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关小杰:广东省智慧高速建设的实践与思考

2020-12-09

来源 : 交通工程与信息化分会

作者 : 关小杰

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一、广东高速公路信息化发展历程 

(一)广东高速公路规划与建设概况

里程 截至 2019 年底,全省高速公路通车里程达9495公里,连续6年居全国首位。《广东省高速公路网规划(2020—2035年)》规划总规模约15000公里。

格局 构建“一核一带一区”区域发展新格局,全省基本形成以粤港澳大湾区为核心,沿海为扇面,沿海港口(城市)为龙头,向北部山区和内陆省区辐射的路网布局。

扩建 广东省在全国率先开展大规模公路扩容工程,已有广佛高速、佛开高速、广清高速完成改扩建建设,开阳、阳茂、深汕西、江鹤、江中、粤赣、惠河、机荷、广深、北二环、机场高速等已开展改扩建工作。

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(二)高速公路信息化发展历程

第 1 阶段:“收费业务为主”承载基本可测、可监控的初级阶段

● 时间跨度:路段封闭式分段独立收费(90年代)到全省6个片区联网收费(2003年)。

● 核心特征:机电设施围绕 “收费系统为核心”运转,保证收费系统正常运行,维持正常的“收费还贷”。高速收费做到“应收尽收” 。监控、通信、供配电系统作为收费系统配套。

● 发展局限:保障收费为主,公众服务水平和信息化水平受限;人工管理为主,自动化管理水平低。

第 2 阶段:从传统机电转向“互联网+高速公路”的网络化应用和多方位信息服务阶段

●  时间跨度:广东实施区域联网收费(2003年)走向全省联网收费“一张网”(2014年),全国ETC联网收费(2015年)。

●  核心特征:从“内部服务”转向对“各个参与交通方”提供信息服务的阶段。在高速沿线建设数字化采集设施,提升信息化水平,建立交通信息服务体系。同时,依托国家“互联网+”战略做了较多尝试,并取得良好效果。

●  发展局限:该阶段是目前我国大多数高速公路信息化的现状水平,由于存量巨大、缺乏统一标准和管理体制限制,“高速公路+互联网”阶段将长期存在。

第 3 阶段:基于公路“基础设施数字化”和“车路协同”服务的“智慧交通”阶段

●  时间跨度:“十三五”期间~至今。2017年“新一代国家交通控制网和智慧公路示范工程”重点示范。2019年全国深化高速公路收费体制改革取消省界收费站。

●  核心特征:充分应用人工智能、车路协同、5G通信、高精度地图、北斗高精度定位等关键技术,实现“人—车—路—网—云” 高度协同。全国9省市试点示范工程,在工程中检验“新一代交通控制网”的效果和应用潜力。

●  发展方向:

路:在公路基础设施数字化和车路协同技术方面取得突破;

车:在智能网联车方面取得突破;

试点:从试点示范到大规模推广。

(三)高速公路三大系统现状

01 监控系统

外场监控设施,摄像机、情报板、微波车检器、隧道监控设施,环境检测、火灾报警、车道指示器,监控中心等,数据直接传往监控中心或收费站,要靠现场检测(一般一年两次)、人工养护,养护时间紧、任务重,尤其在隧道内。

02 收费系统

主线ETC虚拟站、收费广场、车道、亭等收费设施,包括摄像机、入口拒超、出口计重、防逃费设备、ETC设备、亭内设备,及相关配套通信设备。随着取消省界站,收费人员规模必然减少,对车道内特殊事件响应,设备快速维修时效性增高。目前的机电养护需通过增加养护规模解决。

03 通信系统

包含干线网和接入网,干线设备ADM和接入网ONU+OLT/OTN设备、语音交换设备、隧道紧急电话和广播组成,包含管道和光缆,主要为有线传输。用于传输监控系统和收费系统的话音、数据和图像等信息。外场一般不具备无线传输能力。

(四)国内高速公路三大系统普遍存在的共性问题

① 传统建设模式:智慧交通缺乏顶层设计

机电建设基本以路段为单位,与土建建设同步;缺乏从全路网角度,缺少自上而下、由近及远指导全路网智慧交通系统的顶层设计、建设和运营。

② 数据使用方式:前端不好用、后端用

前端:海量未结构化视频,占用大量存储空间;后端:异构数据,信息孤岛,数据无法利用;应用:缺乏算法和大数据分析、计算、挖掘能力。

③ 服务意识:管理者思维、出行者思维

“平台思维、用户思维、数据思维”等“互联网+”思维缺乏。提供给公众的出行服务信息不够全面、及时,公众服务能力薄弱。

④ 被动管理:安全、保畅压力大

对路网、事故、拥堵、救援、检测、道路设施等信息无法全面、自动化检测,无法及时获取;仍多依赖人工监控。导致路段管理、安全、保畅压力大。

(五)高速公路智慧交通体系各类新技术的应用 

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二、广东智慧高速建设实践与探索

2017年7月,交通运输部正式启动“新一代国家交通控制网与智慧公路示范工程”,选定8个省市作为承担单位,2018年2月增加为9个省。

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(一)新一代国家交通控制网和智慧公路试点(第一批)

重点示范

广东省作为交通运输部第一批试点省份之一,在《交通运输部办公厅关于加快推进新一代国家交通控制网和智慧公路试点的通知》中规定“路运一体化车路协同、北斗高精度定位综合应用、‘互联网+’路网综合服务”三个方向重点示范。

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新增方向

广东省根据本省需求,又增加了“基础设施数字化、基于大数据的路网综合管理”两个方向。

(二)广东省智慧高速项目试点

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南沙大桥(虎门二桥)

南沙大桥(虎门二桥)是粤港澳大湾区核心区新的重要过江通道,起点在广州市南沙区东涌镇,与南环高速公路对接,终点与广深沿江高速公路连接,全线里程共计12.886 km,双向八车道高速公路,设计速度100千米/小时,于2019年4月建成通车,成为连接珠江东西两岸的世界级桥梁。

南沙大桥智慧高速建设内容

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南沙大桥车路协同系统

车路协同系统-----构建全新的车路通信场景

● 虎门二桥部署车路协同设备平台、路侧基站系统,实现行车安全应用、道路标识和引导应用、道路综合监测系统、紧急状态协同应用等功能。

● 通过V2X路侧设备、LTE-V/DSRC短程通讯技术实现面向通行车辆的实时信息推送。

 ● 创建了高速公路信息推送的全新场景,为远期实现车路协同进行了技术探索。

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南沙大桥车路协同系统:路侧设施  

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南沙大桥车路协同系统:安装现场 

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南沙大桥车路协同系统:场景设计

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智慧监控管理平台---提供全方位的监控运营管理服务

平台集成了事件管理、交通监控、视频管理、收费监控、应急指挥、交接班管理等相关业务,并实现与收费系统、机电养护、路政、拯救等系统对接,实现业务协同、数据共享。

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南沙大桥车路协同系统实践经验 

成果:6大类基础性的车路协同场景

① 交通运行感知及拥堵状态辅助决策;

② 路面障碍物感知及抛洒物警示服务;

③ 交通事件感知及事故警示服务;

④ 交通气象信息感知及异常天气警示服务;

⑤ 部分数字化及部分标志标线的信息提示;

⑥ 车车高精定位及危险车辆警示。

经验:

① 交通基础设施全要素数字化水平有待提高(如高精度三维地图、高精度定位服务)

② 云平台及智慧通信站功能需要进一步完善和不断研发迭代。

③ 全面感知基础设施需要加密布设和不断完善融合算法。

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乐广高速公路南段项目概况

乐广高速公路南段(樟市到花东段)主线全长139.84公里,双向六车道,设计时速120km/h,于2014年9月27日全线通车 。全线设置白土、乌石、樟市、沙口、英红、英德、连江口、黎溪、高田、江口、源潭、王子山、梯面、花城等14个匝道收费站。全线在江口收费站附近设置清远管理中心,用于全线监控、通信、收费的管理。总体来看,广乐南段具有在路网中重要性显著、技术标准高、交通量较大、设计速度快、货车比例高、互通多、隧道长、隧道群较多等特点。

示范段里程:27.84km

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智慧公路技术架构体系

示范段工程按照“云—网—节—端”构建全新的智慧公路技术架构体系,“智慧的路+聪明的车+强大的网+智能的云”。结合交通运输部的试点要求,探索路运一体化车路协同、北斗高精度应急调度指挥、基于大数据路网综合分析决策和互联网+服务等多种应用。

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智慧化改造方案:智慧公路控制与服务平台

1、路运一体化平台

2、车路协同云控平台

3、 大数据路网综合决策分析系统

4、北斗高精度定位的自由流收费验证系统

● 融合来自人、车、路、第三方云平台的数据,实现对道路交通数据的全要素全域实时精确感知;

● 实现车路、车云、路云、云云等标准化的数据通信协议;

● 采用信息融合、大数据、深度学习等算法,搭建支持不同业务类型的云计算应用。

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乐广高速公路南段智慧公路试点

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项目建设示范成果

● 由点到线:从南沙大桥试点到长距离规模化(28km)的测试;

● 场景独特:示范区选线包含丰富的高速公路特有的各类场景;

● 开放兼容:建立开放、兼容的车路协同道路测试环境,为后续车路协同大规模应用提供高速公路准入标准;

● 丰富应用:在高速公路监控一体化平台基础上,建立云控平台的研发体系,实现基于云端的多种应用;

● 技术积累:在ETC OBU技术基础上,研发智能车载终端、边缘计算节点,为后续产品研发实现技术积累。

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三元里收费站智慧通道

广州市机场高速概况  

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位于广州市白云区和花都区内,是进出白云机场的唯一一条高速通道。机场高速全长50.47 公里,全线采用6~8 车道标准(平沙至机场为双向八车道,其他路段为双向六车道),设计速度为100~120公里/小时。机场高速主要承担周边往白云机场的集疏运功能,同时也承担了广州城区往北对外出行的通道功能,是广州市最重要的门户性通道,机场高速的通道交通量承担比例达50%。

三元里收费站概况(改造前)  

机场高速各收费站出入口2019年全年平均日交通量分布情况来看,机场高速起点三元里站、机场站出入口以及与北环、华快、北二环几个枢纽互通之间的转换交通量均较大,其中机场站日均交通量为10.9万pcu/d,三元里站日均交通量为9.7万pcu/d,北环、华快、北二环几个枢纽互通的转换交通量均在6万pcu/d以上。

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三元里收费站亮点 (改造后)

亮点① -收费站态势全息感知 

● AR实景标注

● 车辆异常交易

● 视频结构化

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亮点②-高速出口业务全程贯通、车辆高效导流 

● 诱导通行

● 联动追踪

● 主动管控

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亮点③ -业务系统闭环管控 

● 业务分析

● 运行监测

● 勤务排版

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三、广东智慧高速展望与思考

1、走出“高速公路是最合适的车路协同试验场”的误区。从城市道路“建、管、养、运”实践经验来看,自动驾驶、车路协同技术可有效沉淀在高速场景,避免各地重复低水平试验。 

2、通过促进重点地区的“先行先试”,带动智慧交通行业的整体发展,走出“一哄而上”的误区。正确评价自动驾驶、车路协同技术发展水平,慎重考虑自动驾驶专用道、车路协同示范段的建设。同时建议尽快建立相关的运营、监管机构和评价体系。

3、走出“鸡生蛋、蛋生鸡”的误区。针对目前车路协同如何落地的困境,不宜局限于狭义的LTE/NR-V2X专用设备,所有能够为司乘人员提供信息交互的设备都可以看做广义的车路协同,在传统的机电设施基础上,增加群众的获得感和体验感。 

4、走出“自动驾驶、车路协同=智慧交通”误区,车路协同仅仅是智慧交通的“子集”,不宜过度追求最新科技的“讲故事”而忽视了智慧交通的系统性。智慧交通建设宜做好“顶层设计”,以需求为核心,评估、论证各类新技术的应用场景和适用范围,而不是用新技术堆砌高科技玩具。 

5、传统“互联网+高速公路”机电设施系统结构和管理模式必将长期存在,对于存量道路改造和新建项目,业内应尽快明确高速公路智能化等级和建设标准。

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