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赵清杰:雄安新区对外骨干路网智慧高速建设实践

2022-06-20

来源 : 赛文交通网

作者 : 赵清杰

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编者按:近日,在赛文交通网和智慧高速精英俱乐部联合主办的“智慧高速态势感知与智能管控实践应用”线上研讨会中,河北交规院雄安新区对外骨干路网智慧高速项目部负责人,京雄云控(北京)智能交通科技有限公司副总经理赵清杰,就雄安新区高速公路路网态势感知和管控建设,作了《雄安新区对外骨干路网智慧高速建设实践》报告。

赵清杰介绍了雄安新区四纵三横的路网基本建设情况,重点讲解了雄安新区对外骨干路网车路云网一体化智慧高速解决方案在荣乌高速新线、京德高速两个交通强国建设试点项目中的建设思路和应用成果。

一、项目建设情况概述

随着京雄、京德和荣乌高速新线三条高速公路在2021年5月份的建成通车,雄安新区“四纵三横”的路网格局基本建成。

四纵:京港澳高速、京雄高速、大广高速、大兴国际机场至德州高速;

三横:荣乌高速新线、津雄高速(原荣乌高速)、津石高速。

其中京港澳、荣乌、京德、津石4条高速环绕新区。

1.京德高速

京德高速全线起于京冀界,与故城支线顺接,约220公里。一期工程起于京冀界,止于津石高速,长87.3公里。

京德高速是雄安新区通往北京大兴国际机场的主要通道,同时也是雄安新区和冀东南、鲁西之间的重要联系通道,通行的车辆以小客车为主,双向六车道建设。

作为第一批交通强国建设试点项目,任务要求指出,通过3-5年时间建成安全风险预警系统,利用交通仿真平台,实现实时碰撞风险预测与事故发生率大幅降低的总体目标。围绕管理、控制、管理、系统、服务五大系统,从基础设施数字化融合感知系统,以及风险辨识系统等八个方面进行建设。

2.荣乌高速新线

荣乌高速新线起自霸州市杨芬港附件津冀界,与荣乌高速天津段顺接,向西既有荣乌高速北侧,途径廊坊市、保定市,终点与涞涞高速相接,路段全长约153公里。

一期工程起于京台高速,终于京港澳高速,全长72.8公里,双向八车道建设。

荣乌高速新线是国家高速公路路网中G18的重要组成部分,是京南雄北的货运主通道之一,对于改善区域交通条件,疏解雄安新区过境交通压力,促进雄安新区的建设和发展具有非常重要的意义。

同样作为交通强国试点项目,要求融入高速新线,建立分车道、分时段智能货运车辆管控系统,实现货运车辆智能化管理。

同时围绕五大系统,分别从基础支撑数据获取、货车主动管控、货车协同场景、智慧交通大脑、服务场景等五方面进行建设。

二、车路网云一体化智慧高速解决方案

雄安新区对外骨干路网车路网云一体化智慧高速解决方案,以感知、控制、协同、管理、服务五大系统为基础,构建以五星架构为顶层设计的车-路-云-网一体化解决方案。

在方案架构搭建的过程中,吸取了荷兰、德国等国外建设经验,并与国内顶尖高校进行合作,以感知和控制技术为支撑,在主动控制技术领域开展了相关研发,实现车路信息及时有效的交互,为自动驾驶和网联车辆等高级别的车辆服务,也为普通车辆提供保障,形成多模式车辆协同的概念,最终提供面向管理者的管理服务和面向公众的出行服务。

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雄安新区对外骨干路网车路网云一体化智慧高速解决方案以数据为基础,数据在系统间循环往复,系统之间也互为支撑、互为反馈,同时通过数据把人、车、路、网、云等要素有机的结合到一起,使系统具有系统性、先进性,同时具备面向未来的技术发展和场景应用,保持技术迭代性。

1.全息化的数字感知系统

感知信息包括车辆通行信息,公路沿线气象信息,感知设备、硬件设备的设备状态信息,以及基础设施信息等。

交通状态感知涉及到三项核心的创新技术:

1) 自主知识产权的超级毫米波交通雷达,监测距离可达一公里,同时基于毫米波雷达特性,对车辆的感知不受天气、光线等因素影响,可以达到一天24小时,一年365天的不间断监测工作。

2) 雷达组网技术,可以将沿线的雷达全部串联贯穿起来,通过算法分析,形成一个连续的行车轨迹。

3) 雷视融合技术,卡口摄像机捕捉到车辆的车牌、颜色、车型等信息,通过雷视融合技术,全面捕捉车辆的位置轨迹以及车辆详细信息。

该工程在智慧门架上集约设置了超距雷达、卡口摄像机、分车道显示屏、标志牌、智能控制箱、边缘计算单元以及RSU等设备,真正实现了一架多用。

2.数字孪生系统

兼具交通流时空特性的数字孪生系统,打造实体和虚拟世界一一映射的智慧高速场景,实现三个重点功能。

1)对物理世界的道路环境、交通状态、气象信息等进行采集,捕获到行驶车辆车牌、速度轨迹等特征,在虚拟世界里进行实时展示,如大雾、雪、大风等气象信息的实时体现,与物理世界一一对应。

2)基于同一时间层面和空间层面的时间轴与空间轴的两个功能,在该系统内基于虚实结合,能够实现全息的复现,为真实事故的取证提供基本的功能支撑。

时间层面:

将时间轴的时间节点前拉,可实现对历史信息的回溯;将时间节点后拉,若该路发生事故,对交通流的影响包括该事故出现后未来一段时间的路况进行预测和仿真。

空间层面:

对于空间轴能够实现分钟级、无现场、全天时、全天候巡检,既可以手动查看任意路段的交通信息状况,或施工信息;同时可以一键巡航,自动完成全路段巡检。

通过对速度控制调节,可以在五分钟内实现全路段的交通状态巡检,通过数字化、智能化手段,实现交警巡查方式的转变,极大提高效率,同时节省人力成本和物力成本。

3)通过虚拟世界仿真预测进行管控策略的发布和验证。

在现实世界中,由于人力和物力的限制,没有足够的资源和空间进行所有的策略实施,而在虚实结合的虚拟世界里,可以实现这一想法,预测实施该策略的效果,实时优化对真实物理世界给予积极影响和反馈的策略。

3.车道级主动控制系统

主动控制系统采集到交通数据后,能够实时评估交通运行状态,预测道路风险,并通过多策略之间的融合,在全线一公里到两公里的间距布设权限,或者在APP、虚拟情报板上进行相关策略的发布,实现分车道、分路段、分时段的交通主动管控。

交通主动管控是国际通行的交通管理方法,欧美国家技术核心各有不同。欧洲以效率为核心,美国以安全为核心,我们则以面向安全运营通行效率和应急管理等多目标的协同联动为核心,同时考虑到12类的常发场景和56类的突发事件,覆盖面更广,应用效果更好。

在国际上首创了高速公路一级组织区、二级控制区和三级联动区的分层控制架构体系。

一级组织区是事件发生的实际区段,主要通过车道封闭和限速等措施来实现车辆控制;二级控制区主要通过可变限速措施实现车流的缓冲和过渡;三级联动区串联两个事件或者多个事件的发生区域。

4.智慧化云控管理系统

云控系统是整个解决方案的智慧大脑,既服务当下又面向未来。平台既为高级别的车辆提供智能化服务,也为普通车辆带来智能化体验。

云控系统有三个功能特点:

a)基于大数据技术,打造高速智慧化管控系统基础底座;

b)打通五大系统数据链路,实时掌握交通状况并进行掌控;

c)面向未来的网联车辆,可以实现跨越品牌车辆、跨越领域设备、跨越平台数据的信息高效协同,达到全路段集中式决策和多目标优化控制。

5.集约化坐席控制系统

面向一线管控人员,坐席联动控制系统可以实现整个业务流程的协同联动,提高管控策略的发布效率和管控水平。

当主动控制系统形成策略之后会自动推送到界面,策略在相应事件等级内会自动发布;如果在相应事件等级较高时会引入审核机制,经过相关领导确认才可下发。

坐席联动控制系统还可实现时间预设。通过事件现场的控制策略等级增大或缩小,时间等级也在变化,操作流程也会同步联动。基于这一点,可以实现坐席管理人员从取证到实践策略形成、路政交警策略联动、策略确认、最后发布一体化等便捷操作,提高工作效率。

在坐席联动控制系统的应用影响下,面对公众,管理部门能够有效提高通行效率、保障通行安全,以及提供准全天候通行服务,减少封路次数。

三、解决方案应用实践

京德高速

京德高速建设目标是打造交通安全风险的智慧防控示范路,关注风险防控,尤其是重点路段和重点车辆的监管与控制。

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京德高速建设了地空结合的全方位感知,包括千米超距毫米波交通雷达、无人机、护栏机器人、全程监控+卡口摄像机、能见度仪+气象站、路面状况检测仪等,实现对道路的环境信息、交通状态信息进行全面、及时有效的捕获;

建立了数字孪生平台,融合了基础设施、外场设施、交通状态、气象环境的全面数字化,实现了实体与虚拟世界的一一映射;

建立了智能检测预警平台,在整合传统的通信收费系统基础上,增加了风险辨识和动态控制等相应模块,涵盖了从风险识别到风险应对的全过程,通过大屏加小屏联合发布控制、预警信息。例如:分车道的显示屏(大屏)主要发布限速信息,包括车道开启或者关闭,应急车道是否启动等信息;小屏会发布相应的预警信息和超视距信息。

建立了智慧坐席管理系统,以坐席指挥为技术支撑,将路况的监测、事件处置、视频监控、策略管理等进行多合一的高效整合,实现各类业务系统统一接入管理,集中智慧管控,同时协调联动公安、交警、路政等第三方现场人员,实现业务数据共享以及协同工作。

荣乌高速新线

荣乌高速新线建立了全域雷视融合数字感知网,通过毫米波雷达、雷视融合、数字孪生系统等相关建设,实现感知网全天时、全天候无差别工作,多目标高频次扫描,远距离、高精度检测以及全路段最大双向12车道的高精度覆盖。

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建立了数字孪生系统,以“一网(融合感知网)、两轴(空间轴和时间轴)、一控制(主动控制)”功能实现宏观、中观、微观管理;

建立了规模化、系统化主动交通控制系统,通过分车道信息发布、行车安全智能诱导、主动发光交通标志及轮廓标等,向交通参与者提供道路运行状态和诱导信息,提醒、建议或控制交通参与者的交通行为;

基于以上措施,荣乌新线智慧高速系统通过公里级气象预报、分钟级气象预警、车道级交通管控、车路协同预警、安全辅助及通行诱导等信息和系统支持,为准全天候通行提供了技术保障,并与省高速交警总队合作,在国内率先启动准全天候通行,实现雾天和雪天安全通行。

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