工程咨询集团有限公司机电板块总工程师李太芳也提出了四点思考:

1、巩固基础、面向未来

第一批智慧公路试点省份已有部分路段投入测试和使用,其中包含已建道路和新建道路的智慧化建设。今后重点围绕智慧公路建设,广泛覆盖道路智慧化程度。对于已建道路和新建道路,应采取不同措施。
对于已建道路,应该因地制宜,充分调研;总结痛点,针对提升;贯通资源,提质增效;基础巩固,节源开流。对于新建道路,应该进行顶层规划、设计;明确功能定位;面向产业需求布局;探索示范与助力未来。

2、分期建设、先行先试、成熟推广

智慧高速以信息采集、处理、发布、分析为主线,利用信息、通信等技术进行高速公路建设与管理,加强车辆、道路和使用者之间的联系,从而形成一种安全、高效的运输系统。智慧公路是一个全新的概念,它包含了新兴技术产业的推广示范与探索应用,如5G、车路协同、自动驾驶、数字孪生等,目前处在研究测试阶段,产品还尚未成熟,为保障系统平稳运行,减少资源浪费和资金重复建设,需要重点关注建设时机。因此,建议开展分期建设、部分试点、成熟应用后再推广。

3、科学谋划、推动标准规范出台

智慧高速理念已植入道路基础建设根基,高速迅猛的发展离不开标准规范的指导,只有成体系的标准规范指导,才能保证工程的品质、安全与适用。为此,要依托智慧高速公路示范工程的建设和测试效果,结合智慧高速车路协同、封闭式测试场地等关注的重点需求,展开深入研究分析。因此需要建立成体系的智慧公路建设标准,从而使智慧公路具有大范围的可复制性与可推广性。

4、打通数据壁垒、实现联动

“数据”是智慧高速公路的核心,目前数据的碎片化形成的分割,以及部门、单位、企业之间的壁垒等,造成“孤岛”现象,因此需要打破行业内的“信息孤岛”,推动跨部门、单位间的有效联通,促进综合交通运输服务的改革发展。通过挖掘交通出行大数据,打造智慧、高效的现代综合交通运输体系,为重大交通基础设施规划布局提供服务与助力。 打通数据壁垒,管理上实现一路多方联动,服务上实现数据交换共享。
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结语

回首2020年,在新基建的加持下,智慧高速建设项目如雨后春笋般涌现。它们依据自身情况各具特色,比如沪杭甬智慧高速的十三种智慧算法、五峰山未来智慧高速的二十九个场景、乐广高速试点的五个应用……这一年,交通领域逐步开展了一场新的变革,传统交通正在被重塑,以智慧高速为代表的交通设施智能化成为重头戏。可以预见的是,在新基建风口之下,出行更智慧、更便捷的未来时代翘首可待。
(原文刊载于2021年第1期《中国交通信息化》)


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