牛建峰，袁勝強(qiáng)，，印莉敏，貢 瑋

1.上海市政工程設(shè)計(jì)有限公司，2.上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司

0 引 言

無人駕駛技術(shù)作為市場熱點(diǎn)，其實(shí)際技術(shù)迭代慢于預(yù)期。目前智能駕駛技術(shù)仍處于L3級(jí)，短期內(nèi)完全通過單車智能方式實(shí)現(xiàn)無人監(jiān)管下的商業(yè)運(yùn)營存在代價(jià)大、風(fēng)險(xiǎn)高等問題。東海大橋自動(dòng)集卡示范測試結(jié)果顯示，依靠現(xiàn)有單車智能技術(shù)無法充分保障安全性與有效性。因此，單車智能研發(fā)的同時(shí)，須構(gòu)建完善的無人駕駛行駛環(huán)境，即車端與路側(cè)協(xié)同配合。通過在路端構(gòu)建智能化全息感知設(shè)備、智能路牌、智能信號(hào)燈等車路協(xié)同的設(shè)施能夠保證單車智能對(duì)于外界數(shù)據(jù)和信息的獲取，進(jìn)一步提高車輛端的感知覆蓋能力，避免盲區(qū)事故的發(fā)生，降低車輛接管次數(shù)。

自動(dòng)集卡專用道是供自動(dòng)集卡專用路權(quán)的道路，通過數(shù)字交通基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，降低自動(dòng)駕駛交通場景復(fù)雜度，提升系統(tǒng)運(yùn)行安全與效率。目前國內(nèi)自動(dòng)集卡貨運(yùn)體系尚未開展過系統(tǒng)性研究與論證工作。本次針對(duì)貨運(yùn)自動(dòng)集卡專用道進(jìn)行研究，是良好把握產(chǎn)業(yè)與市場發(fā)展趨勢，開展前瞻性研究以指導(dǎo)后續(xù)工作部署的需要；是助力上海市新基建產(chǎn)業(yè)發(fā)展，進(jìn)行初步可行性論證與項(xiàng)目儲(chǔ)備的需要；是極大提升上海疏港及物流能力，支撐上海穩(wěn)步發(fā)展為卓越全球城市的需要。

1 現(xiàn)狀及趨勢

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展及上海國際航運(yùn)中心的建設(shè)，可預(yù)期未來上海市道路貨運(yùn)量穩(wěn)步增長，而在人口紅利逐步減退、成本快速增加的背景下，依靠傳統(tǒng)勞動(dòng)密集型的運(yùn)輸方式與手段將難以應(yīng)對(duì)運(yùn)輸需求的穩(wěn)定增長。

依據(jù)洋山港集疏運(yùn)規(guī)劃，公路集疏運(yùn)占比將持續(xù)下降，從而保證公路運(yùn)輸吞吐量在東海大橋可承受范圍之內(nèi)，但可預(yù)見，在較長的一段時(shí)間內(nèi)，公路運(yùn)輸仍將占洋山港集疏運(yùn)的50%，總運(yùn)量仍將隨洋山港集裝箱吞吐量的持續(xù)增長而小幅上升。統(tǒng)計(jì)顯示，2021年洋山港公路集裝箱集散總量高達(dá)1130萬TEU，已接近東海大橋理論承受極限1 200萬TEU，在充分保障安全的前提下，合理突破東海大橋承受極限，已成為支撐洋山港集裝箱吞吐量穩(wěn)定增長的重要課題，且迫在眉睫。

自動(dòng)集卡作為更安全、高效、靈活的新一代運(yùn)輸模式，已被視為應(yīng)對(duì)勞動(dòng)力短缺、行駛環(huán)境惡劣、高強(qiáng)度連續(xù)作業(yè)等特殊情景的有效解決方案。同時(shí)，通過這一新技術(shù)的采用，可縮短車頭間距、提高道路通行能力，通過調(diào)節(jié)車隊(duì)組織實(shí)現(xiàn)“削峰填谷”，從而保證在東海大橋可承受的荷載下，實(shí)現(xiàn)更高的集卡集疏運(yùn)吞吐量。

根據(jù)相關(guān)研究成果，由于自動(dòng)集卡的反應(yīng)時(shí)間可以縮小至300 ms，因此，在平均車速為80 km/h左右時(shí)，自動(dòng)集卡通過縮小車頭時(shí)距，可將最大服務(wù)交通量提升約20%。因此，隨著自動(dòng)集卡車隊(duì)規(guī)模上升，不但對(duì)社會(huì)車輛的交通影響逐步減小，還可提高專用道所在車道通行能力，從而突破原有交通瓶頸，優(yōu)化道路時(shí)空資源。

而對(duì)于市域乃至更廣闊的范圍而言，自動(dòng)集卡的運(yùn)用可提高道路使用效率，從而釋放更多的道路時(shí)空資源，緩解資源沖突，提高社會(huì)效益。對(duì)自動(dòng)集卡貨運(yùn)干線相關(guān)課題的研究無論對(duì)保障世界航運(yùn)中心的建設(shè)，還是提升社會(huì)生活整體效率與品質(zhì)，均意義重大。

2 總體原則

在符合上海市路網(wǎng)及貨運(yùn)布局、交通和經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展的前提下，重點(diǎn)研究通道路線選擇、建設(shè)規(guī)模、斷面布置、交通適應(yīng)性等，使本研究的研究成果有利于提升港口公路集疏運(yùn)能級(jí)，有利于發(fā)揮路網(wǎng)整體運(yùn)行效率，有利于地區(qū)規(guī)劃的開發(fā)和協(xié)調(diào)，有利于降低道路建設(shè)對(duì)生態(tài)環(huán)境和人居生活的影響。

（1）選線與集卡行駛軌跡吻合原則。在現(xiàn)狀道路基礎(chǔ)上進(jìn)行選線，選線應(yīng)與現(xiàn)狀集卡的主要通道相符合，避免開辟新的通道，對(duì)路網(wǎng)造成不利影響。

（2）專用道實(shí)行時(shí)空封閉原則。專用道路段在規(guī)定時(shí)間內(nèi)僅供自動(dòng)集卡行駛，避免其它車輛隨意進(jìn)入，保障專用道通行效率，同時(shí)減少自動(dòng)集卡對(duì)社會(huì)車道影響。

（3）分級(jí)分期實(shí)施原則。充分考慮可行性和必要性，近遠(yuǎn)期結(jié)合。近期盡量利用現(xiàn)狀道路設(shè)施，不進(jìn)行大規(guī)模的基礎(chǔ)工程建設(shè)，專用道定位為測試及試運(yùn)行。遠(yuǎn)期根據(jù)自動(dòng)集卡車輛及物流的規(guī)模全面提升專用道標(biāo)準(zhǔn)。

3 主要技術(shù)要求

參考全國各地對(duì)自動(dòng)駕駛車輛道路的測試和管理規(guī)范，結(jié)合自動(dòng)集卡對(duì)高速公路設(shè)施的實(shí)際需求，自動(dòng)駕駛專用道的技術(shù)要點(diǎn)如下：

（1）支持自動(dòng)駕駛的標(biāo)志標(biāo)線設(shè)計(jì)

目前還沒有針對(duì)自動(dòng)駕駛專用道的標(biāo)志標(biāo)線規(guī)范，本研究根據(jù)現(xiàn)有的道路標(biāo)志標(biāo)線規(guī)范來進(jìn)行自動(dòng)駕駛專用道的設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)中沿專用車道路面和路側(cè)設(shè)計(jì)醒目清晰的標(biāo)線和標(biāo)志。在自動(dòng)駕駛專用道與立交樞紐入口匝道處配有醒目的準(zhǔn)入標(biāo)志標(biāo)牌，對(duì)進(jìn)入車輛類型、車速等進(jìn)行限制，只允許符合規(guī)定的自動(dòng)駕駛車輛駛?cè)?。在針?duì)自動(dòng)駕駛專用道的標(biāo)志標(biāo)線規(guī)范出臺(tái)之前，具體的設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)可參照已有的道路標(biāo)志標(biāo)線設(shè)置規(guī)范。

（2）支持自動(dòng)駕駛的車路協(xié)同設(shè)施

建立自動(dòng)駕駛車路協(xié)同系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)自動(dòng)駕駛車輛狀態(tài)的協(xié)同感知，并通過車路協(xié)同路側(cè)系統(tǒng)對(duì)自動(dòng)駕駛車輛進(jìn)行交通信息服務(wù)和對(duì)車輛進(jìn)行控制。支持自動(dòng)駕駛的車路協(xié)同設(shè)施建設(shè)原則如下：

①安裝支持自動(dòng)駕駛的傳感器、監(jiān)測器、路標(biāo)等設(shè)備設(shè)施。

②由于自動(dòng)駕駛專用車道為內(nèi)側(cè)單一車道設(shè)計(jì)，車路協(xié)同與協(xié)同感知設(shè)備布設(shè)方式采用立柱側(cè)裝方式，這樣既可以覆蓋專用道又可以節(jié)省成本。立柱側(cè)裝方式對(duì)應(yīng)路側(cè)立柱的安裝。

③車路協(xié)同設(shè)備放置位置斷面選取需要綜合考慮自動(dòng)駕駛專用道的位置、道路線性特點(diǎn)、交通流量分布、道路基礎(chǔ)條件、危險(xiǎn)路段區(qū)域等因素，具體原則如下：選擇靠近自動(dòng)駕駛專用道的路側(cè)安裝，通信范圍覆蓋專用道自動(dòng)駕駛車輛；盡可能選擇車載終端用戶量較大的路段；選擇具備路側(cè)基礎(chǔ)安裝條件的點(diǎn)（有門架或立柱條件），選擇供電及通信條件到位或條件易達(dá)點(diǎn)；能夠與高速公路上已有的其它交通信息采集設(shè)備構(gòu)成數(shù)據(jù)互補(bǔ)體系；兼顧道路交通安全因素，對(duì)一些重點(diǎn)路段、特殊路段、事故多發(fā)路段進(jìn)行加密。

④根據(jù)自動(dòng)駕駛車輛測試的要求，選擇每0.5 km間隔建設(shè)自動(dòng)駕駛車路協(xié)同路側(cè)設(shè)備的布設(shè)方式。全路段布設(shè)約350個(gè)（見圖1）。

圖1 邊緣感知計(jì)算系統(tǒng)

（3）基于位置服務(wù)的高精度定位系統(tǒng)

自動(dòng)駕駛車輛離不開高精度精準(zhǔn)定位和高精度GIS地圖，高精度北斗定位基于北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)結(jié)合CORS站實(shí)現(xiàn)厘米級(jí)定位，可以為基于車路協(xié)同的自動(dòng)駕駛車輛提供厘米級(jí)高精度定位服務(wù)，實(shí)現(xiàn)車道級(jí)的車輛位置定位和監(jiān)控，同時(shí)為云控平臺(tái)提供基礎(chǔ)支撐。

（4）沿專用道照明布設(shè)

對(duì)道路、路面、標(biāo)志標(biāo)線及前方障礙物的準(zhǔn)確識(shí)別是自動(dòng)駕駛車輛重要的功能，目前視頻識(shí)別仍然是自動(dòng)駕駛車輛識(shí)別外部環(huán)境的主要手段，交通環(huán)境的光照條件對(duì)視頻識(shí)別的效果有相當(dāng)大的影響，可以大大提高自動(dòng)駕駛車輛識(shí)別的準(zhǔn)確性。此外，一定的照明條件可以提高自動(dòng)駕駛車輛行駛狀態(tài)視頻監(jiān)控的質(zhì)量。因此，為提高自動(dòng)駕駛道路及標(biāo)志標(biāo)線識(shí)別的準(zhǔn)確性和自動(dòng)駕駛車輛的實(shí)時(shí)監(jiān)控質(zhì)量，需要對(duì)自動(dòng)駕駛專用道沿線布設(shè)照明設(shè)施。

根據(jù)相關(guān)高速公路照明設(shè)施布設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，采用專用道沿路段照明縱向布設(shè)間距0.03～0.05 km進(jìn)行布設(shè)?？梢愿鶕?jù)自動(dòng)駕駛車輛的特點(diǎn)設(shè)計(jì)針對(duì)自動(dòng)駕駛車輛及自動(dòng)駕駛行為監(jiān)控應(yīng)用的照明設(shè)施。

（5）沿專用道交通事件檢測設(shè)備布設(shè)

目前自動(dòng)駕駛車輛的性能仍然處于測試階段，需要對(duì)自動(dòng)駕駛車輛行駛過程中的駕駛軌跡、駕駛行為等進(jìn)行全程交通事件檢測，以便對(duì)自動(dòng)駕駛的行駛狀態(tài)、事故原因等進(jìn)行分析。因此，需要在原有沿高速公路全路段交通事件檢測的基礎(chǔ)上，加密交通事件檢測監(jiān)控點(diǎn)，提升對(duì)自動(dòng)駕駛車輛進(jìn)行全覆蓋的交通事件檢測。

交通事件檢測設(shè)備可對(duì)自動(dòng)駕駛車輛及與自動(dòng)駕駛相關(guān)的事件等進(jìn)行實(shí)時(shí)圖像監(jiān)控，并能通過圖像分析自動(dòng)判斷停車、交通擁堵、車輛排隊(duì)超限、行人進(jìn)入、車輛逆行、交通事故、車輛丟拋物、能見度檢測等事件，及時(shí)發(fā)現(xiàn)自動(dòng)駕駛專用道內(nèi)異常事件，并提供自動(dòng)駕駛相關(guān)事件處理依據(jù)。

自動(dòng)駕駛視頻采集設(shè)備可采用交通視頻監(jiān)控設(shè)備，主線路段按0.5～1 km間隔設(shè)置交通事件檢測設(shè)備以監(jiān)視自動(dòng)駕駛專用道的車輛及交通狀態(tài)，橋梁、分合流區(qū)、互通式立體交叉橋及易積水、視距不良、易發(fā)生擁堵及交通事故等重點(diǎn)路段應(yīng)加密布設(shè)。

4 專用道方案

4.1 專用道路徑選擇

根據(jù)前期調(diào)研和現(xiàn)狀集卡GPS數(shù)據(jù)分析，初步擬定兩條線路作為貨運(yùn)自動(dòng)集卡專用道備選線位（見表1）。

表1 專用道線位方案比選一覽表

線路一：自洋山港至楊高北路出入口

路線自南向北依次途經(jīng)東海大橋—S2（東海大橋—G1503段）—G1503（S2—楊高北路出入口），全長約102.2 km。

線路二：自洋山港至凌海路出入口

路線自南向北依次途經(jīng)東海大橋—S2—S20，全長約104.6 km。

路線一（S2—G1503）為現(xiàn)狀集卡集疏運(yùn)主要路線，沿線風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)相對(duì)較少，斷面規(guī)模匹配度較高，道路通行能力余量較為充足，處于城市邊緣地帶，與城市生活交通沖突較小，宜作為推薦方案。

4.2 車道設(shè)置

專用道設(shè)置應(yīng)保證通道整體運(yùn)行效率，全面梳理交通設(shè)施情況，近期打通交通瓶頸段，在主線上設(shè)置集卡專用道，需滿足主線車道數(shù)≥3車道；在匝道上設(shè)置集卡專用，需滿足車道數(shù)≥2車道。遠(yuǎn)期根據(jù)交通預(yù)測需求，對(duì)沿線道路進(jìn)行擴(kuò)容。

本方案對(duì)自動(dòng)集卡的設(shè)置車道進(jìn)行比選，共有以下三種比選方案（見表2）。

表2 車道布置方案比選表

情景一：自動(dòng)集卡駛出/駛?cè)胫骶€

采用方案一時(shí)存在以下問題：

采用方案二、方案三時(shí)不存在交織問題。

結(jié)論：如果自動(dòng)集卡通過匝道駛?cè)?駛出主線，方案二、方案三沖突點(diǎn)較少。

情景二：自動(dòng)集卡直行穿越立交區(qū)

采用方案一時(shí)不存在交織問題。

采用方案二/方案三時(shí)存在以下問題：

結(jié)論：如果自動(dòng)集卡穿越立交區(qū)時(shí)，采用方案一可有效規(guī)避進(jìn)出主線的社會(huì)車輛沖突點(diǎn)（見圖2）。

圖2 自動(dòng)集卡穿越立交區(qū)交通組織示意圖

經(jīng)比較，應(yīng)結(jié)合道路出入口布置、車輛數(shù)量等情況因地制宜，靈活機(jī)動(dòng)，合理設(shè)置集卡專用車道。當(dāng)沿線出入口較少時(shí)，方案一較適合；當(dāng)自動(dòng)集卡數(shù)量較少時(shí)，對(duì)社會(huì)車輛使用緊急停車帶影響較小，方案二較合適；當(dāng)自動(dòng)集卡數(shù)量足夠多，且沿線自動(dòng)集卡出入口也較多時(shí)，則方案三較合適。

4.3 總體布置方案

通過對(duì)路線和車道布置的比選，專用道選用東海大橋—S2公路—G1503公路?？紤]到自動(dòng)集卡在出入口處與社會(huì)車輛沖突點(diǎn)較多，建議在沿線盡量減少設(shè)置自動(dòng)集卡進(jìn)出口。

車道設(shè)置方案根據(jù)出入口的情況分段設(shè)置。在規(guī)劃階段盡量減少沿線設(shè)置自動(dòng)集卡出入口。具體布置方案如下：

東海大橋—集疏運(yùn)中心（海港立交）段采用方案三（緊急停車帶）；

臨港收費(fèi)站—G1503段采用方案三（緊急停車帶）；

其中，在東海大橋收費(fèi)站、臨港收費(fèi)站、大亭立交處采用人工接管。

當(dāng)自動(dòng)集卡數(shù)量較少，專用道分時(shí)段封閉時(shí)，考慮本階段自動(dòng)集卡對(duì)社會(huì)車輛使用緊急停車帶的影響較，布置在外側(cè)的專用道建議采用方案二（號(hào)車道）（見圖3）。

圖3 自動(dòng)集卡專用道布置方案—路線圖

4.4 專用道分期實(shí)施

自動(dòng)集卡專用道的實(shí)施應(yīng)根據(jù)上海國際航運(yùn)中心規(guī)劃，自動(dòng)集卡車輛規(guī)模，啟用自動(dòng)集卡裝卸作業(yè)碼頭、堆場的數(shù)量及分布情況等因素最終確定。根據(jù)現(xiàn)狀基礎(chǔ)條件和未來發(fā)展的預(yù)測，擬分三步進(jìn)行。第一：局部專用道規(guī)?；囘\(yùn)行，即東海大橋自動(dòng)集卡專用道的規(guī)?；囘\(yùn)行；第二：近期全線分時(shí)段專用道試運(yùn)行，即在自動(dòng)集卡數(shù)量不夠多的前提下，洋山港至外高橋自動(dòng)集卡專用道全線分時(shí)段試運(yùn)行；第三：遠(yuǎn)期全線全時(shí)段專用道運(yùn)營，即遠(yuǎn)期在碼頭和堆場啟用自動(dòng)集卡規(guī)?；詣?dòng)集卡數(shù)量足夠多的情況下，實(shí)現(xiàn)通道內(nèi)自動(dòng)集卡專用道全時(shí)段運(yùn)行，提高通道服務(wù)水平。

（1）局部路段專用道規(guī)?；囘\(yùn)行

2023年建成洋山港集疏運(yùn)中心及市政配套工程。根據(jù)上港集團(tuán)和上汽集團(tuán)的戰(zhàn)略合作，擬逐步投入約100輛自動(dòng)集卡，開展洋山港至集疏運(yùn)中心的集裝箱轉(zhuǎn)運(yùn)業(yè)務(wù)。在東海大橋洋山港—集疏運(yùn)中心（海港立交）交通平峰階段運(yùn)行，設(shè)置“時(shí)段性”專用道（見圖4）。

圖4 東海大橋自動(dòng)集卡專用道線位示意圖

東海大橋登陸段通過海港立交高架連接道與集疏運(yùn)中心相連，洋山港段與洋四期自動(dòng)碼頭相連，中間段長約32.5km，中間無任何出入口。由于自動(dòng)集卡數(shù)量較少，分時(shí)專用道對(duì)社會(huì)車輛使用緊急停車帶的影響較小，自動(dòng)集卡專用道設(shè)置在外車道可以消除進(jìn)出口的交織。因此自動(dòng)集卡分時(shí)專用道車道設(shè)置在號(hào)車道。

（2）近期全線分時(shí)段專用道試運(yùn)行

近期2025年左右，在自動(dòng)集卡數(shù)量不夠多的前提下，預(yù)測可提供的自動(dòng)集卡數(shù)量約500輛（含集疏運(yùn)中心100輛），洋山港至外高橋自動(dòng)集卡專用道全線分時(shí)段試運(yùn)行；根據(jù)專用道總體設(shè)計(jì)方案，進(jìn)行全線標(biāo)志標(biāo)線的改建，局部主要節(jié)點(diǎn)包括大亭立交節(jié)點(diǎn)、滬崇蘇立交節(jié)點(diǎn)通過標(biāo)志標(biāo)線改建實(shí)現(xiàn)專用道的功能，S2（G1503—東海大橋收費(fèi)站）在現(xiàn)狀道路基礎(chǔ)上進(jìn)行專用道設(shè)置（見圖5、圖6）。

圖5 自動(dòng)集卡專用道指示標(biāo)志

圖6 自動(dòng)集卡專用道指示標(biāo)線

（3）遠(yuǎn)期全時(shí)段專用道運(yùn)營

遠(yuǎn)期在碼頭和堆場啟用自動(dòng)集卡規(guī)模化，自動(dòng)集卡數(shù)量足夠多的情況下，實(shí)現(xiàn)洋山港—外高橋自動(dòng)集卡專用道全時(shí)段運(yùn)行，提高通道服務(wù)水平。通過改建主要節(jié)點(diǎn)包括大亭立交節(jié)點(diǎn)、滬崇蘇立交節(jié)點(diǎn)和S2（G1503—東海大橋收費(fèi)站），完善全場景交通數(shù)字化、關(guān)鍵點(diǎn)位路側(cè)高頻動(dòng)態(tài)感知系統(tǒng)及車路系統(tǒng)管控中心平臺(tái)，全面提升專用道技術(shù)等級(jí)。

同步研究外高橋—S16出省通道自動(dòng)集卡專用道的可行性。

5 結(jié) 語

在新基建國家戰(zhàn)略和上海國際航運(yùn)中心建設(shè)背景下，本文圍繞洋山港開展自動(dòng)集卡專用道方案研究，確定總體原則和主要技術(shù)要求，通過系統(tǒng)性的現(xiàn)狀分析，結(jié)合自動(dòng)集卡、車路協(xié)同技術(shù)，聚焦洋山港—外高橋港兩港間貨運(yùn)干線，甄別比選可行的自動(dòng)集卡專用道路線，制定自動(dòng)集卡專用道方案。成果對(duì)于自動(dòng)集卡專用道的進(jìn)一步深入研究和專用道的建設(shè)使用具有指導(dǎo)性和可操作性。