沈孚?王微微?黃青松?徐衍

一、項目概述

隨著城市經(jīng)濟的快速發(fā)展，帶動了人口的增長，也讓主城核心區(qū)不斷往周圍區(qū)域輻射，大規(guī)模的車輛進入到家庭，提高了人民生活水平、改善了交通出行，但帶來的交通擁堵和環(huán)境污染的壓力問題也日益顯著。城市交通供需不平衡，城市、車輛、交通之間的矛盾嚴重凸顯，人多車多路少的狀態(tài)在長期一段時間內(nèi)不會有所變化。為了改善城市道路交通的擁堵情況，就需要從服務和管理上進行優(yōu)化。

近幾年科技飛速發(fā)展，網(wǎng)絡與現(xiàn)代通信技術的結合也越來越緊密，智慧城市中的智能交通系統(tǒng)建設邁入新階段，視頻監(jiān)控、智能交通信號、人車流量采集等信息規(guī)模也越來越大，數(shù)據(jù)也越來越多，就需要將這些海量信息進行不斷地采集、存儲、分析、共享和管理，為上層數(shù)據(jù)及業(yè)務應用提供能力底座。

道路交叉口作為城市交通的關鍵點，由于匯聚了多個方向的交通流量，加上車輛等待紅燈的時間損失、機非混行等因素，成為城市路網(wǎng)中交通擁堵發(fā)生的重點地段。將前端的感知設備檢測到實際交通流量信息并以物聯(lián)網(wǎng)的模式進行組網(wǎng)，通過交通智能控制系統(tǒng)將不斷變化的交通及時響應，實時調(diào)整路口信號控制的周期、綠信比和相位差，確保采取最合適的交通信號控制策略讓交通更安全、高效，因此基于前端的感知設備對數(shù)據(jù)的采集的真實性、有效性尤為重要。

二、政策導向

市公安局交通管理局（原“市公安局交通警察支隊”）作為市人民政府工作部門之一，具備的主要職能是研究制定全市道路交通管理的規(guī)范性文件并組織實施，維護道路交通安全與秩序，參與城市道路和公路交通安全設施的規(guī)劃與設計等，主要負責道路電子警察（卡口）系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、信號實時控制系統(tǒng)、交通流量采集等道路科技設施的建設和管理工作。預防交通事故、保障民生安全，服務經(jīng)濟社會交通管理，有效治堵是當前智慧交通建設面臨的巨大挑戰(zhàn)。SCATS信號控制系統(tǒng)是一種用感應控制對交通信號配時方案作局部調(diào)整的方案選擇系統(tǒng)，作為當前國際最為先進的信號控制系統(tǒng)之一，并且該系統(tǒng)已在上海、廣州、杭州等多個大型城市投入建設和運行，技術上完全可行。

《省交通數(shù)字化改革行動方案》中指出當前主要任務要聚焦提高政務服務質(zhì)量，從更大范圍、更多場所謀劃交通政務數(shù)字化改革，加快推進全省交通數(shù)字政府建設，助力高水平交通強省建設。為實現(xiàn)公安交警綜合管控信息化為目標，以交通指揮總控中心、分控制中心、交通信號系統(tǒng)為核心重點，立足交警工作實際，堅持統(tǒng)一領導、統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一標準、分步實施，從整治市區(qū)“六縱六橫”等重點道路逐步形成“一環(huán)八線”的規(guī)劃布建方向，逐步推進SCATS智能信號控制系統(tǒng)的建設，并采用地磁檢測器和線圈檢測器相結合的流量采集設備，實現(xiàn)管控路口間信號的協(xié)同配合，城市交通環(huán)境得到明顯改善和提升，為交通的管理者提供指揮調(diào)度、行為決策提供可視化的數(shù)據(jù)支持。

三、建設依據(jù)

公安部交管局《交通運輸領域新型基礎設施建設行動方案（2021—2025年）》；《道路交通事故現(xiàn)場圖形符號》（GB11797）；《電氣裝置安裝工程接地裝置施工及驗收規(guī)范》（GB50169-2016）；《建設工程項目管理規(guī)范》（GB/T50326-2017）；《綜合布線系統(tǒng)工程驗收規(guī)范》（GB/T50312-2016）；《道路交通流量調(diào)查》（GA299）；《道路交通堵塞度及評價方法》（GA/T115）；《城市道路交通秩序評價方法》（GA/T175）；《道路交通信號控制機安裝規(guī)范》（GA/T489-2016）；《城市警用地理信息系統(tǒng)分類與代碼》（GA/T491）；《城市警用地理信息系統(tǒng)圖形符號》（GA/T492）；《城市警用地理信息系統(tǒng)建設規(guī)范》（GA/T493）；《城市交通信號控制系統(tǒng)術語》（GA/T509-2004）；《城市道路交通信號控制方式適用規(guī)范》（GA/T527-2005）；《公安交通指揮系統(tǒng)工程建設程序與要求》GA/T651-2014）；《公安交通管理外場設備基礎設施施工通用要求》（GA/T652-2017）；《安全防范工程建設與維護保養(yǎng)費用預算編制辦法》（GA70-2014）；《安全防范系統(tǒng)通用圖形符號》（GA/T74-2017）；《信息技術開放系統(tǒng)互連網(wǎng)絡層安全協(xié)議》（GB/T 17963-2000）；《信息安全技術 網(wǎng)絡安全等級保護基本要求》（GB-T 22239-2019）；《信息安全技術 網(wǎng)絡安全等級保護實施指南》（GB_T 25058-2019）；《信息安全技術 網(wǎng)絡安全等級保護測評要求》（GB/T 28448-2019）；《信息安全技術 信息系統(tǒng)通用安全技術要求》（GB/T20271 -2006）；其他相關建設國家、地方、行業(yè)的相關標準。

四、發(fā)展趨勢

據(jù)市公安局交通管理局數(shù)據(jù)表明，2022年2月份機動車保有量車輛達90萬多輛，與去年同期相比增加3%以上，機動車駕駛人實際人數(shù)300多萬，車輛的不斷增多給交管部門日常工作帶來了挑戰(zhàn)，也給市民出行帶來了不便，不利于城市的和諧穩(wěn)定發(fā)展，影響國家、省市政府的數(shù)字化規(guī)劃建設。智能信號控制系統(tǒng)為城市交通的行人車輛出行提供相對暢通的環(huán)境，同時也減少交警指揮調(diào)度壓力，可大幅度降低人力資源成本，提高對突發(fā)事件的快速響應和科學處置能力，緩解城市交通擁堵，提升通行效率。

市交管部門從2010年就開始分批推進建設SCATS智能交通信號控制系統(tǒng)，并在市經(jīng)信委、發(fā)改委、財政局等部門的大力支持下，指揮中心控制一期、交通指揮控制中心核心二期信號控制系統(tǒng)擴建、SCATS系統(tǒng)三期擴建等幾個項目建設的SCATS信號路口200多個，均是采用地磁檢測器和線圈檢測器相結合的流量采集檢測系統(tǒng)，通過自動協(xié)調(diào)和區(qū)域控制交通信號配時，均衡路網(wǎng)內(nèi)交通流的運行，達到了疏導交通和提高車輛行駛速度，最大地發(fā)揮其道路交通系統(tǒng)的通行效益。

但隨著整體系統(tǒng)使用年限的增加，投資建設的地磁檢測器和線圈檢測器等檢測系統(tǒng)已處于過保，配套材料也存在老化，維護成本逐年提高，其缺點也很明顯，如新裝或維護檢修時需要關閉道路相關車道，開挖路面，阻斷交通，并對已建成的道路應用比較困難，特別是地感線圈容易被重型工程車輛、道路面修整等因素損壞，而更換感應線圈時必須開挖路面，影響道路交通和增加維修成本。

基于全天候的廣域雷達微波智能感知系統(tǒng)在智能交通信息采集、檢測等應用的出現(xiàn)，市交管局經(jīng)過3年多的不斷摸索和測試，并在重點路口、路段進行試點應用和點位升級改造的推進，實現(xiàn)了雷達統(tǒng)計精度在95%以上。流量數(shù)據(jù)與線圈數(shù)據(jù)基本上無差異，并且為保障信號專網(wǎng)內(nèi)的信號系統(tǒng)的獨立運作及低延遲性的要求，采用一種有業(yè)務保護且支持掉電斷纖告警區(qū)分能力，能實現(xiàn)故障快速定位的IPRAN、PTN等專用網(wǎng)絡的大系統(tǒng)組網(wǎng)方式，整套系統(tǒng)部署在信號專網(wǎng)，具備與互聯(lián)網(wǎng)完全隔離，對路口到機房的接入網(wǎng)絡上進行線路保護，業(yè)務正常使用情況下由主用路徑傳送，主用路徑出現(xiàn)故障時，可換到備用路徑，保證業(yè)務正常傳送，最終匯聚到交管局機房，機房平臺與交警現(xiàn)有平臺的對接方式保持不變。新系統(tǒng)則以“信號專網(wǎng)+微波雷達檢測器”逐步替代了傳統(tǒng)的線圈和地磁檢測器的檢測模式，解決了非破壞路面、非接觸式，無需阻斷交通的建設和維護成本，在一定程度上實現(xiàn)了交通指揮現(xiàn)代化、管理數(shù)字化、信息網(wǎng)絡化，有力地提升了城市道路交通科技化管理水平。

五、建設難點

廣域雷達微波智能感知系統(tǒng)采用主動掃描式廣域雷達技術，建立交通信息采集系統(tǒng)，能在路口進行多車道、高準確度檢測，采集路口和路段實時、全面、準確的交通流信息?？山栌矛F(xiàn)有的信號燈桿件實現(xiàn)正裝的方式進行檢測，實時跟蹤監(jiān)測區(qū)域內(nèi)道路上的所有目標，提供包括：實時位置、即時速度、車型分類等即時信息。自動統(tǒng)計獲得車流量、平均速度、時間占有率、車頭時距、車間距、車輛存在信息等基礎交通流統(tǒng)計數(shù)據(jù)，最遠可檢測200米的有效距離目標。因此為方便、快捷獲取并實時分析路網(wǎng)交通狀態(tài)，需要建立全路網(wǎng)、全車道覆蓋的廣域雷達微波智能感知系統(tǒng)，若在布建范圍內(nèi)存在一定且非連續(xù)的管控點位，那么就無法實現(xiàn)遠程控制及流量管控，對均衡路網(wǎng)內(nèi)交通流的運行就會存在偏差，故要求單路口現(xiàn)場對安裝在各方向紅綠燈桿上的微波雷達檢測設備先進行范圍內(nèi)組網(wǎng)，再通過鏈接到路口信號機上的信號專網(wǎng)匯聚到交管局核心機房。

由于早期布建的SCATS智能交通信號控制路口的路口大部分位于老城區(qū)，路口管線的原有規(guī)劃無法滿足現(xiàn)有的建設實施要求，特別是下面敷設的各跨街老線沒有預留多余的過路管，需進行額外的破路開挖、頂管、拉管等施工工程，不僅影響項目施工進度，還因臨時占道對部分周邊環(huán)境和交通造成一定的影響，且破路開挖和頂管施工需要執(zhí)法等相關主管部門審批，審批時間較長，有些路口路面剛剛提升，這些路口三年內(nèi)主管部門不予審批道路開挖和頂管施工。為了加快施工進度和節(jié)省建設投入資金，迫切需要解決跨街工程的組網(wǎng)方式是當前遇到的最大問題。

六、解決方案

為有效解決單路口的跨街工程組網(wǎng)方式可采用開挖、拉管、頂管等施工，建設施工單位通過對路口現(xiàn)場進行勘點、施工設計及估算，包括人行道和車行道挖、填、運、修復以及PE110穿線管、鍍鋅鋼管 SC100、KPC波紋管等各類配管的敷設、手孔井制作等費用，單路口預計成本在8萬左右，實施工程至少需要15天，還需要屬地交管大隊、中隊臨時投入多名警員配合路口的交通管理等，費時耗力，周期長。

通過技術溝通和討論，除此之外組網(wǎng)模式還可以用網(wǎng)橋傳輸、WIFI組網(wǎng)以及5G/4G等無線技術。

①數(shù)字無線網(wǎng)橋具有高帶寬、成本低等特征，廣泛適用于建筑工地、廠區(qū)、森林等行業(yè)的網(wǎng)絡傳輸應用上，例如江蘇某地級市有近百路口都是通過無線網(wǎng)橋組網(wǎng)的，但其缺點也很明顯，網(wǎng)橋設備本身的傳輸穩(wěn)定性問題，數(shù)據(jù)流量包一旦過大會存在網(wǎng)絡傳輸延遲的情況，影響數(shù)據(jù)擁堵，而且很多網(wǎng)橋在使用1-2年之后故障率明顯提高，后期整改投入的維護成本非常高。

②路口若采用WiFi組網(wǎng)，作為目前使用最多的產(chǎn)品之一，其靈活性、可移動性大，且減少布線，安裝快捷得到無線局域網(wǎng)應用解決方案的熱愛，特別是當下最熱門的WiFi6在調(diào)制，編碼，多用戶并發(fā)等方面進行了技術改進和優(yōu)化。在傳輸速率和延時率更得到了大幅度的提升，只要安裝一個接入點設備，就可建立覆蓋整個區(qū)域的局域網(wǎng)絡，在視頻類、圖片類等應用場景更加普及，但WiFi的穩(wěn)定性、安全性相對比較差，是最容易受到網(wǎng)絡攻擊的設備之一。其二一些大型十字路口寬度超過50米，通過公式A2 + B2 = C2，估算得70.7米，再結合前端信號機落地機箱、紅綠燈桿等距離路口的長度，實際距離大約在80米左右，雖然WiFi 6在空曠環(huán)境下能實現(xiàn)200米以上的傳輸，但直線傳輸過程中容易受到周邊樹木、過往車輛及其他障礙物的影響，因此傳輸數(shù)據(jù)是存在一定的風險，更有可能在傳輸過程中受到丟失。

③選用5G/4G的數(shù)據(jù)傳輸模式，若采用自建宏基站的成本太高，故可選擇通過借助運營商搭建的VPN（APN）專網(wǎng)，在運營商無線專網(wǎng)內(nèi)部署數(shù)據(jù)匯聚節(jié)點，數(shù)據(jù)匯聚節(jié)點既要能夠支持接收前端路口廣域雷達的數(shù)據(jù)，又要求同時支持控制向路口雷達下發(fā)指令。又或采用由運營商提供5G UPF下沉至公安機房，作為公安獨享UPF的用戶面，在借助專用的防火墻和公安的業(yè)務專網(wǎng)打通，在本地即可實現(xiàn)信息數(shù)據(jù)與公網(wǎng)數(shù)據(jù)的分離，確保警務數(shù)據(jù)的保密性和專有性。但在向公安網(wǎng)擺渡數(shù)據(jù)時就必須在兩個網(wǎng)絡邊界部署安全隔離網(wǎng)閘，保障網(wǎng)絡安全，且考慮到跨網(wǎng)傳輸安全性，數(shù)據(jù)僅支持從低安全級別域（VPN（APN））向高安全級別域（公安網(wǎng)）單向傳輸，因此作為市公安的直屬單位，且在同網(wǎng)內(nèi)的交管指揮部門在業(yè)務實際應用上就無法從高安全級別域向低安全級別域下發(fā)控制指令，且無法將指令傳遞給前端的廣域雷達。綜上所述，無線組網(wǎng)普遍存在易干擾等問題，存在安全隱患，跨網(wǎng)絡傳輸也無法進行雙向數(shù)據(jù)傳輸，不能滿足應用需求，因此幾種非有線的組網(wǎng)模式都被排除，不做施工考慮。

為避免盲目性追求最新技術，導致配套設備跟不上，項目團隊通過深入勘察路口的實際情況，綜合考慮通訊、取電、成本等因素，發(fā)現(xiàn)每個路口的交通信號燈都具備外接電源，并在同一個電表側，通過多次測試發(fā)現(xiàn)寬帶電力載波透傳器能夠很好地解決該問題，而電力線通信技術發(fā)展也有多年歷史。寬帶電力載波透傳器作為高速電力線通信設備的類型之一，能夠很好利用現(xiàn)有的低壓配電網(wǎng)絡基礎設施，借助現(xiàn)有電力線作為信息傳輸媒介進行數(shù)據(jù)高速傳輸，而且單路口投入設備、人工等施工成本僅是開挖、修復工程的十分之一，并且在設備、配套輔材、登高車等工具齊全的情況下，僅需4個小時就可以完成一個4方向的大型交叉路口施工、安裝、調(diào)測等工作，大幅度加快施工進度。

通過寬帶電力載波透傳器應用于跨街網(wǎng)廣域雷達微波智能感知系統(tǒng)，能夠快速推進施工進度，如圖所示，除匯聚方向可以通過網(wǎng)線直接接入到信號路口的SCATS智能信號機箱外，其他各個方向均可以利用電力線進行數(shù)據(jù)傳輸，并且施工效率快、通信速率高、傳輸穩(wěn)定性好、可擴展性強，還可以躲避了大量的干擾噪聲，為智慧交通系統(tǒng)提供完善的數(shù)據(jù)支持。

七、效益分析

目前在規(guī)劃布建范圍內(nèi)的交通路口按新組網(wǎng)模式的廣域雷達檢測系統(tǒng)已成功上線100多個路口，系統(tǒng)平臺在用數(shù)量超400套。本案通過一種新組網(wǎng)模式助力信號路口雷達大聯(lián)網(wǎng)，路口信號機箱通過到機房以IP光纖組網(wǎng)和單路口采用電力通信模式組網(wǎng)的相結合，既解決了破路開挖埋管帶來高額施工成本的問題，大幅減少政府部門的資金投入，又有效滿足了非有線組網(wǎng)帶來的網(wǎng)絡安全問題，能夠快速、便捷地應用到智慧交通中去。通過重點交叉口微觀的大數(shù)據(jù)系統(tǒng)，精細化判斷路口交通流量，依靠道路智能交通信號系統(tǒng)能夠均衡路網(wǎng)內(nèi)交通流運行，使停車次數(shù)、延誤時間及環(huán)境污染等減至最小，節(jié)約出行時間，充分發(fā)揮道路系統(tǒng)的交通效益，并可以對未來發(fā)展進行預測，獲取實時路網(wǎng)狀態(tài)，通過控制系統(tǒng)的優(yōu)化提升路網(wǎng)的服務水平并快速應對突發(fā)交通問題，為城市交通規(guī)劃和交通管理部門的正確決策提供科學依據(jù)。

作者單位：沈孚 王微微 黃青松 徐衍 中國電信股份有限公司溫州分公司

沈孚（1979.09-） ，男，漢族，浙江溫州，本科，研究方向：智能交通信息化。