新基建下沿江高速公路扩建智能化建设探究

作者：曹阳（江苏沿江高速公路有限公司）

摘要：在交通运输发展面临新机遇与新挑战的形势下，为加快建设交通强国，本文结合沿江高速实际需求，通过探索5G/LTE-V、AI、大数据、物联网+、云计算等新一代互联网技术的融合，将先进的信息技术、计算机处理技术、通信网络技术等综合运用于运营管理体系中，建立实时、准确、高效的综合智能管理平台，使沿江高速的车辆通行更便捷、公众服务更周到、运营管理更高效、调度决策更科学。

随着建设交通强国新征程的开启，我国高速公路建设与管理进入到追求高质量发展的新阶段，通过智慧化、数字化提升改造，统筹协调人、车、路、环境各要素，实现“智能、快速、绿色、安全”已经成为高速公路管理者奋斗的目标。

一

沿江高速公路现状

图1 沿江高速公路路线示意图

沿江高速（G15+G4221）是江苏省高速公路网规划（2017~2035年）中横九的重要组成部分，总里程135公里，具体路线如图1所示。它地处苏锡常地区，与江阴长江大桥、沪苏通大桥、苏通长江大桥等三条主要过江通道交互，是江苏对接上海的5条高速通道之一。全线路段流量大，车辆交织严重，以董浜枢纽为界，向东G15段双向六车道日均段面交通量超过11万辆，往西G4221段双向四车道日均段面交通量超过6万辆，设计通行能力已经无法满足日益增长的交通需求。智能化管理总体发展水平较低，远不能满足现代运营管理的需求，主要体现在全息感知能力缺乏、事件被动发现、处置滞后；数据共享不到位、整合能力不强，运用挖掘水平有待提升；道路拥堵节点多、通行效率不高，预测、分析决策能力差，公众出行服务智慧化水平较低；业务联动、协调不紧密，指挥调度、事故救援处置等方面有待进一步提升。

沿江高速的扩建计划从董浜枢纽往东六车道扩十车道、往西四车道扩八车道。扩建后枢纽互通密度会更大，需要更高等级的交通安全及效率保障、更智能高效的运营管理、更人性化的交通服务来满足日益增长的车流量和服务需要。

二

建设目标

项目秉持“以人为本”的理念进行顶层设计，结合沿江高速的实际情况，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，同步以智慧赋能的形式从建设、管理、养护、运维、服务五个方面，通过系统、业务双融合来构建“数字感知”“互联融合”“云控管理”“智慧应用”等体系，推动沿江高速的运营数字化、管控智能化、服务运维现代化，全面支撑沿江高速智慧化建设和运营服务。扩建项目目标如图2所示。

图2 沿江高速公路扩建项目目标示意图

三

系统架构

基于高速公路传统机电系统和智能化管理技术理论，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，初步构建“一个平台”“两大应用”“三套体系”的系统架构来打造沿江高速智能化，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。

“一个平台”，即主动智能管控云平台，其系统功能架构如图3所示。它扮演着智慧高速大脑的角色，以标准化方式整合全路段信息资源，提供高质量、高可靠的大数据计算服务，并向各方用户提供云服务。平台通过智能感知、分析、诊断、决策、管理、控制、服务、调度等一系列的智慧化手段，实现对道路场景的精准感知、全域管控和实时展现，以满足不同层级、不同角色的用户需求，从实际应用上满足管理者、消费者及公众对高品质、高质量、高效率出行方式的需求，实现“一个平台”推动沿江高速数字化、智能化、协同化、有序化发展。

图3 “一个平台”的系统功能架构示意图

“两大应用”，即车路协同、自动驾驶，应用场景模拟如图4所示。通过构建灵活的应用架构，以车路协同、自动驾驶智能管理应对未来发展。自动驾驶智能管控主要包括路况智能评估与预警、重点车辆监测、智慧养护、车道级交通控制、自由流收费与现场特情处置、主动安全提示、全自动数字化诊断以及基于BIM的数字化设施管理，满足沿江高速自动驾驶全线I2+和局部I3级建设需求。车路协同即基于车辆智能检测、前端基础设施与后端处理器的通讯、车路通讯、信息智能化分析处理和信息实时发布，实现对车道在时间和空间上的主动管理；通过智能管控、事件预警、精准定位、信息自动交互等功能对车流的路径引导、分流、限行，高效利用道路资源，避免公路堵塞，改善高速公路交通运输环境，使车辆和司乘人员在车道上有序、高效、安全、舒适地运行，全面实现多样化服务，包括恶劣天气行驶诱导、伴随式信息服务、匝道分合流诱导、智能客服、精准定位与救援、智慧服务区、自动驾驶支持等。

图4 “两大应用”的应用场景模拟示意图

“三套体系”，即全域感知体系、边缘计算和云网融合。它们是构建智慧高速云控平台的“云、网、边、端”一体化的“新基建”底座。一是运用云方式实现系统智慧平台的集成部署，即围绕信息化基本架构，构筑“端”“管”“云”安全和标准保障，并从全生命周期考虑涵盖建设运营保障内容。二是基于智慧全息感知模块，通过LTE-V/5G、C-V2X通信网络实时采集路况信息，运用时空精细化模拟、AI智能分析，建立不同的时空分辨和交通状态演化快速仿真模型，对短时交通态势进行快速预测和预警，通过管控平台实现对道路的环境监控、流量分析、基础设施故障监控、安全分析与预警、信息发布等功能。三是通过云、边缘计算，解除上层应用软件和底层硬件资源之间的紧耦合关系，使其既能相互紧密融合又可各自独立演化，从而改变传统信息化基础设施搭建，支撑智慧高速六大要素的实现。

四

结束语

高速公路智慧化是一个复杂的系统，唯有将技术创新、管理创新、服务创新等有机结合起来，才能真正打造“智能、快速、绿色、安全”的智慧高速，实现交通管理智能化，让人、车、路和环境更加和谐统一，让高速通行更加高效、安全、绿色。

（原文刊载于2021年第11期《中国交通信息化》）

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微信编辑 | 户利华

责任编辑 | 彭翔