沿江高速智慧化建设探索

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编者按：近日，2021全国智慧高速公路技术研讨会暨江苏五峰山未来高速现场会在南京召开，本次会议由中国公路学会主办，《中国交通信息化》杂志承办。江苏沿江高速公路有限公司总工程师曹阳作题为《沿江高速智慧化建设探索与研究》的报告，对沿江高速智慧的建设目标与建设内容进行了介绍。以下为曹阳的部分报告内容，《中国交通信息化》作了不改变原意的编辑及整理。

当前，智慧高速已从小规模实验验证阶段迈向大规模部署阶段。智慧高速是一场技术、发展模式、服务等全方位的变革：如何让智慧的路与聪明的车最终达到人、车、路、环境的和谐统一？以及如何实现高速公路的碳达峰、碳中和？已经成为当今热议的话题，更是我们交通人需求解决的问题。

智慧高速公路与传统高速公路相比：更加强调平台性、互联性以及终端化概念。在技术集成上：它集成应用先进的感知技术、传输技术、信息处理技术、控制技术、AI等，形成开放共用的基础平台。在功能服务上：它是为充分发挥高速公路的功能属性，以安全、高效、便捷、绿色为目标，结合多样、开放的运营管理与服务模式，为人和货物的快速运输提供可靠的网络化通行服务，为车-车/车-路交互提供自由的通信管道服务，为应急事件提供全时可响应的应急服务，为出行者提供精细化、自主化的出行服务。

沿江高速智慧建设目标

总体思路

秉持“以人为本”的理念，采用智慧赋能的形式，开展高速公路运营数字化、管控智能化、服务运维现代化建设，围绕运营管理、运行维护、安全畅行、系统兼容、可持续发展等多个维度，从建设、管理、养护、运维、服务五个方面，从保人安全、使人舒畅、为人服务，全面支撑沿江智慧高速的打造。

沿江高速智慧运行系统包括：建设多源式交通全息感知系统、构建主动式智能交通管控体系、车路协同辅助自动驾驶、提供伴随式即时出行信息服务。

特性属性需求

针对沿江高速大流量、多交织及行驶车辆随机、模糊、不确定、复杂等特性，通过数据融合、实时预警、深度分析、控制优化、信息发布等功能对整个道路进行闭环管理，力争做到实时掌握车、路、人、环境的现状并精准预测发展趋势，实现道路全天候通行、全流程管控、全过程服务。

建设目标

基于“231”建设思路，建设首条具有双向十车道的差异化自主管控的智慧高速。建立“差异化自主管控”措施，以问题为导向、运营管理需求为基础，结合未来交通发展目标，落实安全管控、效率提升、精准服务三大要素，通过数据融合、实时预警、深度分析、控制优化、信息发布及对整个道路进行闭环管理，力争做到实时掌握车、路、人、环境的现状并精准预测发展趋势，实现对道路的主动管控和车道协调，确保对道路的全天候通行、全流程管控、全过程服务，最终达到“物优其流、人悦其行”。

最终目标

率先打造智能交通3.0版（基于车路协同辅助自动驾驶功能）并具有差异化服务的智慧高速公路；建立全数字综合智慧管理平台；实现道路体系化的全感知；建立出行预订和邀约系统、实现与城市道路交通的联网联控；实现大流量主动智能运行管理；建设绿色能源服务区，实现服务区全方位绿色智慧服务；充分应用先进安全技术，实现运行效率与安全提升。

重点建设方向和内容

体系架构

体系架构包括五层三体系：五层分为基础设施层、数据融合层、应用支撑层、应用系统层和门户层；三体系分别是标准规范体系、信息安全体系及管理制度体系。

体系架构图

建设内容

建设内容主要包括智慧全息感知、智慧服务决策、智慧交通管控、智能通信传输、智慧业务管理、车路协同辅助自动驾驶。

1、基础设施数字化

根据各条路段的具体特点，结合现有的技术条件，进行全息感知设备的布设、集成以及系统的开发和应用。例如：沿江高速，主要是结合流量大、保畅压力大和多枢纽、匝道引发车辆交织严重等具体情况，重点解决安全、保畅的问题，所以我们比较关注的是在云控综合管理平台的基础上，重点打造车道级交通控制、匝道管控、交通事件检测/应急事件预警、车路协同自动驾驶等功能模块的开发和应用。

高速公路全息数字感知系统建设包括以下几个方面：

• 车辆运行状态感知：利用运行车辆车载终端与路侧设备V2I通信传输及路侧摄像机/雷达采集各类车辆运行状态数据，如车辆身份信息、位置信息、速度信息、异常行为等。

• 交通环境状态感知：利用遥感路面状态检测器、道路气象站、气象传感器感知路面积水、积雪、结冰厚度等路面状况和检测路段内的温度、湿度、风速降雨、降雪、雾霾等气象状况。

• 道路健康状态感知：裂缝、振动、温度、位移、应变等传感器，构建道路及桥梁健康状态感知子系统，实现对道路、桥梁全段的健康状态的感知。

• 其它状态感知：在建设过程中，应充分利用现有设备进行合理化的增量增配，完成原有系统和新建系统的一致化融合，系统地完成高速公路全息数字感知系统构建。

利用智慧感知设备，进行时空精细化模拟，建立不同的时空分辨率、栅格化的道路运行状态数据库、监测数据库；通过交通状态演化快速仿真模型，对短时交通流量、交通事故风险进行预测，以及对于二次事故及连环事故风险进行快速预测和预警。

2、智慧决策支撑

基于云计算、大数据技术，构建全面感知的、多源数据融合的、高效协同的服务决策应用智慧平台很重要，但完备的数据更重要。智慧服务决策主要包括：

• 智慧服务支撑：边缘计算能力GIS信息平台；

• 大数据中心存储：分布式数据存储区块链去中心化；

• 智慧高速云计算平台：AI智能计算数据深度挖掘；

• 可视化决策系统：多维数据分析、预测综合信息决策研判；

• 智慧服务应用：公众服务路网管理服务。

高速大脑包括下列五个方面：

• 构建一张网：构建路网综合态势监测一张网，通过实时采集路网精准感知数据，并融合交通相关互联网、内部监管数据，实现对高速运营的全时段、全量、全域的关键数字化一张图展示。

• 运行态势：交通运行指数、拥堵指数、路段天气。

• 实时路况：交通流量、车速、堵点。

• 事件展示：事故、行人闯入、逆行、非法占用应急车道等。

• 决策支持：为应急调度指挥、运营管理等决策提供全局精准数据依据，极大提升决策效率。

3、智能业务管理

智能业务管理涉及到的子系统很多，针对设备、路面、桥梁进行差异化管控，通过视频、物联网、传感器等智能感知设备,基于特征识别、移动通信、互联网、北斗等构建智慧高速业务管理体系，实现差异监测，自主上报，智能运维、养护、调度、决策等。

• 智能养护：无人机巡查远程控制清排智能消冰融雪；

• 智能监控：GPS实时定位全方位视频跟踪基础设施实时监测；

• 智能运维：设备维护与管理（运维监测） 三维数字资产管理桥梁健康检测；

• 智能调度：云值机调度路线智能规划车辆订制服务；

• 智慧服务区：停车诱导5G充电桩无人超市；

• 智能收费：无人收费、无感支付、自由流……

沿江智慧高速公路示范路段的事件检测通过雷视事件检测一体机等智能设备的应用，提高事件检测和确认的效率，采取恰当的事件响应措施，安全地清除事件，避免造成拥堵及二次事故的发生，使受到影响的交通流恢复原有的通行能力，以此来提高高速公路的运行效率和安全性，减少国民经济财产的损失。

异常事件的全天候预警分为五大内容：信息采集、事件分类、事件上报、统一管理和事件发布。五大部分相辅相成，共同实现道路施工检测、拥堵事件检测、交通违规事件检测功能。

4、智慧道路主动管控

智慧道路主动管控包括：车道管控、匝道控制、动态信息诱导、可变速控制、事件管理、排队预警、全天候运行监测。

高速公路车道级管控能力(包括对车辆的车道级导航能力)：数字化的基础设施的量和精确度；高精度电子地图、厘米级高精度定位、低时延无线通信、大数据实时分析和云控制系统等多项技术；涉及在路侧设备、车辆侧终端和云控中心侧数据信息和控制指令的处理传递逻辑；包括自由流收费、准全天候通行、危险路段安全预警等功能等多项技术集成和应用。

匝道自主管控具体包括以下几方面：

• 匝道动态开/放：根据主线及匝道的交通流量或突发情况，实现匝道关闭/调节功能。其中突发情况包括突发交通事故、路面积雪湿滑、道路施工等。匝道控制系统由外场交通数据采集设施、匝道控制器、匝道控制信号灯以及中心控制系统组成个互动处设置。

• 匝道出入口危险驾驶行为监测：在匝道出入口采用多目标雷达、视频监控等危险驾驶行为监测设备，实时监测违规停车、互通区车辆逆行、连续变道等危险交通行为，并设置路侧广播与之联动，向车辆广播规章行为进行警示。同时也可与公安交警合作，向其推送交通规章事件。

• 匝道分流诱导、合流警示：分合流区域是事故高发的区段，为提升这一区域的行车安全性，设置匝道分流诱导、合流警示系统；

  在分合流区域护栏和地面鱼复线边缘设置诱导灯，检测匝道合流车辆行驶速度，在路面诱导灯形成流动效果，向主线行驶车辆发出预警。

5、车路协同辅助自动驾驶

准全天候通行：通过高可靠、低时延、无缝覆盖的C-V2X车联网，实时传递给智能网联车，使驾驶员能够在视场受限的情况下产生安全预警，保证出行安全。

车道主动管控及匝道汇入汇出预警：通过上帝视角将道路上运行所有车辆运行状态:方向、速度、位置等信息打包成高精地图中的动态图层。

车路协同辅助自动驾驶：路侧雷达和视频感知在边缘计算节点精准拟合车辆轨迹感知。

6、差异化出行服务

沿江智慧高速建成后能够同时为普通车辆、非自动驾驶网联车辆、自动驾驶网联车辆，提供差异化出行服务。为自动驾驶车辆提供自动驾驶辅助信息，对非自动驾驶网联车辆提供基于定位信息的伴随信息服务，对普通车辆提供比其他道路更丰富、精准的出行信息。

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来源 | 2021全国智慧高速公路技术研讨会暨江苏五峰山未来高速现场会

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