蔡權(quán)慧

(安徽省交通規(guī)劃設(shè)計研究總院股份有限公司;公路交通節(jié)能環(huán)保技術(shù)交通運輸行業(yè)研發(fā)中心,安徽 合肥 230088)

1 智慧高速信息化系統(tǒng)建設(shè)的需求

隨著高速公路建設(shè)里程的不斷增加，路網(wǎng)化運營趨勢越來越明顯，作為交通運輸行業(yè)主管部門，需要準確掌握交通運輸宏觀信息，如高速公路網(wǎng)的整體運行狀況、交通運輸系統(tǒng)中的結(jié)構(gòu)特征等；作為道路運營管理部門，面臨運營和安全的壓力越來越大，肩負著全線路產(chǎn)路權(quán)維護、設(shè)備維護、交通運行狀態(tài)及時獲取、阻斷信息報送等責任，需要為管理人員建設(shè)具有分析決策大腦作用的智慧信息化公路，有助于輔助其開展日常、應(yīng)急條件下的各項工作；作為高速公路普通用戶，在面對由于出行而增加交通壓力的情況下，智慧信息化高速就是要保證高速公路正常運行的同時能夠為人們提供安全、便捷、高效、人性化的出行服務(wù)。

2 智慧高速信息化系統(tǒng)建設(shè)的目標

智慧高速運用互聯(lián)網(wǎng)+、人工智能等先進適用技術(shù)，實現(xiàn)高速公路高效管理，通行效率顯著提升，公眾信息服務(wù)更加便捷。主要實現(xiàn)：

智慧設(shè)施：包括公路、橋梁、隧道、交通工程及附屬設(shè)施等基礎(chǔ)設(shè)施具備多維感知能力，能夠?qū)崿F(xiàn)彼此間的信息交互、互聯(lián)、互通和自動控制，并與載運工具、交通參與者實現(xiàn)協(xié)同聯(lián)動，能夠主動檢測路網(wǎng)運行異常，及時上報道路擁堵、設(shè)備故障，為公路交通安全和高效通行提供數(shù)據(jù)支撐。

智慧決策：實現(xiàn)新一代信息新技術(shù)與高速公路行業(yè)的深度融合，圍繞公路交通安全、舒適、高效的通行能力以及日常運維管理的智能化，實現(xiàn)主動預(yù)測、自動處置、快速響應(yīng)、品質(zhì)服務(wù)，全面提升以人為本的智慧高速公路決策水平。

智慧管控：基于路網(wǎng)運行的全面感知能力，實現(xiàn)人、車、路的一體化運行監(jiān)測，第一時間發(fā)現(xiàn)公路通行異常，實現(xiàn)車路協(xié)同、區(qū)域路網(wǎng)協(xié)同管理等智能應(yīng)用。

智慧服務(wù)：通過人、車、路互聯(lián)互通，及時聯(lián)網(wǎng)發(fā)布跨區(qū)域交通信息及事故信息，提高高速公路信息化服務(wù)水平和質(zhì)量，包括動態(tài)路徑導(dǎo)航、實時路況發(fā)布、個性化出行、交通分析等。

3 智慧高速信息化系統(tǒng)建設(shè)思路概況

在傳統(tǒng)監(jiān)控設(shè)施、收費設(shè)施、通信設(shè)施、照明設(shè)施的基礎(chǔ)上，以高速公路大數(shù)據(jù)挖掘與綜合利用為核心，以“準全天候、精準化”的出行服務(wù)和“科學(xué)決策、智能管控”的綜合管理為主線，充分利用短程通信、5G、云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能等新一代信息技術(shù)，以及北斗高精定位設(shè)施、路側(cè)智能基站、智能設(shè)備機箱、高性能服務(wù)器、混閃存儲、無人機、模塊化機房、智能誘導(dǎo)邊緣標等新裝備，構(gòu)建高速智慧信息化交通體系，提升高速公路行車速度、惡劣氣象通行能力、車路協(xié)同、綠色節(jié)能四個方面的服務(wù)水平，并為遠期做好預(yù)留。

構(gòu)建全方位的智能監(jiān)控系統(tǒng)、融合通信系統(tǒng)、無感知收費系統(tǒng)、數(shù)字化系統(tǒng)、協(xié)同系統(tǒng)、高效智能化服務(wù)系統(tǒng)、智慧照明系統(tǒng)7大系統(tǒng)+1個全局動態(tài)交通管理平臺。

構(gòu)建基于邊緣計算的全方位跟蹤檢測雷達監(jiān)測與事件分析、車速實時反饋及輔助車輛特征識別系統(tǒng)、運行環(huán)境監(jiān)測感知、車載移動視頻、基于互聯(lián)網(wǎng)地圖的公路實時路況信息采集系統(tǒng)、信息服務(wù)系統(tǒng)的全方位的智能監(jiān)控系統(tǒng)體系，實現(xiàn)高速公路運行狀態(tài)、環(huán)境狀態(tài)、設(shè)備設(shè)施安全運行狀態(tài)智能感知。

構(gòu)建三維覆蓋、多元一體、層級和作用有機結(jié)合的融合通信體系，實現(xiàn)光纖數(shù)字傳輸網(wǎng)、短程通信專網(wǎng)、無線寬帶走廊3大網(wǎng)絡(luò)融合，提供平戰(zhàn)結(jié)合、車路協(xié)同、穩(wěn)定可靠的傳輸通道。

構(gòu)建基于電子不停車快捷收費(ETC)、輔以車牌圖像識別、多種支付手段融合應(yīng)用的收費體系。

構(gòu)建高速公路基礎(chǔ)設(shè)施、交通工程設(shè)施、交通管理設(shè)施的數(shù)字化體系,加強GIS數(shù)據(jù)的采集與更新維護，可實現(xiàn)公路管理業(yè)務(wù)與GIS的全面融合，GIS數(shù)據(jù)質(zhì)量基本滿足管理與公眾服務(wù)需求。

構(gòu)建北斗高精度定位系統(tǒng)，為自動駕駛車輛提供高等級定位、授時服務(wù)，以及為普通用戶提供精準定位與授時功能。

構(gòu)建協(xié)同系統(tǒng)，實現(xiàn)人、車、路的信息交互，提供面向惡劣氣象條件的準全天候通行條件。

構(gòu)建高效智能化服務(wù)系統(tǒng)，打造服務(wù)區(qū)五位一體綜合交通樞紐系統(tǒng)。

構(gòu)建智慧照明系統(tǒng)，用于提高高速公路的行車環(huán)境，減少安全事故，同時能夠為智能駕駛車輛夜間運行安全性提供保障。

構(gòu)建1個全局動態(tài)交通管理服務(wù)平臺，實現(xiàn)交通運行狀態(tài)監(jiān)測與態(tài)勢評估、應(yīng)急指揮調(diào)度、交通信息發(fā)布服務(wù)、公眾信息對接、四維實景仿真。

4 系統(tǒng)詳細介紹

4.1 全方位的智能監(jiān)控系統(tǒng)

在統(tǒng)籌考慮監(jiān)控設(shè)施設(shè)置的沿線監(jiān)控設(shè)備基礎(chǔ)上，構(gòu)建地空天立體化的多元智能感知網(wǎng)，通過互聯(lián)網(wǎng)共享周邊路網(wǎng)運行狀態(tài)、氣象等信息，實現(xiàn)高速公路運行狀態(tài)感知、路網(wǎng)環(huán)境狀態(tài)感知和設(shè)備設(shè)施安全運行狀態(tài)感知。建設(shè)智慧高速BIM模型，實現(xiàn)沿線機電設(shè)施(如攝像機、可變信息標志、智能路側(cè)設(shè)備等)的信息化、數(shù)字化和可視化管理傳統(tǒng)的感知體系以自建信息化設(shè)施為主，投入較大，但效果不能得到有效保證。為節(jié)約投資，同時獲取最佳使用效果，自建高速的部分采集系統(tǒng)，并充分利用互聯(lián)網(wǎng)地圖和第三方數(shù)據(jù)資源，建立功能完善的智慧感知體系。自建系統(tǒng)以視頻采集為主(包括路側(cè)、車載等不同監(jiān)控手段)，根據(jù)實際建設(shè)效果的需要，輔助以必要的卡口檢測設(shè)備、氣象檢測設(shè)備、視頻事件監(jiān)測設(shè)備和交通流檢測設(shè)備；互聯(lián)網(wǎng)地圖、來自第三方的氣象信息及貨運車輛軌跡信息同自建系統(tǒng)采集信息有效結(jié)合，實現(xiàn)對高速基礎(chǔ)設(shè)施及沿線附屬設(shè)備的基本信息、變化情況的全面掌握，實現(xiàn)對公路路網(wǎng)動態(tài)運行狀況的全面監(jiān)測。

4.2 融合通信

構(gòu)建多網(wǎng)融合、三維覆蓋、多元一體的融合網(wǎng)絡(luò)體系，是指面向高速公路人、車、路或物、環(huán)境等多種元素通信需求，結(jié)合公、專網(wǎng)建設(shè)涵蓋光纖數(shù)字傳輸網(wǎng)、短程通信專網(wǎng)、無線寬帶走廊等3大網(wǎng)絡(luò)，3大網(wǎng)絡(luò)相互融合、互為補充、各施所長，構(gòu)成層級和作用有機結(jié)合的體系，作為高速公路智能化運營的可靠基礎(chǔ)，為海量數(shù)據(jù)穩(wěn)定傳輸、車路協(xié)同式自動駕駛、設(shè)備(設(shè)施)互聯(lián)互通和應(yīng)急傳輸提供可靠保障，這便是融合通信中的網(wǎng)絡(luò)接入及承載網(wǎng)建設(shè)。在控制管理層，通過整合信令及媒體格式，打造全媒體融合調(diào)度系統(tǒng)。

4.3 無感知收費系統(tǒng)

按照取消高速公路省界收費站總體技術(shù)方案的要求，高速公路原則上在每個互通立交、入/出口之間均設(shè)立ETC門架系統(tǒng)，實現(xiàn)ETC車輛和MTC車輛分段計費，對于ETC車輛生成交易流水、通信記錄和抓拍圖像信息，并及時上傳至省聯(lián)網(wǎng)中心；對于MTC車輛，通過讀取CPC卡內(nèi)車輛信息，計算費額并寫入CPC卡內(nèi)，形成通行記錄，并同抓拍圖像信息及時上傳至省聯(lián)網(wǎng)中心?？梢詫崿F(xiàn)基于ETC技術(shù)為主、車牌視頻識別技術(shù)為輔的自由流收費。

為補充惡劣天氣等對車牌識別的影響，在ETC門架設(shè)置車輛檢測定位系統(tǒng)。

4.4 協(xié)同系統(tǒng)

車路協(xié)同與自動駕駛體驗系統(tǒng)總體功能為:主要依托于車-路通信系統(tǒng)、北斗高精度時空服務(wù)系統(tǒng)及相應(yīng)的后臺功能軟件或服務(wù)，輔以各類路側(cè)智能感控、多網(wǎng)融合通信系統(tǒng)、云計算數(shù)據(jù)中心等系統(tǒng)，實現(xiàn)各類車路協(xié)同典型應(yīng)用并支持自動駕駛體驗，從而滿足以提高安全與效率為目標的精準控制與信息服務(wù)需求，并支持高速公路智慧交通功能的后續(xù)升級與擴展。

車路通信系統(tǒng)將采用前端+后臺的系統(tǒng)架構(gòu)實現(xiàn)，車路通信系統(tǒng)的前端包括:車載通信設(shè)備、路側(cè)通信設(shè)備和邊緣計算設(shè)備。車載通信設(shè)備部署與車輛內(nèi)部或其他移動載體上，與路側(cè)通信設(shè)備通過LTE-V直連通信模式(即PC5模式)實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互；路側(cè)通信設(shè)備與邊緣計算設(shè)備部署在高速公路兩側(cè)或中央隔離帶區(qū)域，通過高速公路光纖接入網(wǎng)與后臺系統(tǒng)連接。實際應(yīng)用中,邊緣計算設(shè)備主要負責其所協(xié)同管轄范圍內(nèi)的多個路側(cè)通信設(shè)備，同時根據(jù)工程具體情況考慮并行接入監(jiān)控系統(tǒng)部分路側(cè)設(shè)備關(guān)鍵數(shù)據(jù)，輔助實現(xiàn)車路協(xié)同與自動駕駛體驗服務(wù)。

車路協(xié)同應(yīng)用系統(tǒng)是一套針對各項車路協(xié)同場景應(yīng)用的軟件功能模塊集合。各個軟件功能模塊以車路通信系統(tǒng)、北斗高精度時空服務(wù)系統(tǒng)、高精度數(shù)字地圖系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，輔助使用監(jiān)控系統(tǒng)提供的部分信息數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)篩查、數(shù)據(jù)融合等信息處理技術(shù)，實現(xiàn)典型車路協(xié)同應(yīng)用場景下面向行車安全與效率提升的車路協(xié)同應(yīng)用，同時為更復(fù)雜的智能駕應(yīng)用提供業(yè)務(wù)基礎(chǔ)功能。

4.5 BIM+GIS+高精度數(shù)字地圖數(shù)字化綜合管理平臺

BIM 是基礎(chǔ)設(shè)施物理和功能特性的數(shù)字表達，可以實現(xiàn)從建設(shè)到養(yǎng)護到拆除全壽命周期的信息共享，GIS 是在計算機硬、軟件系統(tǒng)支持下，對整個或部分地球表層(包括大氣層)空間中的有關(guān)地理分布數(shù)據(jù)進行采集、存儲、管理、運算、分析、顯示和描述的技術(shù)系統(tǒng)；BIM 專注于基礎(chǔ)設(shè)施自身，而GIS 專注于基礎(chǔ)設(shè)施外部環(huán)境信息。BIM+GIS 技術(shù)的組合，實現(xiàn)了基礎(chǔ)設(shè)施內(nèi)外部的整合。

全線基礎(chǔ)設(shè)施、附屬設(shè)施、交安設(shè)施、機電設(shè)施等，建立LOD300級的精細化BIM 模型，通過傾斜攝影技術(shù)獲得高速公路的地膜、工程主體250 m 范圍內(nèi)的建筑物及周邊環(huán)境的三維實景GIS 模型，建立三維高精度地圖，結(jié)合重點基礎(chǔ)設(shè)施的健康監(jiān)測、例行檢查、視頻監(jiān)控等感知手段，搭建運營養(yǎng)護階段的基礎(chǔ)設(shè)施綜合管理平臺，可應(yīng)用于電子沙盤、結(jié)構(gòu)安全狀態(tài)評價、智能預(yù)警、養(yǎng)護決策、養(yǎng)護資金管理、養(yǎng)護人員管理、大數(shù)據(jù)分析等功能。

高精度數(shù)字地圖可覆蓋主線全線，包括線路內(nèi)的全部要素信息和線路周邊與通行相關(guān)要素信息，為高速全線道路與基礎(chǔ)設(shè)施裝備的數(shù)字化提供支持。數(shù)據(jù)采集依賴于高精度時空精準服務(wù)系統(tǒng)，因此高精度數(shù)字地圖的制作應(yīng)在高速公路土建工程完工、高精度時空精準服務(wù)系統(tǒng)建設(shè)完成之后進行。

4.6 高效智能化服務(wù)系統(tǒng)

在服務(wù)區(qū)設(shè)罝各類傳感器，收集停車位、廁位、加油車位、充電樁、周邊地區(qū)實時及預(yù)祁氣象等信息，依托物聯(lián)網(wǎng).通過分布在服備區(qū)內(nèi)的指示牌、顯示屏和液晶顯示器等及時反饋給出行者；結(jié)合視頻分折、大數(shù)據(jù)、人工智能，分折車輛、人員迸出服務(wù)區(qū)的統(tǒng)計和流向，針對出行者餐飲、加油、如廁等不同的目標和需求提前準備相應(yīng)配套設(shè)施的資源，一旦出現(xiàn)客流車流高峰，自動生成調(diào)度方案，對出行者進行引導(dǎo)，確保服務(wù)區(qū)接待能力；根據(jù)不同的天氣、時間段和基礎(chǔ)設(shè)施的使用率，提供不同的亮化景觀、智慧照明和背景音樂，同時服務(wù)區(qū)WIFI全覆蓋，實現(xiàn)服務(wù)區(qū)場區(qū)和建筑內(nèi)的人性化設(shè)置與節(jié)能控制。通過上述措施，打造出“會思考、有智慧”的服務(wù)區(qū)，使整個服務(wù)區(qū)高效有序的運營。

4.7 智慧照明

智慧照明三個核心的方式：LED 路燈的控制、巡檢和調(diào)光，以智慧照明的角度對智慧高速做支撐。傳統(tǒng)的智慧照明僅僅能實現(xiàn)高速公路照明的控制，巡檢及調(diào)光，對于智慧城市建設(shè)所需要的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)、大數(shù)據(jù)等的支撐能力有限。路燈和燈桿在高速公路上密集分布，具有方便組網(wǎng)、取電的優(yōu)勢，將來成為智慧高速建設(shè)的感知層的數(shù)據(jù)載體。

智慧路燈通過大范圍連續(xù)獲取關(guān)鍵電網(wǎng)運行參數(shù)，幫助高速公路管理部門評估供電質(zhì)量。同時，通過這些公開數(shù)據(jù)，電網(wǎng)管理者能夠快速獲悉斷電情況，加快故障恢復(fù)過程。

4.8 全局動態(tài)交通管理平臺

路網(wǎng)綜合管理系統(tǒng)：針對日常管理及應(yīng)急指揮的需求，建設(shè)交通運行狀態(tài)監(jiān)測與態(tài)勢評估系統(tǒng)，應(yīng)急指揮調(diào)度系統(tǒng)，實現(xiàn)日常運行管理和協(xié)調(diào)調(diào)度，高速公路突發(fā)公共事件情況下的應(yīng)急處置、應(yīng)急事件查詢、應(yīng)急物資和應(yīng)急人員指揮調(diào)度等功能網(wǎng)絡(luò)安全系統(tǒng)：根據(jù)“一個中心”管理下的“三重保護”體系框架，構(gòu)建安全機制和策略，形成本系統(tǒng)的安全保護環(huán)境。該環(huán)境分為四部分：安全計算環(huán)境、安全區(qū)域邊界、安全通信網(wǎng)絡(luò)、安全管理中心和安全智能終端。每部分由1個或若干個子系統(tǒng)(安全保護部件)組成，子系統(tǒng)具有安全保護功能獨立完整、調(diào)用接口簡潔、與安全產(chǎn)品相對應(yīng)和易于管理等特征。安全計算環(huán)境可細分為節(jié)點子系統(tǒng)和典型應(yīng)用支撐子系統(tǒng)；安全管理中心可細分為系統(tǒng)管理子系統(tǒng)、安全管理子系統(tǒng)和審計子系統(tǒng)。

軟硬件支撐系統(tǒng)：智能高速公路的實施依托多方面的支撐，首先建設(shè)扁平化、分級授權(quán)和安全的數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)，包括由區(qū)域分布式云中心、本地小型數(shù)據(jù)中心聯(lián)合組成智能高速公路云軟硬件系統(tǒng)，云安全系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。

5 結(jié)束語

智慧高速信息化系統(tǒng)涉及范圍廣泛，并不僅僅局限于以上子系統(tǒng)，系統(tǒng)的完善還有賴于技術(shù)的發(fā)展和進步。目前智慧高速信息化系統(tǒng)的發(fā)展雖然僅是起步試驗階段，很多子系統(tǒng)也有待完善、補充、落地，但是這將是未來十年內(nèi)的一個發(fā)展方向，因此目前正在建設(shè)項目在綜合考慮近期機電工程建設(shè)的同時，應(yīng)注重遠期綜合規(guī)劃，按照“一次設(shè)計，分期實施”的原則進行綜合規(guī)劃。近期工程建設(shè)在土建、管線、光纜、供電等基礎(chǔ)性設(shè)施上要為遠期智慧交通信息化建設(shè)預(yù)留充足的發(fā)展空間，傳輸設(shè)備、數(shù)據(jù)中心平臺建設(shè)需滿足后期專項工程接入的需求，智慧交通信息化系統(tǒng)應(yīng)結(jié)合遠期規(guī)劃，緊跟技術(shù)發(fā)展，成熟一個實施一個，對整體機電工程進行完善和提升。