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用“智慧”赋能沿江高速扩建

2021-05-24

来源 : 赛文交通网

作者 : 曹阳

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截至2019年底,我国高速公路总里程达到15万公里,是全世界规模最大的一张高速公路网,对我国经济社会发展起到了至关重要的支撑作用。从现阶段到2035年,国内的客货运输需求仍将保持2%—5%的年均增长速度,长三角、珠三角和京津冀等地区的增长速度将越来越快。

我国的高速公路不仅体量大,而且发展迅速,面临着十四五期间运营、管养的新挑战。建设智慧高速公路,能有效提升高速公路的通行能力,是今后我国高速公路建设的重要方向。 

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在第四届(2021)智慧高速产业发展论坛上,江苏沿江高速公路有限公司副总工程师曹阳发表了“沿江高速扩建智慧化打造研究与探索”的主题演讲。曹阳表示,若不以智慧赋能的形式进行智慧化打造,高速公路运营管理的安全、畅通、征收、服务和绿色等五大基本目标,就会演变成事故、拥堵、偷逃、投诉和污染五大问题。 

以下为曹阳的演讲实录(赛文交通网整理,有删减): 

很高兴和大家一起交流关于高速公路打造的情况,最近也与很多业内专家就智慧高速建设进行交流和方案分享,感触颇深。沿江高速即将进行智慧高速的打造,今天听了各位嘉宾的演讲,我对智慧高速的前景充满信心。

下面我从沿江高速智慧化扩建项目的扩建原因、方法、目标和如何打造智慧化高速公路几个方面,和大家做下简要的介绍。 

一、 政策背景 

2020年对交通系统而言不一般,特别是对于交通管理者,也是不平凡的一年,这一年对管理者来说发生了三件事。

第一件事情很大,从2020年1月1日开始,正式启动全国一张网。这一张网对于非高速公路管理者,可能感觉不是很深,仅仅是跨省主线拆站和ETC支付的问题。但对于我们管理者而言,这是一个翻天覆地的变化,是一个历史性的变革,全国一张网收费,这个变化非常大,它整体架构,包括机构重组、智能管控,发生了快速变化,甚至统一的系统价格都在发生变化。

第二件,2020年是新基建全面启动的一年,新基建的推出,全面推广,大家都在提智慧高速。

第三件,2020年8月份交通部对推广新型基础设施建设给出指导意见,其中对智慧公路给予了明确说明。

而进入至 2021年,从开年至今又有三个重大事件:

第一,“两会”的召开,“两会”上很多专家对高速公路建设,特别是高速公路智慧化建设非常关注。

第二,3月5日,李克强总理在政府报告里提出 “全面推广高速公路差异化收费”,今年全面推广差异化收费工作必将展开。

第三,作为“十四五”的开局之年,高速公路智慧化打造必将进入快速车道。

总的来说,在这种“大路网格局+大网络化运行+营运管理大变革”的形势下,要满足这些功能必需进行智能化建设。只有通过智慧化、数字化提升改造,来统筹“人、车、路、环境”各要素,实现“智慧、快速、绿色、安全”,让高速公路智慧起来才能解决眼下的问题,才能满足人们对美好生活和安全顺畅驾车的向往。

什么叫智慧高速?目前还没有统一的定义。作为一线管理者,我们认为智慧高速的本质还是高速,只是赋予它“智慧”的功能,和传统高速相比,它更强调平台性、互联性和终端化;从技术上讲,更加依依赖云计算、互联网、通信、AI等现代科学技术。2020年12月交通部庞司长在《我国智慧公路发展概述》里提到,要实现智慧公路,我借用他的表述,“借助移动通信和互联网、云计算、大数据、人工智能等新一代信息技术,实现公路运输系统的协同管控与创新服务,促进路网科学管理、高效运行和优质服务的新理念和新模式。”对于我们运营者,最重要的是要有实际作用,能够保证运行高效、道路畅通、安全环保,驾驶人员可以快速通行。

如何建设智慧高速,不同的人有不同的想法,智慧高速到底要建什么?作为路公司,必须要结合目前方方面面的实际情况,以问题为导向,首先搞清我们有什么,然后是我们需要什么,吸收已经试点单位建设之所长,确认我们能建设什么,最后再决定我们要建什么。现在沿江智慧扩建,也是按照这个思路进行设计和研究;在实施层面,我们也是按照《江苏省智慧高速公路建设技术指南》及部省级相关技术要求来实施。 

二、沿江高速现状与扩建    

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我所言的沿江高速主要为沪鄂高速公路(G4221)太仓至常州段,它起自G15苏沪界,向西经太仓、常熟、张家港、江阴、武进,终于常州南互通,路线全长134.865公里。

这条路的流量特别大,现在它的双向6车道日均流量超过11万辆,双向4车道日均断面流量是6万辆,局部地区达到7万。这种流量下,对整个沿江高速来说,服务能力远远达不到当初的设计需求,所以要拓宽。

另外就是沿江高速的货车占比比较高,超过百分之三十,这意味着满眼看过去路上全是货车;再加上130多公里的总长,现有匝道枢纽总共有24座,包括7座大型枢纽、14个收费站、3个服务区,车辆交织特别严重,引发的交通事故比较多,不重影响了车辆的正常通行,这也是我们要拓宽的原因之一。

还有一个拓宽的原因,沿江高速是2004年开通的,到现在大概运营了17年。在运营过程中也进行了一些信息化建设的探索与应用,例如:建立视频云联网、云控平台、开展高速公路资产数字化BIM系统建设、实现匝道及应急车道管控等。但伴随着道路流量变化越来越大,这些已经无法满足现代高速公路运营管理的整体需求。

仔细研究,表象是路很窄,基于双向4车道或者6车道,流量大了之后好像很堵,事实上不是这样,更深层次的原因是:第一,数字化不健全,这是很多高速公路都存在的问题;第二,感知手段缺乏,进而导致很多路段发现不了情况;第三,智慧化管理水平比较弱,事故预防及处置效率不足;第四,数据挖掘能力比较差。另,现阶段高速公路管理还受限于管理人员的技术水平、设备的可靠性与稳定性等,这些都是问题。 

三、 建设的目标与理念 

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具体沿江高速怎么扩呢?以董浜枢纽为界,往上海方向我们是扩双向10车道,这是交通部批准的真正的标准双向10车道(含应急车道为14车道);往西,也就是以董浜枢纽向西到常州,我们扩双向8车道。

简单介绍一下道路的设计方案:双向10车道设计总宽度为53.5米(十条3.75米标准行车道、四条3.0米应急车道,中央分割带为3.0米),现沿江高速双向4车道的整幅路面宽度都没有到达26米,也就是说扩建后的双向10车道的半幅路面宽度就已经超过现在的双向4车道的宽度。如果合理运用,将部分运营车道改成3.5米,应急车道也就可以变成3.5米的话,完全就是7条车道,即半幅路面两边设置的2条应急车道,加中间5条行车道,就是7条车道。当然这还必须与相关部门进行协商与沟通。

扩建完之后,沿江高速将会面临超大流量的考验,扩建后的沿江高速,135公里将被29座匝道、枢纽分成了30段,每段的距离约为4.5公里。

沿江高速拓宽以后,如果没有采取措施,高速遇到拥堵又会变成停车场,而且是大型停车场,比原来更厉害。对于沿江高速的智慧化建设,需要更高等级的交通安全及效率保障、更高效的运营管理、更人性化的交通服务来实现,因此需要智慧赋能。换句话说,若不以智慧赋能的形式进行智慧化的打造,我们运营管理的安全、畅通、征收、服务和绿色等五大基本目标,就会演变成新的五个问题,就是事故、拥堵、偷逃、投诉和污染。

我们的最终目标是,率先打造智能高速3.0,就是基于车路协同辅助自动驾驶功能,并具有差异化服务的智慧化高速,建立全数字综合智慧管理平台,实现道路体系化的全息感知,建立出行预订和邀约系统,实现与城市道路交通的联网联控,实现大流量主动智能管控,建设绿色能源服务区。 

四、 建设总体思路与方案 

总体系统架构是“五层三体系”,“五层”分为基础设施层、数据融合层、应用支撑层、应用系统层和门户层。“三体系”分别是标准规范体系、信息安全体系及管理制度体系。

以两个“321”为基本框架,第一个“321”,“三个要素”分别是安全、效率、服务;“两个特色”是我们目前要打造的,首个落地车路协同、首个十车道;通过点、面、线相结合的工作思路打造“一条3.0版的差异化自主管控高速公路”。第二个“321”是从架构上说,比较简单,建“三大支撑体系”,一个是全息感知,一个是边缘计算,一个是云网融合;“两个应用”,主要为车路协同管理和自动驾驶服务;“一个平台”,就是智慧高速云平台。

三大建设任务,第一,“三网融合”的智能基础设施建设;第二,“云管边端”协同主动管控平台建设;第三,创新智慧功能系统建设。 

五、重点建设内容 

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关于重点建设内容,我们计划打造六个方面,智慧全息感知、智慧通信传输、智慧交通管控、智慧业务管理、智慧服务决策、车路协同辅助自动驾驶。

1、对于智能全息感知,它是基础中的基础。通过科学布设高清视频、北斗定位、专用传感器等多类型监测设备,搭建以5G为核心的高速公路通信网络系统,建立基于多源传感耦合、新型通信组网结构的全要素、全时空感知体系。

从目前情况来看,感知设备主要有雷达、视频和一些传感器设备,在复用传统机电监控系统视频监控与毫米波(激光)雷达的基础上进行加密建设,尽可能做到视频监控无死角,交通感知全方位。作为沿江高速,我们计划,8车道路侧按1Km间隔布设,10车道路段中分段按500m间隔,如果可能的话根据特殊情况,长大桥我们会增加相应的感知设备。

道路事件自主感知,基于视频图像AI智能分析,及时甄别发现交通拥堵、异常停车、车辆逆行、道路遗撒、行人闯入多种交通事件,实现“自动监测—实时预警—及时响应” ,做到早发现、早处置、早疏导。这个对我们沿江高速而言有非常大的需求,但系统的完整性、可靠性还有待提升。

气象信息公里级感知,江苏联网高速是比较早与江苏气象探测中心进行气象合作的省份,我们计划建设了15套气象检测站,当然气象站的应用还有待提升。

多端融合信息感知,加强收费数据应用,实现车辆拥堵分析、基于大数据实现车辆、道路、驾驶人员画像应用。

2、智能通信传输,这也是很头疼的问题,虽然5G及相关通信组网已经有所展示和应用,但产业化不够,可供选择的很少。现阶段我们也正在紧密跟踪。

3、智能业务管理方面,拟进行沿江高速快速通行功能的打造,第一是智能路线规划,第二是车辆定制服务。

智能路线规划是这样的,在双向10车道的时候,特别是7车道时有条件进行智能规划,依靠北斗、高精地图对车辆进行实时定位、全方位视频跟踪以及实时监测。特别是针对例如从江苏到上海的小客车(中途不下匝道),我们可设立直通车道;对固定上、下班的区间车辆,进行最佳线路的提示和道路状况的预提示等。

智慧服务区应用,去年我们完成了沙溪全智慧服务区的建设工作,包括BIM建模、能耗智慧监测、智慧照明、智慧灯杆、智慧厕所、智慧停车等等。

4、主动智慧交通管控,包括匝道控制、车道级管控、动态信息诱导、可变速控制、事件管理、排队预警、全天候运行监测等。 

5、智慧决策支撑,由数字化支撑子系统、智慧应用分析子系统、云大数据平台等子系统组成,实现数据的接入、存储、分析、展示、交换共享及业务支撑。建成具有统一数据管理、多源数据分析、综合决策研判能力的智慧公路大数据云平台,这是高速公路的大脑,我们肯定要打造。

6、车路协同、自动驾驶。无法预知进出高速的车辆,我想这是我们交通管理困难的根源。如果所有车辆都实现了自动驾驶,问题就简单了,知道它来去哪里,就可以解决行车和拥堵的问题。根据目前理解,未来趋势是“聪明的路+智慧的车”,至于智慧的车是什么样我们暂不管,对于聪明的路我们是要负责的。有关车路协同相关系统设备,我们准备全路段135公里全覆盖,重点打造25公里双向10车道,全线预留5G环境,如果可能的话,25公里全部部署MEC。

我们将根据《智能网联道路系统分级要素对比》,力求全线打造I3级智能网联道路系统,也就是智慧高速3.0(全面化、自动化),实现道路高度的信息化。 

六、困难与挑战 

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困难和挑战有很多,困难来源于两方面,一个是内因,一个是外因。内因就是我们自身,高素质、高水平人才有所欠缺,现阶段我们也在搭建培养自己的队伍。

除了内因还有一些外因,第一个是设备性能带来的挑战,设备采集的准确度还有待提升;第二个是数据处理的问题;第三,应用方面、算法方面、网络方面,以及最主要的思维方面,都需要进行创新,突破旧有桎梏。

最后我们还是感觉到,高速公路是一个非常复杂的巨系统。但是我相信高速公路,包括智慧化高速建设肯定会向前发展。在大家的共同努力下,相信高速公路的智慧化建设会越来越好。

谢谢大家!

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