文 /圖 湖北交通投資集團(tuán)有限公司 張?jiān)傥?夏雋 羅如意 劉文婷

2022年5月1日零時(shí)起，全長13.042公里、采用雙向六車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)、設(shè)計(jì)時(shí)速120公里、國內(nèi)首次全線引入多參量光柵陣列傳感網(wǎng)絡(luò)的湖北省首條智慧高速公路——鄂州花湖機(jī)場高速建成通車，將對未來建設(shè)長江經(jīng)濟(jì)帶多式聯(lián)運(yùn)體系、帶動武漢城市圈臨空經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要意義。

鄂州花湖機(jī)場高速公路（以下簡稱“鄂州機(jī)場高速”）是鄂州花湖機(jī)場連接漢鄂、武黃、武陽等湖北省內(nèi)高速公路的重要通道，可增強(qiáng)鄂州東部與武漢、黃石等地之間的互聯(lián)互通，是鄂州花湖機(jī)場“空轉(zhuǎn)公”的重要一環(huán)，對完善鄂東地區(qū)路網(wǎng)布局、打造航空客貨“雙樞紐”提供交通“硬連通”。

作為湖北省首條智慧高速，鄂州機(jī)場高速主要服務(wù)于公空聯(lián)運(yùn)和物流集散。為使貨物能從路網(wǎng)中更快速地集聚到機(jī)場或從機(jī)場更快速地疏散到路網(wǎng)，項(xiàng)目方結(jié)合全國智慧高速建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，提出“以安全、暢通為前提，提高公路運(yùn)營管理能力，最大限度地提升路網(wǎng)承載能力和服務(wù)水平，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展”的建設(shè)理念，并基于雷達(dá)、視頻和光柵光纖的多源融合傳感系統(tǒng)，在國內(nèi)首次全線引入多參量光柵陣列傳感網(wǎng)絡(luò)，使之成為湖北省首條全時(shí)、全域、全天候可感知、可觸達(dá)的智慧高速公路。

鄂州機(jī)場高速到底“聰明”在哪兒？

系統(tǒng)搭建因“人”而異

鄂州機(jī)場高速智慧系統(tǒng)搭建以服務(wù)各高速參與方為出發(fā)點(diǎn)，在賦能運(yùn)營人員對高速公路高效管理的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)信息對高速交警、高速路政人員、司乘人員等其他高速公路參與方的全面觸達(dá)。

鏈接

鄂州花湖機(jī)場

鄂州花湖機(jī)場位于湖北省鄂州市鄂城區(qū)燕磯鎮(zhèn)杜灣村附近，為4E級國際機(jī)場、航空物流國際口岸、亞洲第一座專業(yè)性貨運(yùn)樞紐機(jī)場。

高速公路運(yùn)營公司

通過運(yùn)行監(jiān)測與應(yīng)急指揮調(diào)度系統(tǒng)、交通仿真平臺、智能一體化運(yùn)維、資產(chǎn)數(shù)字化管養(yǎng)、收費(fèi)運(yùn)營管理五大應(yīng)用，為高速公路運(yùn)營公司在管理、養(yǎng)護(hù)、運(yùn)營等方面提供高效服務(wù)。

高速路政

通過打通高速路政系統(tǒng)與高速公路一體化平臺信息共享端口，支撐施工管控、超限管理、路政巡查、道路服務(wù)能力評估等一系列路政業(yè)務(wù)，幫助路政人員更好地保障公路使用質(zhì)量，提高路產(chǎn)路權(quán)維護(hù)能力。

高速交警

高速公路一體化平臺與高速交警系統(tǒng)互聯(lián)互通，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享、業(yè)務(wù)聯(lián)動，為高速交警在交通事故處理、交通安全預(yù)警、交通疏導(dǎo)等方面提供信息支撐，并在管制建議、違法取證、事故回溯方面提供依據(jù)。

物流公司

通過打造不停車稱重預(yù)檢系統(tǒng)、準(zhǔn)自由流收費(fèi)系統(tǒng)及機(jī)場稱重?cái)?shù)據(jù)推送系統(tǒng)，減少貨運(yùn)車輛排隊(duì)稱重上下高速的時(shí)間，提高運(yùn)輸效率；通過公共出行服務(wù)平臺實(shí)時(shí)發(fā)布航班信息、機(jī)場內(nèi)相關(guān)信息等為物流公司提供精準(zhǔn)服務(wù)。

在車路協(xié)同方面，重點(diǎn)解決惡劣天氣條件下，不具備自動駕駛或智能網(wǎng)聯(lián)能力的物流車輛通過預(yù)約通行、前車引導(dǎo)、后車跟隨的方式實(shí)現(xiàn)全天候低速編隊(duì)通行的方式，保障物流不中斷、貨物不滯留，為機(jī)場貨物快速集散提供強(qiáng)力支撐。

司乘人員

通過搭建完善的公共出行服務(wù)系統(tǒng)，確保道路管理方與司乘人員的信息對稱，并以App地圖信息發(fā)布、主線信息提示、短消息推送等方式，幫助司乘人員快速獲取道路交通信息，實(shí)現(xiàn)安全、高效、便捷通行。

感知設(shè)施按區(qū)域布設(shè)示意圖

感知設(shè)施按“需”而布

未來相當(dāng)長的一段時(shí)間內(nèi)，高速公路網(wǎng)將存在傳統(tǒng)高速與不同等級智慧高速的混合情況，即混合路；而高速公路交通流也將存在由傳統(tǒng)駕駛車輛、智能網(wǎng)聯(lián)車輛和單體自動駕駛車輛組成的混合情況，即混合流。為此，項(xiàng)目方從安全、效率、服務(wù)出發(fā)，按需布設(shè)感知設(shè)施，以探索混合路和混合流情境下湖北智慧高速建設(shè)的差異化路徑。

為滿足不同類型車輛對鄂州機(jī)場高速的不同需求和期望，項(xiàng)目方在汲取國內(nèi)其他省份智慧高速建設(shè)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，通過前端感知能力融合和后端軟件算法交互，將路段劃分成核心區(qū)、擴(kuò)展區(qū)等不同等級的區(qū)域，再針對各區(qū)域特點(diǎn)“分段設(shè)置、分類配置”感知設(shè)施。例如，在核心區(qū)（從主線收費(fèi)站到與漢鄂高速相接的東廟樞紐），高密度布設(shè)光柵傳感、毫米波雷達(dá)、多線激光雷達(dá)、攝像機(jī)、V2X路側(cè)單元等設(shè)施；在擴(kuò)展區(qū)（東廟樞紐到項(xiàng)目與武黃高速相接的陳橋樞紐），只布設(shè)光柵傳感、毫米波雷達(dá)和攝像機(jī)，并降低布設(shè)密度；其他區(qū)域則少量布設(shè)攝像機(jī)等。鄂州機(jī)場高速布設(shè)的主要感知設(shè)施包括：光柵光纖96公里、門架式情報(bào)板9套、F型情報(bào)板5套、車道指示器36套、電子卡口14套、雷視一體設(shè)備18套、智慧基站12個(gè)、V2X設(shè)備3套。

觸覺網(wǎng)絡(luò)由“感”而發(fā)

智慧源于數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)來自感知。項(xiàng)目方在業(yè)內(nèi)首創(chuàng)陣列光柵傳感技術(shù)感知應(yīng)用，先通過在路面下基層頂部沿車道方向全線埋設(shè)陣列式光柵光纖，憑借光纖內(nèi)5米間隔的陣列傳感器實(shí)時(shí)感知車輛行駛振動，使鄂州機(jī)場高速具備“觸覺”；再融合光柵光纖與視頻、雷達(dá)監(jiān)測數(shù)據(jù)，使鄂州機(jī)場高速達(dá)到“視覺+觸覺”的綜合感知，進(jìn)而真正實(shí)現(xiàn)了全時(shí)段、全路段、全天候的“車路一張圖”。這不僅解決了現(xiàn)有視頻和毫米波雷達(dá)探測手段定位精度不夠，尤其在惡劣氣象條件下識別率大幅降低的問題，還改變了國內(nèi)智慧高速建設(shè)無法實(shí)現(xiàn)信息監(jiān)測全覆蓋的現(xiàn)狀。

陣列光柵光纖精確感知示意圖

光柵光纖、雷達(dá)、攝像頭等融合感知結(jié)構(gòu)圖

基于點(diǎn)云處理、時(shí)空同步、深度學(xué)習(xí)等技術(shù)，鄂州機(jī)場高速的觸覺網(wǎng)絡(luò)可實(shí)時(shí)匯集多模態(tài)跨頻譜感知數(shù)據(jù)（光柵光纖、激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá)、視頻相機(jī)、車牌識別相機(jī)），對多元數(shù)據(jù)進(jìn)行融合與特征提取，實(shí)現(xiàn)空間標(biāo)定和時(shí)間同步；基于時(shí)空基準(zhǔn)同步技術(shù)，利用感知標(biāo)定、降噪、目標(biāo)去重、算法融合等手段，可把分段、獨(dú)立的感知數(shù)據(jù)融合成全域、連貫的感知數(shù)據(jù)，基于邊緣計(jì)算技術(shù)、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，將不同來源的數(shù)據(jù)加以優(yōu)先級判定，再通過車輛軌跡跟蹤累計(jì)誤差消除等手段分析處理感知信息，可對交通參與者實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)精準(zhǔn)定位，并在數(shù)字孿生平臺上以“一張圖”監(jiān)控和全域跟蹤的方式反映出車輛動態(tài)行駛路線、全域交通事件及交通事故信息，并將交通服務(wù)策略數(shù)據(jù)發(fā)布到App、情報(bào)板、定向音和V2X-RSU中。在此過程中，利用“激光雷達(dá)+視頻傳感器”融合數(shù)據(jù)，可訓(xùn)練光柵感知數(shù)據(jù)集，實(shí)現(xiàn)光柵感知能力的AI提升。

車路一圖依“準(zhǔn)”而定

混合流下，大部分車輛不具備車道級定位功能，如何實(shí)現(xiàn)對車輛行駛狀態(tài)的精準(zhǔn)跟蹤，是智慧高速關(guān)注的重點(diǎn)問題之一。

基于光柵光纖所構(gòu)建的“車路一張圖”，在大部分車輛不具備車道級定位的情況下，鄂州機(jī)場高速通過沿線情報(bào)板、手機(jī)App、微信小程序等多種信息觸達(dá)手段，可向司乘人員動態(tài)展示前后500米車輛的位置、距離、車速等信息，甚至對于不具備智能聯(lián)網(wǎng)功能的傳統(tǒng)車輛，也可使司乘人員及時(shí)掌握周邊路況和車輛狀態(tài)。

此外，考慮到鄂州地區(qū)地處平原，一年中有近一個(gè)月會因惡劣天氣關(guān)閉高速收費(fèi)站，進(jìn)而影響花湖機(jī)場貨物中轉(zhuǎn)效率的問題，項(xiàng)目方還針對“車路一張圖”設(shè)計(jì)了全天候低速編隊(duì)通行的應(yīng)用場景，即在惡劣天氣條件下，確保物流車輛通過預(yù)約通行、前車引導(dǎo)、后車跟隨的方式，在保持安全距離的前提下，順利通行高速公路。該場景應(yīng)用受益于陣列光柵光纖對每一車輛的精準(zhǔn)跟蹤，由云控平臺實(shí)時(shí)感知并掌握車輛編隊(duì)狀態(tài)下的周邊路況，從而指揮車隊(duì)在惡劣天氣下安全行駛。

組圖：基于光柵光纖的“車路一張網(wǎng)”示意圖

基于專用APP的信息觸達(dá)

貨車編隊(duì)引導(dǎo)及信息觸達(dá)

智能水平為“便”而升

支撐安全管理

光柵陣列傳感光纜可搭建大容量、長距離、高密度、多參量的光柵陣列傳感網(wǎng)絡(luò)，從而感知車流信息、路面狀態(tài)、路網(wǎng)實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)，為后續(xù)的路段交通態(tài)勢分析、駕駛行為評價(jià)、輔助駕駛信息服務(wù)，提供全時(shí)、全域、全天候的可靠數(shù)據(jù)；輔助毫米波雷達(dá)、激光雷達(dá)、電子卡口等采集設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)對任意車輛的全息數(shù)據(jù)（車牌、車型、車速車距等信息）綁定和車輛全域跟蹤、全域控制，從而為實(shí)現(xiàn)控制流量、控制車速、控制車距、抑制變道等交通安全管理提供重要支撐。

智能網(wǎng)聯(lián)平臺系統(tǒng)架構(gòu)圖

為提升道路通行安全，鄂州機(jī)場高速智能網(wǎng)聯(lián)平臺系統(tǒng)還通過與湖北省公安廳高速公路警察總隊(duì)合作，接入了兩客一危、12噸以上重點(diǎn)貨運(yùn)車輛數(shù)據(jù)，以及車輛在途連續(xù)駕駛時(shí)間、車輛歷史不良駕駛行為記錄等數(shù)據(jù)，具有不合格數(shù)據(jù)的車輛一旦駛?cè)敫咚伲蜁幌到y(tǒng)進(jìn)行信用畫像和評價(jià)，這也為鄂州機(jī)場高速今后建立駕駛行為的量化積分、基于信用評價(jià)的差異化收費(fèi)功能及高速公路會員體系奠定基礎(chǔ)。

優(yōu)化運(yùn)營效率

通過導(dǎo)入高精地圖、三維建模與全息感知技術(shù)，鄂州機(jī)場高速實(shí)現(xiàn)了物理道路與數(shù)字道路的映射與互聯(lián)互通。通過數(shù)字孿生技術(shù)分析預(yù)測感知信息，輔以道路運(yùn)營、管理的模擬仿真，鄂州機(jī)場高速的智能網(wǎng)聯(lián)平臺系統(tǒng)可對現(xiàn)實(shí)中可能產(chǎn)生的交通狀態(tài)、環(huán)境狀態(tài)、基礎(chǔ)設(shè)施健康狀態(tài)進(jìn)行智能預(yù)警，并形成最佳的控制方案、應(yīng)急預(yù)案和運(yùn)維養(yǎng)護(hù)策略，進(jìn)而指引和優(yōu)化路段的交通管控能力，提升道路的運(yùn)營服務(wù)水平。

此外，依托準(zhǔn)自由流收費(fèi)系統(tǒng)，項(xiàng)目方還在高速入口建設(shè)不停車稱重預(yù)檢系統(tǒng)、出口設(shè)置ETC預(yù)交易系統(tǒng)，通過將收費(fèi)站車道開閉狀態(tài)與沿途門架式情報(bào)板聯(lián)動，便于駕駛者自主判斷并提前選擇相應(yīng)的通行車道。

觸達(dá)服務(wù)用戶

通過對接物流公司運(yùn)營平臺，智能網(wǎng)聯(lián)平臺系統(tǒng)可獲取物流車輛排班班次、場站內(nèi)稱重重量、充電樁信息、停車場車位等數(shù)據(jù)，從而做到稱重信息互認(rèn)。貨運(yùn)車輛不僅可免稱重，直接從ETC車道便捷上下高速，還可及時(shí)獲取機(jī)場內(nèi)車位、充電樁等數(shù)據(jù)，從而減少繞行，節(jié)能降耗。

依托新基建，打造新交通。鄂州機(jī)場高速的建成，標(biāo)志著湖北省智慧高速建設(shè)邁出了關(guān)鍵一步。作為鄂州機(jī)場高速的投資建設(shè)方與運(yùn)營方，未來，湖北交通投資集團(tuán)有限公司將勇于探索，先行先試，不斷完善和充實(shí)智慧高速建設(shè)內(nèi)涵，為湖北加快“建成支點(diǎn)、走在前列、譜寫新篇”貢獻(xiàn)新的力量。