如何唤醒“沉睡”的ETC数据?
技术不分优劣,只有最合适的场景
精准感知是智慧高速发展中的重要一环。
自2018年交通运输部发布《加快推进新一代国家交通控制网和智慧公路试点》以来,全国智慧高速建设蓬勃发展,各省大力推动智慧高速建设,先后发布各类建设成果、建设指南、地方标准。随着人工智能、大模型等技术的发展,高速公路路侧感知技术呈现快速化、规模化、智能化的发展趋势。
经过多年发展,高速公路已建设了大量的外场设备设施,但要满足“一张网运行,在感知能力、融合技术、规模等方面仍存在短板。当前智慧高速建设多侧重于感知,但感知设备造价不菲,面对庞大的公路总里程,相应的总投资仍然较大。
2019年的取省为ETC的普及和应用打下了坚实基础,ETC成为高速公路用户数量最庞大的涉车智能化终端,ETC门架及收费站也是目前高速公路上相对最为完善的感知系统,但当前高速公路ETC数据增长迅速,利用率却较低。如何充分利用ETC数据补足在感知和服务触达等方面的短板,成为建设智慧高速的关键。
一、路侧感知现状及存在问题
2020年8月,交通运输部印发《关于推动交通运输领域新型基础设施建设的指导意见》,提出到2035年,精准感知、精确分析、精细管理和精心服务能力全面提升,成为加快建设交通强国的有力支撑。
与此同时,多地智慧高速建设指南陆续出台,提出感知系统的建设要求。在政策的引领和技术的推动下,行业建成了一批示范试点工程:
四川成宜高速全长157公里,共设置273处雷视融合体化智慧杆,融合采集沿线车辆的特征和轨迹信息形成车流数字化信息。通过构建“数字平行世界”,可实现对高速公路世界内全量设施设备静态信息和全量人车路环境动态信息的实时还原、历史世界回放,以及未来世界预演,大幅提高交通感知的精度和事件发现处置的效率。
苏台高速S17黄埭互通-阳澄湖北互通段其中6.5km全息感知路段,平均230m间距布设激光雷达、摄像机,能够支撑L4级自动驾驶、车联网关联企业提供测试等场景。
京雄高速公路河北段70km全线部署外场运行状态感知、环境感知、设施运行状态感知设备,中分带设置针对专用车道的雷达、摄像机等设备。支撑最内侧自动驾驶专用车道、可视化监测救援等场景。
江西南昌绕城高速瑶北段(雷射融合样板点)融合杆设置雷视融合RSU,同步采集车辆轨迹流和车辆身份信息,支撑ETC拓展服务的车路协同应用等场景。
湖北鄂州花湖机场高速公路3km全线部署光栅阵列振动传感缆,全域道路划分为16000个编码单元,支持车路一张图等场景。
经过多年发展,行业形成了雷视融合、雷射融合、光纤光栅、激光雷达等一批成熟稳定的车流数字化精细化感知技术方案,能够有力支撑智慧高速运行监测与调度等应用。
雷视融合技术通过卡口获取车牌,视频结构化+毫米波获取轨迹流信息,作为很长一段时间行业内的主流选择,雷视融合的优势在于雷达与视频的互补性强,技术相对成熟,但检测效果易受夜间、恶劣气象等影响,且融合算法占用算力资源高。
适用于收费站、隧道的激光雷达+视频感知技术通过激光雷达获取定位+视频结构化数据,优势在于精度高、夜间不受影响、对于低速/静止车辆识别效果较好,可识别车型;但造价高,且易受雨雪天气等环境影响。
适用于新建路的光纤光栅+视频感知技术通过车道下方光纤光栅的振动定位和视频结构化数据获取车流轨迹信息,可实现全天候,不受遮挡影响,同时可实现对于路面、路基状态的监测,劣势在于大车对小车的振动干扰影响较大,低速/静止的目标易丢失。
在高质量发展的大背景下,路网智能感知体系建设在取得明显成效的同时,仍面临诸多难题。河南省交通规划设计研究院股份有限公司智慧交通与信息工程设计研究院副院长邓博表示,一是建设内容、应用场景与实际需求(车端渗透率)不匹配,公众获得感不足等问题,形成了上升到技术层面的“车流数字化、数字孪生=形象工程”误区。
二是采集信息范围局限于本路段,并未上升至路网层级,在进行路网诱导或交通流预测时,无法形成支撑系统性提升。
三是运维方面,全线统一标准,建设成本高、维护压力大。
四是既有资源利用不充分,存在重复性建设,尤其是ETC门架数据并未充分利用起来。
二、唤醒“沉睡”的ETC数据
大数据时代到来,ETC无论是技术还是设备,都已经走向了2.0时代。
公开数据显示,2019年,全国29个联网省份487个省界收费站全部取消,改造完成了48211条ETC车道,搭载11401套高速公路不停车称重检测系统。省界收费站的取消为我国高速公路全国ETC联网运行已经具备了良好的基础,ETC的普及和应用也为出行者带来了更加高效、便捷的出行体验。
根据相关行业年报,截至2023年,全国高速公路建成并联网2.95万套ETC门架、25万套车牌识别设备,建成、优化升级了全世界最大规模高速公路ETC系统并安全稳定运行,成功服务近2.4亿ETC用户。
ETC能够低成本获得有效、可靠的数据,但当前高速公路ETC数据增长迅速,利用率却较低,绝大部分数据属于“沉睡的数据”。
ETC覆盖范围广,几乎可以覆盖整个高速公路路网;且ETC技术具有衔接性,承载了对基础设施、道路运输及车流的综合感知,是智慧交通系统的接入点。有专家认为,ETC既是支付工具,也是管理工具,通过ETC+CPC能够解决大部分场景下的低成本感知,当前行业亟需建设基于ETC的智慧交通感知网。
ETC数据作为一种基础性的数据,对于探索弱感知条件下的智能化意义重大。目前的交通感知远没有达到全区域、全时段、全方位、全事件感知的水平,而在建立可以实时分析、处理交通运行状况的平台和低延时通讯技术全覆盖之前,全面铺开交通全感知意义不大。用好ETC这一基础性数据,是以智能化手段提高道路通行安全和效率的第一步。
三、主打“门架天线感知为主”的雷射融合
2023年9月,交通运输部发布《关于推进公路数字化转型加快智慧公路建设发展的意见》,其中提到打造路网智能感知体系。在充分利用高速公路现有感知设施的基础上,综合利用ETC门架系统、通信基站等设施,应用摄像机、雷达、气象检测器、无人机等各类感知手段,建设覆盖基础设施、运行状态、交通环境、载运工具的公路全要素动态感知网络,拓展各类数据应用,加强对车路协同和路网管理的支撑服务。
在实际需求和政策的双重推动下,基于毫米波雷达与射频信号融合的雷射融合感知技术成为当前行业讨论的热点话题。
河南省高速公路联网监控收费通信服务有限公司副总工程师马鹏介绍道,雷射融合感知技术采用基于毫米波雷达和5.8GHZ ETC射频信号融合的车辆感知技术,通过融合毫米波雷达车辆识别能力强和5.8GHZ ETC射频信号直接、快速读取车辆OBU或CP基础信息的优势,可实现车道级车流数字化感知、表达和预警警,时延在100毫秒以内。
雷射融合技术在信息获取方面具备显著优势,不受夜间、恶劣气象等环境影响,射频技术受遮挡影响低,占用算力资源低,在全天候、全程轨迹跟踪、实时检测预警等方面表现优异,但也存在无法在节假日免通行费等时段无法获取CPC卡全量数据等问题。
江西南昌绕城高速瑶北段是全国第一个车道可计算智慧高速样板点。该项目通过路侧部署雷射融合RSU,解决了雷达遮挡等问题,实现了全天候、实时的车辆目标准确识别,车辆轨迹连续跟踪以及事件准确检测。
江西南昌绕城高速瑶北段“雷射融合RSU”
四、结语
在高速公路智能化发展的大趋势下,未来ETC门架会搭载更多先进的感知设备。
受ETC门架排布距离所限,高速路段仍然需要添设感知设备来加强对车辆、人、环境的感知,如高性能的激光雷达、毫米波雷达、深度相机、雷视一体机等。这为数据挖掘和应用带来挑战。如何整合这些不同源、不同形式的数据,共享不同领域、不同行业的信息,从大数据中挖掘出交通系统的智慧,值得行业深入研究与探索。
技术不分优劣,只有最合适的场景。感知设备作为“智慧高速”的基石,其功能、性能、成本只是科学建设“智慧高速”的一个方面,在合适的地方布设合适的感知设备,才是真正“王道”。
参考资料:
1.邓博:新形势下高速公路感知技术的发展趋势与建设思考
2.马鹏:高速公路雷射融合感知技术浅析与思考
3.张洋:车路协同助力智慧高速高质量发展
4.ETC数据在高速公路路网运行监测中的应用
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